本文關(guān)鍵詞：無人機視覺穩(wěn)定避障系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 無人機 單目視覺 電子穩(wěn)像 障礙物檢測 組合導(dǎo)航

【摘要】：無人機由于其能夠在危險、極端等環(huán)境下代替人工作,可以最大限度降低人員損失、減少人員利用成本而迅速發(fā)展。其在軍事偵察、遙感測繪、抗險救災(zāi)、管線巡察、影視航拍等方面都得到了廣泛應(yīng)用。而無人機視覺導(dǎo)航作為無人機自動航跡規(guī)劃、實時目標(biāo)跟蹤及多機協(xié)同合作等工作的基礎(chǔ),成為了現(xiàn)階段研究的重點。本文設(shè)計實現(xiàn)一套無人機視覺穩(wěn)定避障系統(tǒng),由無人機機載信息采集系統(tǒng)和PC地面站回控?zé)o人機系統(tǒng)組成,其中又將機載信息采集系統(tǒng)分為組合導(dǎo)航信息體系和圖像傳輸存儲體系兩部分。通過劃分幾個子系統(tǒng)的方式,將整個系統(tǒng)各部分獨立,具有組合靈活、方便移植等特點。在機載信息采集系統(tǒng)中,本文針對實驗室已完成的通過平移補償?shù)膶崟r電子穩(wěn)像系統(tǒng)進行改進,設(shè)計了一種基于仿射變換的機載電子穩(wěn)像系統(tǒng),可實現(xiàn)對視頻中平移和旋轉(zhuǎn)疊加抖動的處理。本文在FAST特征點匹配的基礎(chǔ)上,對仿射變換模型的平移和旋轉(zhuǎn)參量進行估計,經(jīng)過濾波分離抖動與掃描運動,進而由空間變換累加法和最近鄰域插值法相結(jié)合的方法完成對圖像的運動補償。系統(tǒng)以ADSP-BF609對稱500MHz雙核處理器為核心,進行了并行算法和系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。針對處理的PAL制標(biāo)準(zhǔn)視頻,系統(tǒng)滿足實時性要求且穩(wěn)定可靠。在PC地面站回控?zé)o人機系統(tǒng)中,本文設(shè)計了一種基于單目定焦圖像平移的測距方法,實驗表明該方法簡單易行,且精度滿足系統(tǒng)需求。通過距離計算無人機投影,結(jié)合AABB包圍盒碰撞檢測方法,可準(zhǔn)確的判斷與障礙物是否相交。針對旋翼無人機可垂直飛行的特點,本文改進了威脅錐模型,使無人機以最近碰撞點為圓心避繞障礙物,實現(xiàn)無人機的有效避障。最后,本文完成了系統(tǒng)中MEMS慣性器件的標(biāo)定、組合導(dǎo)航信息采集和機載圖像采集輸出的測試,并對電子穩(wěn)像系統(tǒng)及單目避障回控系統(tǒng)進行了實驗測試與分析,驗證了系統(tǒng)的完整性和實時性以及算法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：無人機 單目視覺 電子穩(wěn)像 障礙物檢測 組合導(dǎo)航
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41;V279
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題背景與研究意義10-12
• 1.1.1 無人機及無人機視覺導(dǎo)航概述10-11
• 1.1.2 電子穩(wěn)像技術(shù)概述11-12
• 1.2 課題相關(guān)技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 電子穩(wěn)像技術(shù)12-13
• 1.2.2 障礙物檢測技術(shù)13-14
• 1.2.3 嵌入式處理器技術(shù)14-16
• 1.3 本文的研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)16-18
• 1.3.1 研究內(nèi)容16-17
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)17-18
• 第2章 系統(tǒng)設(shè)計方案18-26
• 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計18-19
• 2.2 無人機機載信息采集系統(tǒng)19-23
• 2.2.1 組合導(dǎo)航信息體系19-21
• 2.2.2 圖像傳輸存儲體系21-23
• 2.3 地面站回控?zé)o人機系統(tǒng)23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-26
• 第3章 基于仿射變換的機載電子穩(wěn)像系統(tǒng)設(shè)計26-52
• 3.1 仿射變換的基本理論26-28
• 3.2 FAST特征點匹配28-37
• 3.2.1 特征點的幾種檢測算法30-34
• 3.2.2 FAST檢測算法及代表點提取34-36
• 3.2.3 代表點匹配36-37
• 3.3 仿射變換參量計算及穩(wěn)像補償37-41
• 3.3.1 仿射變換參量估計37-38
• 3.3.2 運動濾波38-40
• 3.3.3 運動補償40-41
• 3.4 基于BF609雙核DSP的電子穩(wěn)像算法實現(xiàn)41-46
• 3.4.1 雙核DSP并行算法設(shè)計41-42
• 3.4.2 多緩沖區(qū)循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計42-44
• 3.4.3 系統(tǒng)優(yōu)化44-46
• 3.5 實驗與分析46-51
• 3.5.1 單幀補償效果46-48
• 3.5.2 連續(xù)多幀補償效果48-49
• 3.5.3 單核優(yōu)化測試結(jié)果49-50
• 3.5.4 雙核測試結(jié)果50-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第4章 基于單目視覺避障回控算法設(shè)計52-76
• 4.1 基于單目定焦圖像的平移測距方法52-59
• 4.1.1 攝像機成像模型52-54
• 4.1.2 定焦圖像測距方法54-59
• 4.2 視線障礙碰撞檢測及判定59-65
• 4.2.1 圖像處理59-62
• 4.2.2 碰撞檢測及障礙判定62-65
• 4.3 基于視覺信息的實時避障規(guī)劃65-69
• 4.3.1 威脅錐模型65-67
• 4.3.2 旋翼無人機避障策略67-69
• 4.4 實驗與分析69-74
• 4.4.1 定焦測距實驗69-70
• 4.4.2 障礙物判定實驗70-72
• 4.4.3 地面站回控航線72-74
• 4.5 本章小結(jié)74-76
• 第5章 系統(tǒng)測試76-86
• 5.1 組合導(dǎo)航系統(tǒng)測試76-81
• 5.1.1 MEMS慣性器件標(biāo)定76-78
• 5.1.2 組合導(dǎo)航模式與效果78-80
• 5.1.3 系統(tǒng)硬件實物80-81
• 5.2 圖像傳輸系統(tǒng)測試81-85
• 5.2.1 采集圖像測試81-82
• 5.2.2 預(yù)輸出圖像測試82-83
• 5.2.3 輸出圖像測試83-84
• 5.2.4 系統(tǒng)硬件實物84
• 5.2.5 無人機及載荷實物84-85
• 5.3 本章小結(jié)85-86
• 結(jié)論86-88
• 參考文獻88-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文92-94
• 致謝94

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本文編號：648951