【技术实现步骤摘要】
基于视觉辅助激光雷达的无人机三维环境建模方法
本专利技术涉及无人机图像处理与控制领域，具体涉及基于视觉辅助激光雷达的无人机三维环境建模方法。
技术介绍
多无人机编队协同作战模式能够充分发挥作战效能，提升战斗力，逐渐成为当今研究的热点。据称，美国国防高级研究计划局已拟定于2025年推出可应用于实战的高智能化无人机。智能化无人机编队要求无人机能够对于飞行路径上可能遇到的障碍物进行实时分辨和监测，从而制定出合理的避让策略，并最终完成既定任务，如运送物资、探测地形和打击目标等。因而，无人机必须具备对周围环境的三维建模的能力。为了在未来战争中抢占先机，研究具有我国自主知识产权的无人机三维环境建模系统具有很强的必要性以及重大意义。国内外多家研究机构针对无人机的三维环境重构进行了大量研究，并取得了一定成果。国外有机构在无人直升机上安装了机器人用二维激光扫描仪实现场景重构；也有人提出一种利用基于光流场的FOE(FocusOfExpansion)方法实现无人机在类似山谷地形地带的飞行。国内有机构采用基于惯导和单目摄像机的进行无人机自动...
【技术保护点】
1.基于视觉辅助激光雷达的无人机三维环境建模方法，其特征在于：无人机上搭载有激光雷达、双目相机和计算机，激光雷达提供环境的激光点云信息，双目相机提供环境的双目图像信息；计算机通过对激光雷达、双目相机提供的信息进行有效融合，进行基于视觉辅助的激光雷达里程计设计，将双目相机作为激光雷达的高频辅助，为激光雷达提供局外点剔除和相对位姿初值，激光雷达低频运行，利用双目相机提供的相对位姿初值对运动进行进一步的优化，实现无人机环境三维模型构建。/n
【技术特征摘要】
1.基于视觉辅助激光雷达的无人机三维环境建模方法，其特征在于：无人机上搭载有激光雷达、双目相机和计算机，激光雷达提供环境的激光点云信息，双目相机提供环境的双目图像信息；计算机通过对激光雷达、双目相机提供的信息进行有效融合，进行基于视觉辅助的激光雷达里程计设计，将双目相机作为激光雷达的高频辅助，为激光雷达提供局外点剔除和相对位姿初值，激光雷达低频运行，利用双目相机提供的相对位姿初值对运动进行进一步的优化，实现无人机环境三维模型构建。
2.如权利要求1所述的基于视觉辅助激光雷达的无人机三维环境建模方法，其特征在于：所述基于视觉辅助的激光雷达里程计设计之前，首先进行双目相机标定，并且对双目相机与激光雷达之间的外参进行标定。
3.如权利要求2所述的基于视觉辅助激光雷达的无人机三维环境建模方法，其特征在于：所述双目相机标定，具体包括如下步骤：
1)采用基于张正友标定法对左相机和右相机各自内参矩阵K进行标定；
2)对左右相机径向畸变系数k1，k2，k3和切向畸变系数p1，p2进行标定；
3)对左右相机的相对位姿关系进行标定，确定双目基线的长度；
4)得到相机归一化平面上的点坐标的畸变矫正公式如下：
其中，为畸变矫正前的坐标，x，y为矫正后的坐标，r为点与坐标原点的距离。
4.如权利要求2所述的基于视觉辅助激光雷达的无人机三维环境建模方法，其特征在于：步骤1)具体如下：
a)使用一张7×9的棋盘格作为标定板，正方形格子的边长为108mm；
b)对不同角度、不同位置下的标定板进行图像采集；
c)通过提取标定板中的角点并利用投影关系构造约束方程；
d)利用最小二乘方法估计相机的内参矩阵K。
5.如权利要求2所述的基于视觉辅助激光雷达的无人机三维环境建模方法，其特征在于：所述对双目相机与激光雷达之间的外参进行标定，是采用基于3Dmarker的方法对双目相机与激光雷达之间的存在位置和角度差异和进行标定。
6.如权利要求5所述的基于视觉辅助激光雷达的无人机三维环境建模方法，其特征在于：所述对双目相机与激光雷达之间的外参进行标定，具体包括如下步骤：
1)选取一块具有镂空的四个大小相同圆形的硬纸板，其中四个圆作为3Dmarker，四个圆心连线构成正方形，正方形的边长和圆形的半径皆为已知参数；
2)激光雷达和双目相机分别对硬纸板进行检测，利用激光雷达得到的点云深度信息的不连续对圆形边缘进行提取，双目相机得到的图像则使用基于sobel算子的边缘检测和基于Hough变换的圆检测方法，标定算法利用3Dmarker已知的尺寸信息和RANSAC算法保证激光雷达和双目相机边缘提取的正确性；
3)计算具体如下：...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘蓉，肖颖峰，熊智，羊书杰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，南京长空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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