基于雙目視覺的小型無人飛行器的導(dǎo)航與避障.pdf

1、無人飛行器(unmanned aerial vehicle, UAV)的自主飛行需要導(dǎo)航系統(tǒng)的支持,而導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)建立在飛行控制系統(tǒng)、電子傳感系統(tǒng)等設(shè)備協(xié)同工作的基礎(chǔ)上。導(dǎo)航系統(tǒng)的功能是幫助無人飛行器實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前自身飛行狀態(tài)和所處空間位置的探測與估算,從而使無人飛行器搜索出最優(yōu)路徑和制定相應(yīng)控制策略,保證無人飛行器安全快速的到達(dá)目的地。上個(gè)世紀(jì)關(guān)于UAV的研究主要集中在高空領(lǐng)域,但是隨著UAV在低空場景的應(yīng)用擴(kuò)展,例如搜索與救援行動、有害物

2、質(zhì)的回收、實(shí)時(shí)監(jiān)測森林大火等,UAV低空自主導(dǎo)航逐步成為了該領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱門方向。
　　雙目立體視覺技術(shù)借鑒人通過雙眼感知立體空間的能力,經(jīng)過雙目圖像采集、圖像校正、立體匹配等步驟得到了視差結(jié)果,并計(jì)算出場景的深度映射圖,進(jìn)而重建出空間景物的三維信息。通過立體視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)障礙物的識別與測距,具備不易發(fā)現(xiàn)、信息量全面,且能獲取場景三維深度信息等優(yōu)勢。可以預(yù)見,該項(xiàng)技術(shù)在UAV導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)域具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　本文主要針

3、對雙目立體視覺技術(shù)在無人飛行器導(dǎo)航與避障中的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索與研究。本文的主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)構(gòu)建了基于 PC機(jī)和嵌入式平臺的雙目立體視覺系統(tǒng),完成了雙目攝像機(jī)的標(biāo)定。針對現(xiàn)有機(jī)載雙目視覺系統(tǒng)無法在單次飛行中檢測多個(gè)方向場景目標(biāo)的缺陷,提出了一種基線和俯仰角度可自主調(diào)節(jié)的無人機(jī)載雙目視覺系統(tǒng)方案。
　　(2)對比分析了多種立體匹配算法的性能,在半全局雙目匹配算法的基礎(chǔ)上給出了一種基于多路徑梯度權(quán)重的動態(tài)規(guī)劃的

4、半全局匹配算法,兼顧了匹配精度和運(yùn)算實(shí)時(shí)性的綜合要求,并完成了嵌入式平臺的算法移植工作。
　　(3)針對有霧環(huán)境下基于視覺技術(shù)的障礙物檢測實(shí)現(xiàn)難度大的現(xiàn)狀,本文對圖像去霧技術(shù)做了研究,提出了一種改進(jìn)的基于暗原色先驗(yàn)的單一圖像去霧算法。該工作對有霧天氣下無人機(jī)的航拍和視覺導(dǎo)航都有積極的作用。
　　(4)本文給出了一種基于視差特征的區(qū)域生長與Normalized Cut的障礙物檢測方法,取得了較好的障礙物檢測效果;并在搭建的實(shí)驗(yàn)