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一種基於光流的無人機仿生智慧型避障方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種單目視覺的基於光流的無人機智慧型仿生避障方法，特別是屬於人 工智慧型以及計算機視覺領域。
背景技術
[0002] 無人機是一種由動力驅動、可以按照預定義軌跡自主控制飛行或者通過遠端遙控 實時操控的飛行器。在軍事和城市應用中越來越廣泛，但在實際應用中大都依賴專業操作 人員實時遙控，使用成本居高不下，反應速度慢，並且受制於通訊通道的傳輸質量。因此亟 需無人機具有自主避障的能力來識別並規避障礙物，使無人機能及時準確地到達目標位 置，完成預定的功能。避障技術的效率和精度直接決定了自動化裝置的執行效率。相對於超 聲波、雷射雷達，視覺避障技術更適用於無人機，因為視覺感測器不需要發射裝置，接收裝 置也很簡單，可以較好的滿足無人機對體積、重量和能耗的要求;並且視覺避障需要發射信 號，因此不存在輻射和訊號干擾，不會受到地理條件和姿態的限制。
[0003] 無人機負載能力有限，決定了其只能攜帶輕量級的感測裝置和嵌入式計算系統， 因此計算能力有限;無人機在三維空間運動且速度很快，任何延時都可能被放大導致錯誤， 因此對實時性要求很高，目前的計算機視覺演算法用於實現自主避障有很大的難度。昆蟲體 形小、重量輕(大腦重量不及十分一毫克且神經元比人類大腦少四個數量級）、神經系統簡 單，卻擁有精確避障的能力。無人機在大小、質量、計算能力、飛行環境等方面與昆蟲相似， 因此，昆蟲視覺導航和避障方法成為國內外的研究重點。
[0004] 國外對昆蟲視覺導航及避障機理已做了大量的生物實驗，並進行深入研究總結， 形成了大量可借鑑的研究成果。澳大利亞昆士蘭大學的srinivasan對蜜蜂飛行進行了多年 的研究，得出蜜蜂根據飛行過程中感受到的視覺變化(光流），即視網膜上產生的影象變化 來執行速度測定、著陸、避障等各種飛行任務。nicolas franceschini等研究人員花了數年 時間研究蒼蠅視覺系統和蒼蠅是如何檢測並利用光流的，然後在實驗的基礎上研製出來能 夠避開障礙物且不斷接近目標的輪式機械人"robot mouche" jrinivasan所在研究小組發 現蜜蜂是通過平衡兩側眼睛中光流來調節飛行方向的，因此他們在輪式機械人"corridorfollowing robot" 上安裝 了乙個攝像頭和兩面鏡子來驗證光流平衡機制。 john stowers 等 人設計了一種基於光流的生物啟發式無人機避障演算法，並實際試飛測試驗證了該演算法可用 於控制無人機避免走廊中迎面而來的障礙物。fabien expert和franck ruffier研發了一 款基於光流的蜜蜂空中機械人beerobor，重80克、長47厘公尺且利用24個光電二極體模擬個 昆蟲複眼，在未知環境無加速度計的情況下，僅僅通過視覺輸入即光流來判斷自身所處位 置，從而控制其沿著高低不平的隧道避障移動。
[0005] 無人機與飛行昆蟲面臨相似的約束，比如最小限度的能量消耗、超輕的重量、實時 快速的控制等。儘管飛行昆蟲具有多種感測裝備，但它們的行為主要還是受視覺控制，根據 視覺反饋來穩定飛行、控制飛行速度、感知深度資訊、跟蹤目標、著陸、檢測自運動和估測距 離。目前，對飛行昆蟲的行為模式和神經結構已經有了較為清晰的認識，並且在模擬平台以 及地面移動機械人上已經有了一些嘗試，但是由於無人機的各種資源限制及實驗的困難， 在無人機上的應用還處於起步階段，亟需進行深入研究，仍存在著很大的挑戰和研究前景， 具有很大的科學意義。
發明內容
[0006] 本發明的目的在於:克服現有技術的不足，提供了一種基於光流的無人機智慧型仿 生避障方法，針對無人機對重量、實時性等要求，從而實現無人機在未知雜亂環境中實時避 障飛行。
[0007] 為了實現上述目的，本發明所採用的技術是一種基於光流的無人機避障方法，如 圖1所示，該方法是按照以下步驟實現的：
[0008] 步驟1:無人機進行初始化後，控制無人機按照一定高度d、速度v飛行；
[0009] 步驟2:無人機按照控制指令飛行，利用單目攝像頭捕獲影象幀，根據前後兩幀圖 像ii、12，利用lk(lucas_kanade)方法計算得到光流，過濾雜訊光流；
[0010]步驟3:將影象i2分為邊緣、左中、右中三部分，得到影象左中部分dleft、影象右中部 分dright和影象邊緣dedge，因為處於影象邊緣的物體對於無人機避障飛行基本沒有影響，所 以此處只考慮影象中間部分出現的障礙物；
[0011 ] 步驟4:計算dieft、dright兩側光流水平標量之和，記為ls、rs，ls為di eft區間光流水 平標量之和，rs為dright區間光流水平標量之和；
[0012]
[0013] 其中，i vl_x i為第i個畫素點光流水平標量；i表示影象中第i個畫素，x表示光流水 平標量方向；
[0014] 步驟5:通過svm對訓練集中的影象特徵進行訓練，得到大型障礙物分類器檢測前 方是否為大型障礙物，即svm大型障礙物分類器;提取影象光流特徵，帶入svm分類器，根據 分類結果分別判定d lrft、dright是否為大型障礙物;大型障礙物是指無人機搭載的攝像頭捕 獲的影象幀中，障礙物所佔影象面積比較大，如果無人機距離障礙物很近時，障礙物基本佔 了整個影象幀，這時無人機需要旋轉角度避開障礙物，此時的障礙物則為大型障礙物；
無人機（總結的乙個報告）
無人機系統是配備了必要的資料處理單元，感測器 自動控制和通訊系統，並且能夠自動執行任務的系統。腦 能源 感測器 執行機構 無人系統分為 區域 無人空中系統 uas 無人地面系統 ugs 無人海上系統 ums 那麼軍用無人機系統未來的發展從哪幾個方面呢？1 有效載荷能力和續航能力 2 自主控制 決策能...
基於混沌遺傳演算法的無人機路徑規劃
摘要 提出了一種基於混沌遺傳演算法的無人機航跡路徑優化方法,屬於無人機航跡規劃技術領域。混沌遺傳演算法的基本思想是利用具有精緻內在規律的混沌序列來控制遺傳操作中的交叉和變異,以取代原有的在一定概率下完全隨機的交叉和變異操作,包括確定是否進行交叉或變異操作以及確定交叉或變異操作的具體位置等兩個方面,這...
六種當前最為智慧型的無人機了解一下
無人機的功能越來越強大，拍攝 和電影製作並不是它們僅有的目的。其他領域也可以從中獲益。讓我們來看看現在六種無人機的優勢，以便了解消費者級別和專業級無人機的未來會如何發展。現在讓我們從消費類無人機退一步，看看一款使用單個相機的無人機，該無人機能夠進行自動導航，避開障礙物並準確識別影象。該裝置是為nvi...