[发明专利]无人机单目远距离障碍检测方法、装置及无人机

说明书

本申请涉及一种无人机单目远距离障碍检测方法、装置及无人机。所述方法包括：获取无人机上单目相机拍摄的图像序列；将所述图像序列输入预先训练的神经网络模型，得到当前图像相对于所述图像序列中任意一帧图像对应的膨胀率矩阵；从无人机的飞控模块中获取所述当前图像与所述任意一帧图像之间无人机的相对位移；根据所述相对位移和所述膨胀率矩阵，计算当前图像中每一点与无人机之间的距离；根据当前图像中每一点与无人机之间的距离，得到深度信息图像，实现对障碍物的检测。采用本方法能够只采用单目相机可在较远距离发现探测障碍物，而且成本、功耗和重量都相比其它方案更低，具有较高的应用价值与市场潜力。

技术领域

本申请涉及无人机技术领域，特别是涉及一种无人机单目远距离障碍检测方法、装置及无人机。

背景技术

目前可用的无人机避障技术主要包括：TOF相机、结构光相机、超声波雷达、双目相机、单相机、激光雷达LIDAR/多光束激光测距、毫米波雷达。这些无人机避障技术的优缺点如下：

TOF(飞行时间技术)相机：即飞行时间传感器，基本原理就是传感器发射一定频率的红外/激光信号，然后根据反射信号与原信号的相位差计算信号的飞行时间，即可换算出距离障碍物的距离。TOF与传统激光雷达的主要区别是：整个场景都是用单个光脉冲进行拍摄的，而非旋转的激光束逐点拍摄。TOF相机采用专用图像传感器捕获整个三维场景，因此无需移动部件。该方法技术比较成熟，作用距离较超声波更远，而且高等级的TOF传感器可以获得障碍物的深度图像，但缺点在于抗干扰能力较差(激光TOF稍好)。TOF易受到高楼之间的玻璃光干扰系统，就是遭遇太阳光的主要能量波段，使TOF暴漏不足，明显缺点就是测量距离变短，难以用于室外。

结构光相机：将编码的光栅或线光源等投射到被测物上，再使用摄像机接收该物体表面反射的结构光图案，由于接收图案必会因物体的立体型状而发生变形，根据它们产生的畸变来解调出被测物的三维信息。普通的结构光方法仍然是部分采用了三角测距原理的深度计算。其优点是：模块小；功耗相对较低；刷新率高，测量分辨率相对较高；缺点是：激光发射设备容易坏，更换需要标定且标定难度大，不易修复；编码光抗干扰差，容易被强光淹没，不适合室外。

超声波雷达：该方法的优点就是技术成熟，成本很低；但缺点在于作用距离近(常用的中低端超声波传感器作用距离不超过10m)，且对反射面有一定要求。固定翼无人机速度较快，该技术不适用。

双目相机：主动双目则是和人眼一样用两个普通摄像头针对同一个场景采集左右两张图像，通过三角定位原理以视差的方式来计算被测物距离。其优点是：成本低；分辨率高；帧率高；抗干扰强，适应不同光照环境；缺点是：算法复杂，计算量大计算芯片需要很高的计算性能，双目需要标定。

激光雷达LIDAR/多光束激光测距：激光雷达–光感测距技术(Lidar)通常使用脉冲激光束对周围环境进行扫描，并且测量信号从扫描对象返回到检测器的时间。激光扫描仪使用偏转镜偏转激光束，这使得它们能够实现非常宽的视野(FOV)。在扫描过程中，激光雷达系统将扫描各个距离点，根据这些点则可以计算出周围环境的3D图像。

毫米波雷达：雷达作为一项成熟的飞机防撞技术，其探测范围、扫描角速度、更新率和信号质量等均相对较高，最大的优点是可以做到全天候。将雷达用于低空飞行无人机防撞主要问题在于大小、重量和功耗的限制，此外雷达的分辨率略低。

超声波、TOF相机、结构光相机，因其本身原理造成的探测距离近，不适应高速飞行的固定翼无人机。

双目相机因探测距离仍受限于基线长度，且计算量大对整机系统影响大。毫米波雷达和激光避障雷达存在分辨率较低或价格昂贵的问题。

考虑到固定翼无人机较高的飞行速度，需在较远距离发现探测障碍物，并且需要较高的分辨率便于规划避障航线，结合成本、功耗和重量尽可能低的需求，急需一种无人机单目远距离障碍检测方法及其装置的新型技术。

发明内容