小型飛行器基于視覺自主探索與場景理解.pdf

1、近年來，小型飛行器已從原來的軍用級產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)閭€人消費級產(chǎn)品?？涩F(xiàn)階段大多數(shù)飛行器產(chǎn)品還是依賴手動操控，來完成一些簡單的航拍任務(wù)。如何使小型飛行器具有自主飛行能力，并以此為基礎(chǔ)完成復(fù)雜任務(wù)，成為了當(dāng)今無人機(jī)領(lǐng)域中的研究熱點。
　　本文提出了一種基于單目視覺的自主環(huán)境探索與場景理解方法。為了保證自主系統(tǒng)的可靠定位和環(huán)境感知數(shù)據(jù)的實時采集與處理，飛行器實驗平臺配備了機(jī)載計算機(jī)以及GPS、攝像頭等傳感器。本文先以柵格分割方法為基礎(chǔ)，利用支

2、持向量機(jī)算法實現(xiàn)了自然道路的檢測，并標(biāo)記出道路可通行區(qū)域?？紤]到自主環(huán)境探索中航跡的平滑與連續(xù)，系統(tǒng)以3Hz的頻率為飛行器提供飛行航向信息，從而為后續(xù)飛行器基于視覺的自主場景理解提供技術(shù)保障。
　　飛行器場景理解任務(wù)包括對道路幾何參數(shù)的在線估計、道路阻塞判斷、以及大范圍室外場景地圖的構(gòu)建。為了提高參數(shù)估計的準(zhǔn)確性，本文基于圖像的顏色特征、紋理特征利用SLIC超像素分割對場景進(jìn)行聚類，再利用自己設(shè)計研制的標(biāo)定板，對飛行器飛行高度、地

3、面物體幾何參數(shù)、圖像分辨率三者之間進(jìn)行標(biāo)定，完成了對道路幾何參數(shù)的在線估計任務(wù)。機(jī)載視覺系統(tǒng)的多尺度空-地參數(shù)標(biāo)定是后續(xù)地圖構(gòu)建的前提與基礎(chǔ)。為了完成小型飛行器對野外大范圍場景的地圖構(gòu)建，本文使用GPS系統(tǒng)記錄下飛行器環(huán)境探索中的自主飛行軌跡，實時估計道路寬度、道路長度等數(shù)據(jù)，并在線完成場景中的障礙物信息、顯著性物體信息的檢測，最終實現(xiàn)了大范圍室外地圖的構(gòu)建。在室外自然場景中開展了一系列的飛行實驗與測試，實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析表明論文所提方