[发明专利]一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统，包括无人机，其特征在于：在无人机上装载有双目视觉系统、其他传感器模块及飞行控制系统；

所述双目视觉系统由两台机载摄像机、视觉采集处理单元构成，所述两台机载摄像机用于获取无人机的视觉信息，所述视觉采集处理单元处理视觉数据建立三维飞行环境信息，该视觉采集处理单元由完成图像的并行算法的现场可编程门阵列FPGA模块和完成图像的串行算法以及结果发布的嵌入式处理器ARM模块构成；

所述其他传感器模块包含惯性测量单元IMU、全球定位系统GPS、磁罗盘及气压计；

所述飞行控制系统接收来自于双目视觉系统及其他传感器单元的视觉信息和无人机飞行状态数据，通过融合处理生成飞行控制指令，用于控制无人机飞行；

所述无人机根据飞行控制系统的飞行控制指令进行飞行，实现对障碍物规避飞行功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统，其特征在于：所述视觉采集处理单元的具体结构为：所述嵌入式处理器ARM模块通过AMBA与外部IO单元进行连接，通过AMBA实现对静态内存单元的控制；现场可编程门阵列FPGA模块包括标准IO接口与外部设备进行连接，对机载摄像机进行同步控制，通过GigE模块实现GigE摄像机的视频采集，通过PCIe接口进行内部数据传输；所述嵌入式处理器ARM模块与现场可编程门阵列FPGA模块通过AXI接口进行信息交互。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统，其特征在于：所述双目视觉系统和其他传感器模块与飞行控制系统之间采用CAN总线的方式进行通信。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测系统，其特征在于：所述系统还包括遥控器和地面站，所述遥控器、地面站与飞行控制系统及无人机之间以无线链路的方式进行通信。

5.一种如权利要求1至4任一项所述无人机自主障碍物检测系统的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、双目视觉系统获取无人机飞行环境的视觉信息，并经处理得到障碍物信息；

步骤2、其他传感器单元获取无人机的状态信息；

步骤3、飞行控制系统接收障碍物信息和无人机状态信息，建立飞行路径，生成飞行控制指令并向无人机发送；

步骤4、无人机根据飞行控制系统的飞行控制指令规避障碍物飞行。

6.根据权利要求5所述的一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测方法，其特征在于：所述步骤1的具体实现方法为：

步骤⑴、两台机载摄像机获取无人机的视觉信息；

步骤⑵、视觉采集处理单元获取同步图像；

步骤⑶、视觉采集处理单元对两路图像信息进行校正；

步骤⑷、视觉采集处理单元处理获取视差图像；

步骤⑸、视觉采集处理单元利用视差图进行环境信息的三维重建，从而获得障碍物信息。

7.根据权利要求6所述的一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测方法，其特征在于：所述步骤⑵视觉采集处理单元获取同步图像的具体方法为：现场可编程门阵列FPGA模块通过控制同步触发单元产生同步信号，控制机载摄像机同步采集图像，并将图像传输给嵌入式处理器ARM模块，利用时间戳标识图像，用于后续处理分析；所述步骤⑶视觉采集处理单元对两路图像信息进行校正的具体方法为：嵌入式处理器ARM模块获取带有时间戳标识的图像后，根据摄像机的标定结果对图像进行失真校正及立体匹配矫正，处理结果传递给现场可编程门阵列FPGA模块。

8.根据权利要求6所述的一种基于双目视觉的无人机自主障碍物检测方法，其特征在于：所述步骤⑷视觉采集处理单元处理获取视差图像的具体方法为：现场可编程门阵列FPGA模块利用并行处理技术，首先利用均值漂移算法对图像进行分割处理,然后计算像素间的匹配代价,再结合图像分割信息构造新的全局能量函数,之后在多方向上进行匹配代价的聚合,最后选取使得全局能量函数最小的视差图为视差图像；

所述步骤⑸视觉采集处理单元利用视差图进行环境信息的三维重建，从而获得障碍物信息的具体方法为：结合图像特征与视差图像通过兴趣点匹配及对应兴趣点距离解算、3D特征点重建、图像关联、野点检测、相对位姿解算及位姿误差估计以及基于最小误差的运动决策，从而获得障碍物信息。