小型飛行器基于視覺(jué)自主探索與場(chǎng)景理解.pdf

1、近年來(lái)，小型飛行器已從原來(lái)的軍用級(jí)產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)人消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品?？涩F(xiàn)階段大多數(shù)飛行器產(chǎn)品還是依賴手動(dòng)操控，來(lái)完成一些簡(jiǎn)單的航拍任務(wù)。如何使小型飛行器具有自主飛行能力，并以此為基礎(chǔ)完成復(fù)雜任務(wù)，成為了當(dāng)今無(wú)人機(jī)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。
　　本文提出了一種基于單目視覺(jué)的自主環(huán)境探索與場(chǎng)景理解方法。為了保證自主系統(tǒng)的可靠定位和環(huán)境感知數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與處理，飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配備了機(jī)載計(jì)算機(jī)以及GPS、攝像頭等傳感器。本文先以柵格分割方法為基礎(chǔ)，利用支

2、持向量機(jī)算法實(shí)現(xiàn)了自然道路的檢測(cè)，并標(biāo)記出道路可通行區(qū)域?？紤]到自主環(huán)境探索中航跡的平滑與連續(xù)，系統(tǒng)以3Hz的頻率為飛行器提供飛行航向信息，從而為后續(xù)飛行器基于視覺(jué)的自主場(chǎng)景理解提供技術(shù)保障。
　　飛行器場(chǎng)景理解任務(wù)包括對(duì)道路幾何參數(shù)的在線估計(jì)、道路阻塞判斷、以及大范圍室外場(chǎng)景地圖的構(gòu)建。為了提高參數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性，本文基于圖像的顏色特征、紋理特征利用SLIC超像素分割對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行聚類，再利用自己設(shè)計(jì)研制的標(biāo)定板，對(duì)飛行器飛行高度、地

3、面物體幾何參數(shù)、圖像分辨率三者之間進(jìn)行標(biāo)定，完成了對(duì)道路幾何參數(shù)的在線估計(jì)任務(wù)。機(jī)載視覺(jué)系統(tǒng)的多尺度空-地參數(shù)標(biāo)定是后續(xù)地圖構(gòu)建的前提與基礎(chǔ)。為了完成小型飛行器對(duì)野外大范圍場(chǎng)景的地圖構(gòu)建，本文使用GPS系統(tǒng)記錄下飛行器環(huán)境探索中的自主飛行軌跡，實(shí)時(shí)估計(jì)道路寬度、道路長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)，并在線完成場(chǎng)景中的障礙物信息、顯著性物體信息的檢測(cè)，最終實(shí)現(xiàn)了大范圍室外地圖的構(gòu)建。在室外自然場(chǎng)景中開(kāi)展了一系列的飛行實(shí)驗(yàn)與測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析表明論文所提方