無人機自主避障方法、裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無人機自主避障方法、裝置，該避障方法包括：開啟裝配的多個方向上的距離傳感器；接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)；解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為預(yù)設(shè)航向，以躲避障礙物。此外本發(fā)明還提供一種多功能控制設(shè)備用于執(zhí)行所述避障方法。本發(fā)明提供了一種依據(jù)多個距離傳感器的距離傳感數(shù)據(jù)生成距離，并通過將該距離與預(yù)設(shè)距離相比較而生成避障動作的方案，所提出的避障方法可靠、實時、準(zhǔn)確，能夠有效防止機體損傷，也能夠保證飛行過程中不破壞其他物品。
【專利說明】
無人機自主避障方法、裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及航空科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種無人機自主避障方法、裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 無人駕駛無人機簡稱無人機，是利用遙控方法和自備的程序控制裝置操縱的不載 人的無人機。為了維持機體平衡W及完成工作任務(wù)，無人機體上可安裝的傳感器越來越多， 而隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，在小型無人機上集成高精度的傳感器已經(jīng)成為現(xiàn)實。目前，無人 機能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也越來越多，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于空中偵察、監(jiān)視、通信、反潛、電子干擾等。
[0003] 目前無人機飛行避障仍依賴于依靠操作者用遙控設(shè)備遠程控制，目前所提出的避 障策略多是采用激光測距模塊實現(xiàn)，一種避障系統(tǒng)包括信息采集模塊、姿態(tài)識別模塊、信息 處理模塊、姿態(tài)調(diào)整模塊、避障執(zhí)行模塊，其避障方法是用信息采集模塊采用激光測距陣列 進行多軸無人機前進方向上立體場景的信息采集，然后將采集的信息傳輸至所述信息處理 模塊;信息處理模塊接收并處理從所述姿態(tài)識別模塊獲取的信息，然后向姿態(tài)調(diào)整模塊發(fā) 送調(diào)整避障系統(tǒng)姿態(tài)的指令;姿態(tài)識別模塊識別多軸無人機的飛行姿態(tài)信息，并將識別到 的信息傳輸至所述信息處理模塊;姿態(tài)調(diào)整模塊根據(jù)所述信息處理模塊發(fā)送的姿態(tài)調(diào)整指 令對避障系統(tǒng)進行姿態(tài)調(diào)整，W使多軸無人機避障系統(tǒng)保持關(guān)注其飛行方向正前方的水平 方向；避障執(zhí)行模塊接收并執(zhí)行從信息處理模塊發(fā)出的避障指令。
[0004] 上述方法能夠有效地實現(xiàn)前進方向上的避障，但卻無法實現(xiàn)全方位的避障，例如 在飛行區(qū)域比較狹窄時，無人機不止能受到前方障礙物的影響，兩側(cè)也會受到碰觸到障礙 物的威脅，故此方案只適用于寬闊場景下的避障，并不能實現(xiàn)全方位避障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述問題，本發(fā)明提出了一種無人機自主避障方法，其通過安裝在機體上多 個方向上的距離傳感器實現(xiàn)多個方向上的距離檢測，從而實現(xiàn)了不止能夠在前進方向上自 主避障，而且也實現(xiàn)多個方向的自主避障，從而更全面的保證了機體的安全。
[0006] 第一方面，本發(fā)明提供了一種無人機自主避障方法，包括如下步驟：
[0007] 開啟裝配的多個方向上的距離傳感器；
[000引接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)；
[0009] 解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為預(yù)設(shè) 航向，W躲避障礙物。
[0010] 在本發(fā)明中，開啟多個方向上的距離傳感器，并接收距離傳感器的距離傳感數(shù)據(jù)， 解算所述距離傳感器成距離并與預(yù)設(shè)距離進行比較，從而作為改變自身航向的基準(zhǔn)。采用 運種方案簡單，實時，可靠，能夠從多個方向保護無人機體。
[0011] 結(jié)合第一方面，在第一方面的第一個實施例中，所述距離傳感器包括視覺傳感器、 激光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感器中的任意一項。
[0012] 本發(fā)明中，距離傳感器為視覺傳感器、激光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感 器中的任意一項，根據(jù)實際情景和無人機大小的不同，選用不同的測距傳感器。
[0013] 結(jié)合第一方面，在第一方面的第二個實施例中，每個方向上的距離傳感器均包括 多個，且W測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列，W獲取該方向的多個距離傳感數(shù)據(jù)。
[0014] 在本實施例中，所有的距離傳感器均W測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列，采用 測量方向軸發(fā)散式可W擴大檢測距離的范圍，而增大無人機的保護范圍，在條件允許的情 況下，安裝越多的距離傳感器，其測量精度越高，避障越實時。
[0015] 結(jié)合第一方面的第二個實施例，解算多個所述距離傳感數(shù)據(jù)成多個距離，取其中 最小距離與預(yù)設(shè)距離進行比較，其比較結(jié)果作為改變自身航向為預(yù)設(shè)航向的依據(jù)。
[0016] 在本實施例中，解算距離傳感數(shù)據(jù)成距離，并取其中最小距離作為與預(yù)設(shè)距離進 行比較，選取最小距離能夠最大限度的保護無人機體。
[0017] 結(jié)合第一方面的第二個實施例，依據(jù)所述多個距離傳感數(shù)據(jù)解算出多個距離，W 此模擬出障礙物大小和形狀。
[0018] 在本實施例中，在多個距離傳感數(shù)據(jù)解算出的多個距離后，可W根據(jù)獲取到的距 離傳感數(shù)據(jù)模擬出障礙的大小和形狀，為后序躲避障礙物提供保障。
[0019] 結(jié)合第一方面，在本發(fā)明的第=個實施例中，每個方向上均裝配兩個視覺傳感器 構(gòu)造出雙目視覺系統(tǒng)，利用該雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖，W從視差圖上分離出 障礙物。
[0020] 結(jié)合第一方面的第=個實施例，包括如下步驟：
[0021 ]利用雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖；
[0022] 將視差圖上所有像素點的值歸一化到0~255范圍內(nèi)；
[0023] 遍歷視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)；
[0024] 當(dāng)視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù)設(shè)闊值時則確定為障礙物。
[0025] 在本實施例中，利用雙目視覺算法判斷障礙物，W在無人機飛行遇到障礙物時及 時躲避。
[0026] 結(jié)合第一方面，在第一方面的第四個實施例中，解算出裝配在本體的測量方向軸 垂直向下的距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)成距離，W根據(jù)該距離計算出飛行高度，并據(jù) 此調(diào)整飛行高度。
[0027] 裝配在本體的測量方向垂直向下的距離傳感器可W用于檢測機體與地面的距離， 從而檢測出無人機的飛行高度，從而保護無人機。
[0028] 結(jié)合第一方面的第四個實施例，所述測量方向軸垂直向下的距離傳感器包括多 個，均用于測量本體與地面的距離參數(shù)，依據(jù)多個所述距離參數(shù)檢測本體的俯仰角和滾轉(zhuǎn) 角W確定本體的姿態(tài)變化，并據(jù)此調(diào)整飛行姿態(tài)。
[0029] 根據(jù)垂直向下的多個距離傳感器可W測量出機體的飛行姿態(tài)，從而達到飛行平穩(wěn) 的目的。
[0030] 結(jié)合第一方面，在第一方面的第五個實施例中，所述預(yù)設(shè)航向包括多個方向的預(yù) 設(shè)航向，所述預(yù)設(shè)航向至少包括東、西、南、北、垂直向上、垂直向下方向。
[0031 ]結(jié)合第一方面的第五個實施例：
[0032]當(dāng)改變自身航向為第一預(yù)設(shè)航向后，檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的距離小 于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向；
[0033] 當(dāng)改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向飛行時，仍檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的 距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第=預(yù)設(shè)航向；
[0034] 依次類推，直到檢測不到與任意一個方向的障礙物的距離小于預(yù)設(shè)距離，升高預(yù) 設(shè)高度后保持初始操控方向繼續(xù)飛行。
[0035] 通過循環(huán)檢測多個方向的方法，可W在機體不撞到障礙物的情況下，達到繞過障 礙物并按照初始操控方向飛行的效果，從而提升用戶體驗。
[0036] 結(jié)合第一方面，在第一方面的第六個實施例中，W中屯、對稱的方式裝配多個方向 上的距離傳感器在本體上，且其裝配的對稱中屯、在本體重屯、線上。
[0037] 將多個距離傳感器中屯、對稱安裝，可W保證機體重量平衡，從而保證飛行過程中 平穩(wěn)飛行。
[0038] 第二方面，本發(fā)明提供了一種無人機自主避障裝置，包括：
[0039] 采集單元，用于飛行過程中，開啟裝配的多個方向上的距離傳感器；
[0040] 接收單元，用于接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)；
[0041] 判斷單元，用于解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自 身航向為預(yù)設(shè)航向，W躲避障礙物。
[0042] 結(jié)合第二方面，在第二方面的第一個實施例中，所述距離傳感器包括視覺傳感器、 激光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感器中的任意一項。
[0043] 結(jié)合第二方面，在第二方面的第二個實施例中，每個方向上的距離傳感器均包括 多個，且W測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列，W獲取該方向的多個距離傳感數(shù)據(jù)。
[0044] 結(jié)合第二方面的第二個實施例，解算多個所述距離傳感數(shù)據(jù)成多個距離，取其中 最小距離與預(yù)設(shè)距離進行比較，其比較結(jié)果作為改變自身航向為預(yù)設(shè)航向的依據(jù)。
[0045] 結(jié)合第二方面的第二個實施例，依據(jù)所述多個距離傳感數(shù)據(jù)解算出多個距離，W 此模擬出障礙物大小和形狀。
[0046] 結(jié)合第二方面，在第二方面的第=個實施例中，
[0047] 每個方向上均裝配兩個視覺傳感器構(gòu)造出雙目視覺系統(tǒng)，利用該雙目視覺系統(tǒng)構(gòu) 造觀測場景的視差圖，W從視差圖上分離出障礙物。
[0048] 結(jié)合第二方面的第=個實施例，所述判斷單元包括：
[0049] 構(gòu)造模塊，用于利用雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖；
[0050] 歸一模塊，用于將視差圖上所有像素點的值歸一化到0~255范圍內(nèi)；
[0051] 遍歷模塊，用于遍歷視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)；
[0052] 確定模塊，用于當(dāng)視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù)設(shè)闊值時則確定為障 礙物。
[0053] 結(jié)合第二方面，在第二方面的第四個實施例中，解算出裝配在本體的測量方向軸 垂直向下的距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)成距離，W根據(jù)該距離計算出飛行高度，并據(jù) 此調(diào)整飛行高度。
[0054] 結(jié)合第二方面的第四個實施例，所述測量方向軸垂直向下的距離傳感器包括多 個，均用于測量本體與地面的距離參數(shù)，依據(jù)多個所述距離參數(shù)檢測本體的俯仰角和滾轉(zhuǎn) 角W確定本體的姿態(tài)變化，并據(jù)此調(diào)整飛行姿態(tài)。
[0055] 結(jié)合第二方面，在第二方面的第五個實施例中，所述預(yù)設(shè)航向包括多個方向的預(yù) 設(shè)航向，所述預(yù)設(shè)航向至少包括東、西、南、北、垂直向上、垂直向下方向。
[0056] 結(jié)合第二方面的第五個實施例：
[0057] 當(dāng)改變自身航向為第一預(yù)設(shè)航向后，檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的距離小 于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向；
[0058] 當(dāng)改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向飛行時，仍檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的 距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第=預(yù)設(shè)航向；
[0059] 依次類推，直到檢測不到與任意一個方向的障礙物的距離小于預(yù)設(shè)距離，升高預(yù) 設(shè)高度后保持初始操控方向繼續(xù)飛行。
[0060] 結(jié)合第二方面，在第二方面的第六個實施例中，W中屯、對稱的方式裝配多個方向 上的距離傳感器在本體上，且其裝配的對稱中屯、在本體重屯、線上。
[0061] 本發(fā)明提供了一種依據(jù)多個距離傳感器的距離傳感數(shù)據(jù)生成距離，并通過將該距 離與預(yù)設(shè)距離相比較而生成避障動作的方案，所提出的避障方法可靠、實時、準(zhǔn)確，能夠有 效防止機體損傷，也能夠保證飛行過程中不破壞其他物品。
[0062] 第=方面，本發(fā)明實施例中提供了一種多功能控制設(shè)備，包括：
[0063] 顯示器，用于顯示程序執(zhí)行的結(jié)果；
[0064] 存儲器，用于存儲支持收發(fā)裝置執(zhí)行上述無人機自主避障方法的程序；
[0065] 通信接口，用于上述無人機自主避障裝置與其他設(shè)備或通信網(wǎng)絡(luò)通信；
[0066] -個或多個處理器，用于執(zhí)行所述存儲器中存儲的程序；
[0067] -個或多個應(yīng)用程序，其中所述一個或多個應(yīng)用程序被存儲在所述存儲器中并被 配置為由所述一個或多個處理器執(zhí)行，所述一個或多個程序被配置為用于執(zhí)行根據(jù)無人機 自主避障的任何方法。
[0068] 第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機存儲介質(zhì)，用于儲存為上述無人機自 主避障裝置所用的計算機軟件指令，其包含用于執(zhí)行上述方面為無人機自主避障裝置所設(shè) 計的程序。
[0069] 本發(fā)明在離線狀態(tài)下，利用在無人機多個方向上裝配的多個距離傳感器采集多個 方向的距離傳感數(shù)據(jù)，解算距離傳感數(shù)據(jù)成距離并用于判斷是否改變航向的基準(zhǔn)，其提供 了一種在飛行狀態(tài)時躲避障礙物的方法，所提出的避障方法可靠、實時、準(zhǔn)確，能夠有效防 止機體損傷，也能夠保證飛行過程中不破壞其他物品。
[0070] 本發(fā)明的運些方面或其他方面在W下實施例的描述中會更加簡明易懂。
【附圖說明】
[0071] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于 本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù)運些附圖獲得其他的附 圖。
[0072] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種裝配有距離傳感器的無人機示意圖。
[0073] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種用于無人機自主避障的設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖。
[0074] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種無人機自主避障方法流程圖。
[0075] 圖4示出了根據(jù)發(fā)發(fā)明一個實施例的一種無人機檢測平面的示意圖。
[0076] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種無人機利用雙目視覺判斷障礙物的方法 流程圖。
[0077] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種無人機單目視覺成像示意圖。
[0078] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種無人機雙目視覺理想模型。
[0079] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種無人機雙目視覺檢測出的視差圖。
[0080] 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種無人機檢測出的障礙物圖。
[0081] 圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種無人機自主避障裝置框圖。
[0082] 圖11示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種無人機自主避障裝置的判斷單元的具 體框圖。
[0083] 圖12示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一種多功能控制設(shè)備框圖。
【具體實施方式】
[0084] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的 附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0085] 在本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的描述的一些流程中，包含了按照 特定順序出現(xiàn)的多個操作，但是應(yīng)該清楚了解，運些操作可W不按照其在本文中出現(xiàn)的順 序來執(zhí)行或并行執(zhí)行，操作的序號如1〇1、1〇2等，僅僅是用于區(qū)分開各個不同的操作，序號 本身不代表任何的執(zhí)行順序。另外，運些流程可W包括更多或更少的操作，并且運些操作可 W按順序執(zhí)行或并行執(zhí)行。需要說明的是，本文中的"第一"、"第二"等描述，是用于區(qū)分不 同的消息、設(shè)備、模塊等，不代表先后順序，也不限定"第一"和"第二"是不同的類型。
[0086] 本發(fā)明的發(fā)明人注意到隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，在無人機體上安裝多個高精度小 體積的器件已經(jīng)不是難題，可W利用運樣的現(xiàn)有技術(shù)條件在無人機上安裝多個距離傳感 器，從而根據(jù)多個距離傳感器測量的距離數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時的避障，實現(xiàn)全方位的無人機避障， 最大限度減少機體損傷和人員傷害。
[0087] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0088] 對于本發(fā)明中用到的專有名詞解釋如下：
[0089] 距離傳感器，在本發(fā)明中，距離傳感器是指用于測量距離的傳感器，例如激光測距 傳感器，紅外傳感器、超聲波傳感器、雷達、大氣壓力傳感器等，距離傳感器可W檢測出距離 數(shù)據(jù)，例如采用大氣壓力傳感器，在無人機飛行高度變化時，檢測相應(yīng)高度的氣壓強度從而 判斷無人機的飛行高度。
[0090] 距離傳感數(shù)據(jù)，在本發(fā)明中，距離傳感數(shù)據(jù)來自距離傳感器，通過距離傳感數(shù)據(jù)能 夠算出距離。
[0091] 測量方向軸，在本發(fā)明中，測量方向軸是指距離傳感器測量的方向，例如在無人機 上采用了激光測距傳感器，在無人機的正下方安裝，其用于檢測正下方的距離數(shù)據(jù)。測量方 向軸發(fā)散的形式是指在測量一個方向時，采用多個距離傳感器時，測量方向相互不平行的 發(fā)散形式，基于此種設(shè)計方法，測量方向軸可W與正下方方向有夾角，通過發(fā)散的設(shè)計可W 保證獲取較、大的測量面積。
[0092] 初始操控方向，在本發(fā)明中，初始操控方向是指操作人員設(shè)置的無人機飛行方向， 例如操作者控制無人機向正北方向飛行，運根據(jù)預(yù)先設(shè)置，可W在遇到障礙物時，繞過障礙 物繼續(xù)向北飛行。
[0093] 在本發(fā)明的實施例中，裝配有距離傳感器的無人機示意圖如圖1所示，包括無人機 1000，其機體上裝配有多個方向的距離傳感器2000，例如在本發(fā)明的一個實施例中，在機體 的垂直向下、垂直向上、東、南、西、北六個方向分別安裝了用于測量距離的激光測距傳感器 陣列。在無人機飛行過程中，可W隨時通過六個方向的距離傳感數(shù)據(jù)獲取可能遇到的任何 障礙物距離機體的數(shù)據(jù)，從而及時的做出避障動作，保證機體安全。
[0094] 在本發(fā)明的一個實施例中，用于完成無人機的自主避障方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示，整體結(jié)構(gòu)包括系統(tǒng)處理中屯、、傳感器模塊、控制器、執(zhí)行控制端等，其中傳感器模塊 包括慣性傳感器、磁強計、超聲波傳感器、激光測距傳感器、視覺傳感器等，用于生成各種傳 感器數(shù)據(jù)從而生成用于表征無人機飛行過程中的姿態(tài)信息、高度數(shù)據(jù)、航向數(shù)據(jù)、圖像數(shù) 據(jù)、距離數(shù)據(jù)等，從而反映無人機飛行中的各項參數(shù)，便于無人機做自身的調(diào)整。例如當(dāng)無 人機受到刮風(fēng)影響時，利用慣性傳感器可W檢測出無人機的姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)生變化，無人機獲 取姿態(tài)數(shù)據(jù)后調(diào)整自身姿態(tài)W保證按照操控指令飛行;又如當(dāng)用戶想通過圖像控制無人機 飛行時，在本發(fā)明的一個實施例中，如圖3所示，采用視覺傳感器獲取動態(tài)圖像，繼而從動態(tài) 圖像的每一帖圖片中識別人的手勢，從而根據(jù)人的手勢與預(yù)存模板庫的匹配結(jié)果判斷將要 完成的操作指令;在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)無人機飛行過程中某個方向遇到障礙物時， 可W利用運個方向的距離傳感器檢測出與障礙物的距離，從而迅速做出避障動作，從而保 證機身不損傷，而且當(dāng)無人機有了避障措施后，能夠單獨執(zhí)行空間檢測等任務(wù)。系統(tǒng)處理中 屯、是完成數(shù)據(jù)整合、發(fā)送控制、執(zhí)行操作執(zhí)行的核屯、部分，其在收到傳感器模塊發(fā)送的數(shù)據(jù) 時，通過一系列的算法從數(shù)據(jù)中識別出特定的信息，從而根據(jù)運些信息判斷將要執(zhí)行的操 作，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，系統(tǒng)處理中屯、不止能夠完成傳感器數(shù)據(jù)的整合和發(fā)送指 令，還可W進行其他的操作，在本發(fā)明中，系統(tǒng)處理中屯、應(yīng)具備能夠完成無人機自主避障的 任何方法?？刂破魇怯糜诳刂茻o人機的控制器件，一般地，當(dāng)遠程遙控設(shè)備作為控制器控制 無人機時，需要設(shè)置無人機與控制器的控制頻率，W保證有效控制無人機飛行。執(zhí)行控制端 用于無人機執(zhí)行操作指令，執(zhí)行控制端與系統(tǒng)處理中屯、互相通訊，W保證無人機按照操作 指令執(zhí)行。
[00M]在本發(fā)明中，開啟多個方向上的距離傳感器，并接收距離傳感器的距離傳感數(shù)據(jù)， 解算所述距離傳感器成距離并與預(yù)設(shè)距離進行比較，從而作為改變自身航向的基準(zhǔn)。采用 運種方案簡單，實時，可靠，能夠從多個方向保護無人機體。
[0096] 第一方面，本發(fā)明提供了一種無人機自主避障方法，如圖3所示，包括如下步驟：
[0097] SlOl，開啟裝配的多個方向上的距離傳感器。
[0098] 結(jié)合第一方面，在第一方面的一種實施例中，所述距離傳感器包括視覺傳感器、激 光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感器中的任意一項。
[0099] 本發(fā)明中，距離傳感器為視覺傳感器、激光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感 器中的任意一項，根據(jù)實際情景和無人機大小的不同，選用不同的測距傳感器。結(jié)合第一方 面，在第一方面的一種實施例中，所述距離傳感器包括超聲波傳感器、激光測距傳感器、雷 達傳感器中的任意一項，根據(jù)實際情景和無人機大小的不同，選用不同的測距傳感器。但是 根據(jù)實際情況，也不排除使用視覺傳感器、氣壓傳感器等傳感器檢測距離的情況。W使用小 型激光測距傳感器為例，在無人機的多個方向上裝配上多個激光測距傳感器，其中每個方 向都安裝一組測量方向軸發(fā)散的激光測距傳感器。每個激光測距傳感器都有設(shè)定的標(biāo)記用 于區(qū)分其他的激光測距傳感器，每個激光測距傳感器都標(biāo)明測量的方向。單個激光測距傳 感器與普通激光測距傳感器的測距原理一致，包括激光發(fā)射模塊和激光接收模塊，在開啟 激光測距傳感器后，激光測距傳感器的發(fā)射模塊就會W-定頻率不停的向外發(fā)送激光，本 領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，當(dāng)激光接觸到障礙物時，會彈回而被激光接收模塊接收到，從而 生成距離傳感數(shù)據(jù)，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解根據(jù)光的傳播速度和傳播時間可W計算出 無人機與障礙物之間的距離，例如采用公式2s = ^，在公式中S代表無人機與障礙物之間的 距離，V代表光速，t代表傳輸時間，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，在本實施例中，V和t是距離 傳感數(shù)據(jù)，而計算出來的S為距離。
[0100] 結(jié)合第一方面，在第一方面的一種實施例中，每個方向上的距離傳感器均包括多 個，且W測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列，W獲取該方向的多個距離傳感數(shù)據(jù)。
[0101] 在本發(fā)明的一個實施例中，所有的距離傳感器均W測量方向軸發(fā)散的形式排列成 陣列，采用測量方向軸發(fā)散式可W擴大檢測距離的范圍，而增大無人機的保護范圍，在條件 允許的情況下，安裝越多的距離傳感器，其測量精度越高，避障越實時。
[0102] S102,接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)。
[0103] 在本發(fā)明的一個實施例中，從多個距離傳感器中獲取表征機體自身與周圍障礙物 之間的距離傳感數(shù)據(jù)，并且將距離傳感數(shù)據(jù)計算成距離，W激光測距傳感器為例，利用激光 測距傳感器采集的距離傳感器數(shù)據(jù)是多個檢測方向的傳輸時間和光傳輸頻率等，通過運些 數(shù)據(jù)可W算出機體與周圍障礙物之間的距離。
[0104] S103,解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為 預(yù)設(shè)航向，W躲避障礙物。
[0105] 在本發(fā)明的一個實施例中，解算多個所述距離傳感數(shù)據(jù)成多個距離，取其中最小 距離與預(yù)設(shè)距離進行比較，其比較結(jié)果作為改變自身航向為預(yù)設(shè)航向的依據(jù)。在本發(fā)明的 一個實施例中，解算距離傳感數(shù)據(jù)成距離，并取其中最小距離作為與預(yù)設(shè)距離進行比較，選 取最小距離能夠最大限度的保護無人機體。
[0106] 本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，當(dāng)在某個方向上具有多個距離傳感器陣列時，多個 距離傳感器可W測量多個距離傳感數(shù)據(jù)，從而從多個距離傳感數(shù)據(jù)中可W計算出多個距離 來，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，在運些距離數(shù)據(jù)中選取最小距離與預(yù)設(shè)距離做出實時比 較，當(dāng)距離過近時，說明有撞上障礙物的危險，此時改變航向。例如在向東方向的四個激光 距離傳感器分別測出1. Om，1.2m，1.2m，1. Im，而預(yù)設(shè)距離是Im，此時裝配在東方向的四個激 光測距傳感器中的其中一個已經(jīng)測出和預(yù)設(shè)距離相等的距離，此時需要改變航向，W保證 機體不損傷，最大限度保護機體。
[0107] 進一步，依據(jù)所述多個距離傳感數(shù)據(jù)解算出多個距離，W此模擬出障礙物大小和 形狀。
[0108] 解算單個方向上的多個距離傳感器成多個距離，本發(fā)明的一個實施例中，如圖4所 示，激光測距傳感器測量方向軸W發(fā)散的形式排布成陣列，由于是W發(fā)散形式排列，其測量 的范圍也會加大，在單個方向上能夠測量更大的范圍，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員不難理解，在測量 了多個與障礙物的距離后，就可W模擬出各種形狀的障礙物來;例如在本發(fā)明的一個實施 例中，如圖4所示，在圖中無人機的右側(cè)方向安裝了8個激光測距傳感器，通過測量發(fā)現(xiàn)根據(jù) 距離傳感數(shù)據(jù)算出的多個距離數(shù)據(jù)是線性變化的，從而判斷該方向前方的障礙物很可能是 平面，再根據(jù)單個激光測距傳感器射在障礙物上的A、B、C、D四個點的空間相對位置求取出 平面公式，從而確定障礙物的一側(cè)為平整的形狀，且根據(jù)是否能夠接收到激光返回的數(shù)據(jù) 確定障礙物的邊緣。除了本實施例中表征的平整的障礙物外，其他不規(guī)則的障礙物如樹木、 懸崖、隧道等，可根據(jù)建立數(shù)學(xué)模型等方法對障礙物的形狀和大小進行模擬，本發(fā)明對完成 測量障礙物形狀和大小的算法不做限制。
[0109] 在上述實施例中，在多個距離傳感數(shù)據(jù)解算出的多個距離后，可W根據(jù)獲取到的 距離傳感數(shù)據(jù)模擬出障礙的大小和形狀，為后序躲避障礙物提供保障。
[0110] 結(jié)合第一方面，在本發(fā)明的第=個實施例中，每個方向上均裝配兩個視覺傳感器 構(gòu)造出雙目視覺系統(tǒng)，利用該雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖，W從視差圖上分離出 障礙物。
[0111] 結(jié)合第一方面的第=個實施例，如圖5所示，包括如下步驟：
[0112] S201，利用雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖；
[0113] S202,將視差圖上所有像素點的值歸一化到0~255范圍內(nèi)；
[0114] S203,遍歷視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)；
[0115] S204,當(dāng)視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù)設(shè)闊值時則確定為障礙物。
[0116] 在本實施例中，利用雙目視覺算法判斷障礙物，W在無人機飛行遇到障礙物時及 時躲避。首先需要對攝像機進行標(biāo)定，攝像機標(biāo)定的目的是建立有效的攝像機成像模型，確 定攝像機的內(nèi)外屬性參數(shù)，W便正確建立空間坐標(biāo)系中物體的空間點與像點之間的對應(yīng)關(guān) 系。雙目立體視覺系統(tǒng)中的單個攝像機的成像采用針孔攝像機數(shù)學(xué)模型來描述，即任何點Q 在圖像中的投影位置q，為光屯、與Q點的連線與圖像平面的交點，如圖6所示。
[0117] 物理世界中的點Q，其坐標(biāo)為(X，Y，Z)。投影為點(x，y，f)，如下公式所示：
[011 引
[0119] 式中，Cx和Cy為成像忍片的中屯、與光軸的偏移;fx和fy為透鏡的物理焦距長度與成 像儀每個單元尺寸Sx和Sy的乘積.則寫成矩陣形式為
[0120] q=MQ
[0121] 其中
[0122]
[0123] 化I牛M倒、戶JJ現(xiàn)豕n 化I牛，忙JMI豕機標(biāo)定過程中可W同時求出鏡頭崎變向 量，對鏡頭崎變進行校正。而立體標(biāo)定是計算空間上兩臺攝像機幾何關(guān)系的過程，即尋找兩 臺攝像機之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T，標(biāo)定圖像黑白棋盤圖，標(biāo)定過程中在攝像頭前平 移和旋轉(zhuǎn)棋盤圖，在不同角度獲取棋盤圖上的角點位置，給定立體圖像間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平 移矩陣T，使用相關(guān)算法進行立體校正，例如使用Bouguet算法，立體校正的目的是使兩個視 覺傳感器所拍攝的圖像的對應(yīng)匹配點分別在兩圖像的同名像素行中，從而將匹配捜索方位 限制在一個像素行內(nèi)。
[0124] 在生成視差圖之前需要進行圖像預(yù)處理，W利于生成更為明顯的視差圖，在經(jīng)過 大量測試后，高斯濾波算法具有很好的效果，經(jīng)過高斯濾波后圖像紋理明顯增強。本領(lǐng)域內(nèi) 技術(shù)人員可W理解，為了生成更好的視差圖，不排除使用其他預(yù)處理算法。
[0125] 圖7為經(jīng)過校正后的理想的雙目視覺立體坐標(biāo)系其坐標(biāo)原點為左攝像頭投影中 屯、，X軸由原點指向右攝像頭投影中屯、，Z軸垂直于攝像機成像平面指向前方，Y軸垂直于X-Z 平面箭頭向下。
[0126] 對于校正好的攝像機需要進行立體匹配，W生成視差圖，例如選擇區(qū)域灰度相關(guān) 法進行立體匹配。對于無人機視覺導(dǎo)航來說，如果計算能夠W很快的速度完成，則系統(tǒng)就可 W提早探測到障礙物而及時采取有利的行動。
[0127] 例血洗巧相似忡輪娜I巧子，像素灰底差的絕對值巧，血下公擊所示；
[0128；
[0129] 其中11^，7)和心^，7)分別為左圖和右圖的像素灰度值，假設(shè)匹配^左圖為參考 圖，則Wp為左圖中WPi點為中屯、的鄰域窗口。如圖8所示，對于左圖像中的點Pi在右圖像中沿 著其對應(yīng)的極線捜索匹配像素，當(dāng)區(qū)域中的像素使相似性準(zhǔn)則最小時，則認(rèn)為是匹配的。
[0130] 經(jīng)過高斯濾波算法，在經(jīng)過匹配而得到的視差圖，視差圖上每一個值代表位于攝 像頭前的某一距離值。視差越大表示距離越近，其中灰度值越大的區(qū)域亮度越高，表示與攝 像頭的相對距離越近。
[0131] 從視差圖中分離出障礙物的方法有很多種。例如使用區(qū)域生長算法分離視差圖上 相近視差區(qū)域，并且判斷該區(qū)域中像素的多少決定是否是障礙物;又例如通過引入一系列 濾波器對視差圖進行處理，檢測細長型的障礙物效果比較理想。
[0132] 在獲得視差圖后，首先將視差圖上所有像素點的值歸一化到0~255范圍內(nèi)，然后 遍歷整個視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)，視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù) 設(shè)闊值時則認(rèn)為可能是障礙物，例如在占有圖片四分之一范圍內(nèi)的同一個像素值的像素點 個數(shù)為超過100個為障礙物。圖9為使用該方法提取出的障礙物。
[0133] 因為研究對象是=維避障問題，所W首先判斷是否可W直接越過障礙物。對于不 能越過的障礙物通過雙目立體視覺系統(tǒng)獲取其相對距離W及大小，判斷其危險等級，危險 等級應(yīng)與可通過區(qū)域的大小成反比，相對距離成反比。針對危險等級最高的障礙物，考慮加 入立體視覺系統(tǒng)的位置不確定性和輪廓不確定性，生成危險區(qū)域。結(jié)合危險區(qū)域的范圍、無 人機的尺寸W及走廊環(huán)境內(nèi)的空間，在障礙物附近生成一系列控制點，引導(dǎo)無人機安全飛 過障礙物區(qū)域。
[0134] 結(jié)合第一方面，在第一方面的一種實施例中，解算出裝配在本體的測量方向軸垂 直向下的距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)成距離，W根據(jù)該距離計算出飛行高度，并據(jù)此 調(diào)整飛行高度。
[0135] 在本發(fā)明的一個實施例中，可W通過垂直向上、垂直向上的距離傳感器的距離傳 感數(shù)據(jù)判斷飛行高度，W保證飛行平穩(wěn)。例如可W采用激光測距傳感器測量距離時，根據(jù)距 離傳感數(shù)據(jù)計算出垂直向上、垂直向下方向的障礙物距離本機的距離分別是1米和10米，貝U 可W判斷機體距離上障礙物較近，容易碰觸到上障礙物，故控制本機與上障礙物保持安全 距離飛行，例如下降3米飛行。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，該方法亦可適用于檢測其他方 向的障礙物的情況，例如距離本機飛行方向的左側(cè)障礙物距離近到1米時，及時采取避障動 作，向右繼續(xù)飛行。在達到對所有方向都有效避障后，無人機在檢測空間結(jié)構(gòu)時機體就不會 受傷，甚至根本不用認(rèn)為操控，無人機就可W自主完成空間結(jié)構(gòu)檢測的任務(wù)。
[0136] 在上述實施例中，裝配在本體的測量方向垂直向下的距離傳感器可W用于檢測機 體與地面的距離，從而檢測出無人機的飛行高度，從而保護無人機。
[0137] 進一步，所述測量方向軸垂直向下的距離傳感器包括多個，均用于測量本體與地 面的距離參數(shù)，依據(jù)多個所述距離參數(shù)檢測本體的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角W確定本體的姿態(tài)變 化，并據(jù)此調(diào)整飛行姿態(tài)。
[0138] 根據(jù)多個垂直向上、垂直向下方向的距離傳感器的距離傳感數(shù)據(jù)可W判斷本機的 飛行姿態(tài)，從而可W用于調(diào)整飛行姿態(tài)，保證機體平衡。在本發(fā)明的一個實施例中，在無人 機的垂直向上、垂直向下方向分別安裝了多個距離傳感器，例如安裝激光測距傳感器陣列。 當(dāng)無人機收到刮風(fēng)等影響時，自身的飛行就會出現(xiàn)失衡，能體現(xiàn)無人機失衡的參數(shù)就是俯 仰角和翻滾角，當(dāng)其數(shù)據(jù)在極短時間內(nèi)發(fā)生快速變化則代表著飛行姿態(tài)不平穩(wěn)，而本發(fā)明 中的距離傳感器可W用于檢測出飛行姿態(tài)的變化，例如兩個同為檢測垂直向下方向的激光 測距傳感器W平行于重屯、線、且W重屯、線對稱的形式安裝在機體兩側(cè)，當(dāng)正常飛行狀態(tài)時， 兩側(cè)激光測距傳感器均用于檢測本機與地面的距離，距離傳感器的數(shù)據(jù)基本相等；當(dāng)無人 機收到外界環(huán)境干擾而姿態(tài)發(fā)生變化時，兩側(cè)激光測距傳感器測得的本機與地面的距離將 會發(fā)生很大偏差，說明飛行姿態(tài)不正常，機體傾斜。通過該方法可W調(diào)整飛行姿態(tài)，保證飛 行平穩(wěn)。
[0139] 結(jié)合第一方面，在第一方面的一種實施例中，所述預(yù)設(shè)航向包括多個方向的預(yù)設(shè) 航向，所述預(yù)設(shè)航向至少包括東、西、南、北、垂直向上、垂直向下方向。
[0140] 進一步，當(dāng)改變自身航向為第一預(yù)設(shè)航向后，檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物 的距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向；
[0141] 當(dāng)改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向飛行時，仍檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的 距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第=預(yù)設(shè)航向；
[0142] 依次類推，直到檢測不到與任意一個方向的障礙物的距離小于預(yù)設(shè)距離，升高預(yù) 設(shè)高度后保持初始操控方向繼續(xù)飛行。
[0143] 在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)檢測與障礙物距離小于預(yù)設(shè)距離時，自身已經(jīng)改變 為第一預(yù)設(shè)航向時，仍然檢測到與障礙物距離小于預(yù)設(shè)距離時，則改變自身航向為第二預(yù) 設(shè)航向，當(dāng)改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向時仍檢測到有障礙物距離小于預(yù)設(shè)距離，則改變 成第=預(yù)設(shè)航向，依次類推，直到與所有航向的障礙物的距離都大于預(yù)設(shè)距離，升高預(yù)設(shè)高 度后W初始方向繼續(xù)飛行。例如，在無人機上預(yù)設(shè)了向上、向下、向東、向西、向南、向北六個 預(yù)設(shè)航向，預(yù)設(shè)第一、第二、第=、第四、第五、第六預(yù)設(shè)航向分別為向上、向下、向東、向西、 向南、向北，而此時初始操控方向為向東飛行，當(dāng)遇到障礙物與本機的距離到達預(yù)設(shè)距離 時，首先按照向上飛行躲避障礙物；當(dāng)向上方向沒有檢測到有任何障礙物與本機的距離到 達預(yù)設(shè)距離，則升高預(yù)設(shè)高度例如Im繼續(xù)按照初始操控方向即東方向飛行，當(dāng)向上方向也 檢測到有障礙物與本機的距離到達預(yù)設(shè)距離，則改變自身航向為向下飛行，依次類推。通過 循環(huán)檢測多個方向的方法，可W在機體不撞到障礙物的情況下，達到繞過障礙物并按照初 始操控方向飛行的效果，從而提升用戶體驗。
[0144] 結(jié)合第一方面，在第一方面的一種實施例中，W中屯、對稱的方式裝配多個方向上 的距離傳感器在本體上，且其裝配的對稱中屯、在本體重屯、線上。
[0145] 具體地，在機體上裝配的多個方向上的距離傳感器為測量方向軸中屯、對稱的方式 裝配在機體上，例如在東、南、西、北四個方向上W同一個水平面安裝激光測距傳感器，每個 方向上安裝的激光測距傳感器的個數(shù)都一樣。
[0146] 將多個距離傳感器中屯、對稱安裝，可W保證機體重量平衡，從而保證飛行過程中 平穩(wěn)飛行。
[0147] 第二方面，本發(fā)明提供了一種無人機自主避障裝置，該自主避障裝置具有實現(xiàn)上 述第一方面中無人機自主避障的功能。所述功能可W通過硬件實現(xiàn)，也可W通過硬件執(zhí)行 相應(yīng)的軟件實現(xiàn)。所述硬件或軟件包括一個或多個與上述功能相對應(yīng)的模塊。如圖10所示， 該無人機自主避障裝置包括如下單元：
[0148] 采集單元101，用于開啟裝配的多個方向上的距離傳感器。
[0149] 接收單元102,用于接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)。
[0150] 在本發(fā)明的一個實施例中，接收單元102能夠從多個距離傳感器中獲取表征機體 自身與周圍障礙物之間的距離傳感數(shù)據(jù)，并且將距離傳感數(shù)據(jù)計算成距離，W激光測距傳 感器為例，利用激光測距傳感器采集的距離傳感器數(shù)據(jù)是多個檢測方向的傳輸時間和光傳 輸頻率等，通過運些數(shù)據(jù)可W算出機體與周圍障礙物之間的距離。
[0151] 判斷單元103，用于解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改 變自身航向為預(yù)設(shè)航向，W躲避障礙物。
[0152] 在本發(fā)明的一個實施例中，判斷單元103用于解算多個所述距離傳感數(shù)據(jù)成多個 距離，取其中最小距離與預(yù)設(shè)距離進行比較，其比較結(jié)果作為改變自身航向為預(yù)設(shè)航向的 依據(jù)。在本發(fā)明的一個實施例中，解算距離傳感數(shù)據(jù)成距離，并取其中最小距離作為與預(yù)設(shè) 距離進行比較，選取最小距離能夠最大限度的保護無人機體。
[0153] 結(jié)合第二方面，在第二方面的一種實施例中，所述距離傳感器包括視覺傳感器、激 光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感器中的任意一項。
[0154] 本發(fā)明中，距離傳感器為視覺傳感器、激光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感 器中的任意一項，根據(jù)實際情景和無人機大小的不同，選用不同的測距傳感器。但是根據(jù)實 際情況，也不排除使用視覺傳感器、氣壓傳感器等傳感器檢測距離的情況。W使用小型激光 測距傳感器為例，在無人機的多個方向上裝配上多個激光測距傳感器，其中每個方向都安 裝一組測量方向軸發(fā)散的激光測距傳感器。每個激光測距傳感器都有設(shè)定的標(biāo)記用于區(qū)分 其他的激光測距傳感器，每個激光測距傳感器都標(biāo)明測量的方向。單個激光測距傳感器與 普通激光測距傳感器的測距原理一致，包括激光發(fā)射模塊和激光接收模塊，在開啟激光測 距傳感器后，激光測距傳感器的發(fā)射模塊就會W-定頻率不停的向外發(fā)送激光，本領(lǐng)域內(nèi) 技術(shù)人員可W理解，當(dāng)激光接觸到障礙物時，會彈回而被激光接收模塊接收到，從而生成距 離傳感數(shù)據(jù)，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解根據(jù)光的傳播速度和傳播時間可W計算出無人機 與障礙物之間的距離，例如采用2s = vt，在公式中S代表無人機與障礙物之間的距離，V代表 光速，t代表傳輸時間，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，在本實施例中，V和t是距離傳感數(shù)據(jù)， 而計算出來的S為距離。
[0155] 結(jié)合第二方面，在第二方面的一種實施例中，每個方向上的距離傳感器均包括多 個，且W測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列，W獲取該方向的多個距離傳感數(shù)據(jù)。
[0156] 在本發(fā)明的一個實施例中，所有的距離傳感器均W測量方向軸發(fā)散的形式排列成 陣列，采用測量方向軸發(fā)散式可W擴大檢測距離的范圍，而增大無人機的保護范圍，在條件 允許的情況下，安裝越多的距離傳感器，其測量精度越高，避障越實時。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員 可W理解，在本發(fā)明中一個方向上裝配有多個距離傳感器形成陣列，運些傳感器測量方向 軸發(fā)散，所測的范圍也是發(fā)散的范圍，例如在向下的方向裝配多個激光測距傳感器形成激 光測距傳感器陣列，并且測量方向軸發(fā)散，則運些激光測距傳感器不可能每個都能測試正 下方方向，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，本發(fā)明中所說的某個方向的多個傳感器的測量方 向軸與該方向允許有偏差，例如某個激光測距傳感器的測量方向與垂直向下方向偏離5°。
[0157] 本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，當(dāng)在某個方向上具有多個距離傳感器陣列時，多個 距離傳感器可W測量多個距離傳感數(shù)據(jù)，從而從多個距離傳感數(shù)據(jù)中可W計算出多個距離 來，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，在運些距離數(shù)據(jù)中選取最小距離與預(yù)設(shè)距離做出實時比 較，當(dāng)距離過近時，說明有撞上障礙物的危險，此時改變航向。例如在向東方向的四個激光 距離傳感器分別測出1. Om，1.2m，1.2m，1. Im，而預(yù)設(shè)距離是Im，此時裝配在東方向的四個激 光測距傳感器中的其中一個已經(jīng)測出和預(yù)設(shè)距離相等的距離，此時需要改變航向，W保證 機體不損傷，最大限度保護機體。
[0158] 進一步，依據(jù)所述多個距離傳感數(shù)據(jù)解算出多個距離，W此模擬出障礙物大小和 形狀。
[0159] 解算單個方向上的多個距離傳感器成多個距離，本發(fā)明的一個實施例中，如圖4所 示，激光測距傳感器測量方向軸W發(fā)散的形式排布成陣列，由于是W發(fā)散形式排列，其測量 的范圍也會加大，在單個方向上能夠測量更大的范圍，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員不難理解，在測量 了多個與障礙物的距離后，就可W模擬出各種形狀的障礙物來;例如在本發(fā)明的一個實施 例中，如圖4所示，在圖中無人機的右側(cè)方向安裝了8個激光測距傳感器，通過測量發(fā)現(xiàn)根據(jù) 距離傳感數(shù)據(jù)算出的多個距離數(shù)據(jù)是線性變化的，從而判斷該方向前方的障礙物很可能是 平面，再根據(jù)單個激光測距傳感器射在障礙物上的A、B、C、D四個點的空間相對位置是可W 求取平面公式，從而確定障礙物的一側(cè)為平整的形狀，且根據(jù)是否能夠接收到激光返回的 數(shù)據(jù)確定障礙物的邊緣。除了本實施例中表征的平整的障礙物外，其他不規(guī)則的障礙物如 樹木、懸崖、隧道等，可根據(jù)建立數(shù)學(xué)模型等方法對障礙物的形狀和大小進行模擬，本發(fā)明 對完成測量障礙物形狀和大小的算法不做限制。
[0160] 在上述實施例中，在多個距離傳感數(shù)據(jù)解算出的多個距離后，可W根據(jù)獲取到的 距離傳感數(shù)據(jù)模擬出障礙的大小和形狀，為后序躲避障礙物提供保障。
[0161] 結(jié)合第二方面，在第二方面的第=個實施例中，每個方向上均裝配兩個視覺傳感 器構(gòu)造出雙目視覺系統(tǒng)，利用該雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖，W從視差圖上分離 出障礙物。
[0162] 結(jié)合第二方面的第S個實施例，如圖11所示，所述判斷單元103包括：
[0163] 構(gòu)造模塊201，用于利用雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖；
[0164] 歸一模塊202,用于將視差圖上所有像素點的值歸一化到0~255范圍內(nèi)；
[0165] 遍歷模塊203,用于遍歷視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)；
[0166] 確定模塊204,用于當(dāng)視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù)設(shè)闊值時則確定 為障礙物。
[0167] 在本實施例中，利用雙目視覺算法判斷障礙物，W在無人機飛行遇到障礙物時及 時躲避。首先需要對攝像機進行標(biāo)定，攝像機標(biāo)定的目的是建立有效的攝像機成像模型，確 定攝像機的內(nèi)外屬性參數(shù)，W便正確建立空間坐標(biāo)系中物體的空間點與像點之間的對應(yīng)關(guān) 系。雙目立體視覺系統(tǒng)中的單個攝像機的成像采用針孔攝像機數(shù)學(xué)模型來描述，即任何點Q 在圖像中的投影位置q，為光屯、與Q點的連線與圖像平面的交點，如圖6所示。
[0168] 物理世界中的點Q，其坐標(biāo)為(X，Y，Z)。投影為點(x，y，f)，如下公式所示：
[0169]
[0170] 式中，Cx和Cy為成像忍片的中屯、與光軸的偏移;fx和fy為透鏡的物理焦距長度與成 像儀每個單元尺寸Sx和Sy的乘積.則寫成矩陣形式為
[0171] q=MQ
[0172] 其中
[0173]
[0174] 矩陣M稱為攝像機的內(nèi)參數(shù)矩陣，在攝像機標(biāo)定過程中可W同時求出鏡頭崎變向 量，對鏡頭崎變進行校正。而立體標(biāo)定是計算空間上兩臺攝像機幾何關(guān)系的過程，即尋找兩 臺攝像機之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移矩陣T，標(biāo)定圖像黑白棋盤圖，標(biāo)定過程中在攝像頭前平 移和旋轉(zhuǎn)棋盤圖，在不同角度獲取棋盤圖上的角點位置，給定立體圖像間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平 移矩陣T，使用相關(guān)算法進行立體校正，例如使用Bouguet算法，立體校正的目的是使兩個視 覺傳感器所拍攝的圖像的對應(yīng)匹配點分別在兩圖像的同名像素行中，從而將匹配捜索方位 限制在一個像素行內(nèi)。
[0175] 在生成視差圖之前需要進行圖像預(yù)處理，W利于生成更為明顯的視差圖，在經(jīng)過 大量測試后，高斯濾波算法具有很好的效果，經(jīng)過高斯濾波后圖像紋理明顯增強。本領(lǐng)域內(nèi) 技術(shù)人員可W理解，為了生成更好的視差圖，不排除使用其他預(yù)處理算法。
[0176] 圖7為經(jīng)過校正后的理想的雙目視覺立體坐標(biāo)系其坐標(biāo)原點為左攝像頭投影中 屯、，X軸由原點指向右攝像頭投影中屯、，Z軸垂直于攝像機成像平面指向前方，Y軸垂直于X-Z 平面箭頭向下。
[0177] 對于校正好的攝像機需要進行立體匹配，W生成視差圖，例如選擇區(qū)域灰度相關(guān) 法進行立體匹配。對于無人機視覺導(dǎo)航來說，如果計算能夠W很快的速度完成，則系統(tǒng)就可 W提早探測到障礙物而及時采取有利的行動。
[0178] 例如選用相似性檢測因子:像素灰度差的絕對值和，如下公式所示：
[0179]
[0180] 其中11^，7)和心^，7)分別為左圖和右圖的像素灰度值，假設(shè)匹配^左圖為參考 圖，則Wp為左圖中WPl點為中屯、的鄰域窗口。如圖12所示，對于左圖像中的點Pi在右圖像中 沿著其對應(yīng)的極線捜索匹配像素，當(dāng)區(qū)域中的像素使相似性準(zhǔn)則最小時，則認(rèn)為是匹配的。
[0181] 經(jīng)過高斯濾波算法，在經(jīng)過匹配而得到的視差圖，視差圖上每一個值代表位于攝 像頭前的某一距離值。視差越大表示距離越近，其中灰度值越大的區(qū)域亮度越高，表示與攝 像頭的相對距離越近。
[0182] 從視差圖中分離出障礙物的方法有很多種。例如使用區(qū)域生長算法分離視差圖上 相近視差區(qū)域，并且判斷該區(qū)域中像素的多少決定是否是障礙物;又例如通過引入一系列 濾波器對視差圖進行處理，檢測細長型的障礙物效果比較理想。
[0183] 在獲得視差圖后，首先將視差圖上所有像素點的值歸一化到0~255范圍內(nèi)，然后 遍歷整個視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)，視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù) 設(shè)闊值時則認(rèn)為可能是障礙物，例如在占有圖片四分之一范圍內(nèi)的同一個像素值的像素點 個數(shù)為超過100個為障礙物。圖9為使用該方法提取出的障礙物。
[0184] 因為研究對象是=維避障問題，所W首先判斷是否可W直接越過障礙物。對于不 能越過的障礙物通過雙目立體視覺系統(tǒng)獲取其相對距離W及大小，判斷其危險等級，危險 等級應(yīng)與可通過區(qū)域的大小成反比，相對距離成反比。針對危險等級最高的障礙物，考慮加 入立體視覺系統(tǒng)的位置不確定性和輪廓不確定性，生成危險區(qū)域。結(jié)合危險區(qū)域的范圍、無 人機的尺寸W及走廊環(huán)境內(nèi)的空間，在障礙物附近生成一系列控制點，引導(dǎo)無人機安全飛 過障礙物區(qū)域。
[0185] 結(jié)合第二方面，在第二方面的一種實施例中，解算出裝配在本體的測量方向軸垂 直向下的距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)成距離，W根據(jù)該距離計算出飛行高度，并據(jù)此 調(diào)整飛行高度。
[0186] 在本發(fā)明的一個實施例中，可W通過垂直向上、垂直向上的距離傳感器的距離傳 感數(shù)據(jù)判斷飛行高度，W保證飛行平穩(wěn)。例如可W采用激光測距傳感器測量距離時，根據(jù)距 離傳感數(shù)據(jù)計算出垂直向上、垂直向下方向的障礙物距離本機的距離分別是1米和10米，貝U 可W判斷機體距離上障礙物較近，容易碰觸到上障礙物，故控制本機與上障礙物保持安全 距離飛行，例如下降3米飛行。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可W理解，該方法亦可適用于檢測其他方 向的障礙物的情況，例如距離本機飛行方向的左側(cè)障礙物距離近到1米時，即使采取避障動 作，向右繼續(xù)飛行。在達到對所有方向都有效避障后，無人機在檢測空間結(jié)構(gòu)時機體不會受 傷，甚至根本不用人為操控，無人機就可W自主完成空間結(jié)構(gòu)檢測的任務(wù)。
[0187] 在上述實施例中，裝配在本體的測量方向垂直向下的距離傳感器可W用于檢測機 體與地面的距離，從而檢測出無人機的飛行高度，從而保護無人機。
[0188] 進一步，所述測量方向軸垂直向下的距離傳感器包括多個，均用于測量本體與地 面的距離參數(shù)，依據(jù)多個所述距離參數(shù)檢測本體的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角W確定本體的姿態(tài)變 化，并據(jù)此調(diào)整飛行姿態(tài)。
[0189] 根據(jù)多個垂直向上、垂直向下方向的距離傳感器的距離傳感數(shù)據(jù)可W判斷本機的 飛行姿態(tài)，從而可W用于調(diào)整飛行姿態(tài)，保證機體平衡。在本發(fā)明的一個實施例中，在無人 機的垂直向上、垂直向下方向分別安裝了多個距離傳感器，例如安裝激光測距傳感器陣列。 當(dāng)無人機收到刮風(fēng)等影響時，自身的飛行就會出現(xiàn)失衡，能體現(xiàn)無人機失衡的參數(shù)就是俯 仰角和翻滾角，當(dāng)其數(shù)據(jù)在極短時間內(nèi)發(fā)生快速變化則代表著飛行姿態(tài)不平穩(wěn)，而本發(fā)明 中的距離傳感器可W用于檢測出飛行姿態(tài)的變化，例如兩個同為檢檢測垂直向下方向的激 光測距傳感器W平行于重屯、線、且W重屯、線對稱安裝在機體兩側(cè)，當(dāng)正常飛行狀態(tài)時，兩側(cè) 激光測距傳感器均用于檢測本機與地面的距離，距離傳感器的數(shù)據(jù)基本相等；當(dāng)無人機收 到外界環(huán)境干擾而姿態(tài)發(fā)生變化時，兩側(cè)激光測距傳感器測得的本機與地面的距離將會發(fā) 生很大偏差，說明飛行姿態(tài)不正常，機體傾斜。通過該方法可W調(diào)整飛行姿態(tài)，保證飛行平 穩(wěn)。
[0190] 結(jié)合第二方面，在第二方面的一種實施例中，所述預(yù)設(shè)航向包括多個方向的預(yù)設(shè) 航向，所述預(yù)設(shè)航向至少包括東、西、南、北、垂直向上、垂直向下方向。
[0191] 進一步，當(dāng)改變自身航向為第一預(yù)設(shè)航向后，檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物 的距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向。
[0192] 當(dāng)改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向飛行時，仍檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的 距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第=預(yù)設(shè)航向。
[0193] 依次類推，直到檢測不到與任意一個方向的障礙物的距離小于預(yù)設(shè)距離，升高預(yù) 設(shè)高度后保持初始操控方向繼續(xù)飛行。
[0194] 在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)檢測與障礙物距離小于預(yù)設(shè)距離時，自身已經(jīng)改變 為第一預(yù)設(shè)航向時，仍然檢測到與障礙物距離小于預(yù)設(shè)距離時，則改變自身航向為第二預(yù) 設(shè)航向，當(dāng)改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向時仍檢測到有障礙物距離小于預(yù)設(shè)距離，則改變 成第=預(yù)設(shè)航向，依次類推，直到與所有航向的障礙物的距離都大于預(yù)設(shè)距離，升高預(yù)設(shè)高 度后W初始方向繼續(xù)飛行。例如，在無人機上預(yù)設(shè)了向上、向下、向東、向西、向南、向北六個 預(yù)設(shè)航向，預(yù)設(shè)第一、第二、第=、第四、第五、第六預(yù)設(shè)航向分別為向上、向下、向東、向西、 向南、向北，而此時初始操控方向為向東飛行，當(dāng)遇到障礙物與本機的距離到達預(yù)設(shè)距離 時，首先按照向上飛行躲避障礙物；當(dāng)向上方向沒有檢測到有任何障礙物與本機的距離到 達預(yù)設(shè)距離，則升高預(yù)設(shè)高度例如Im繼續(xù)按照初始操控方向即東方向飛行，當(dāng)向上方向也 檢測到有障礙物與本機的距離到達預(yù)設(shè)距離，則改變自身航向為向下飛行，依次類推。通過 循環(huán)檢測多個方向的方法，可W在機體不撞到障礙物的情況下，達到繞過障礙物并按照初 始操控方向飛行的效果，從而提升用戶體驗。
[0195] 通過循環(huán)檢測多個方向的方法，可W在機體不撞到障礙物的情況下，達到繞過障 礙物并按照初始操控方向飛行的效果，從而提升用戶體驗。
[0196] 結(jié)合第二方面，在第二方面的一種實施例中，W中屯、對稱的方式裝配多個方向上 的距離傳感器在本體上，且其裝配的對稱中屯、在本體重屯、線上。
[0197] 具體地，在機體上裝配的多個方向上的距離傳感器為測量方向軸中屯、對稱的方式 裝配在機體上，例如在東、南、西、北四個方向上W同一個水平面安裝激光測距傳感器，每個 方向上安裝的激光測距傳感器的個數(shù)都一樣。
[0198] 將多個距離傳感器中屯、對稱安裝，可W保證機體重量平衡，從而保證飛行過程中 平穩(wěn)飛行。
[0199] 第=方面，本發(fā)明實施例還提供了一種多功能控制設(shè)備，包括：
[0200]顯示器，用于顯示程序執(zhí)行的結(jié)果；
[0201 ]存儲器，用于存儲支持收發(fā)裝置執(zhí)行上述無人機自主避障方法的程序；
[0202] 通信接口，用于上述無人機自主避障裝置與其他設(shè)備或通信網(wǎng)絡(luò)通信；
[0203] -個或多個處理器，用于執(zhí)行所述存儲器中存儲的程序；
[0204] -個或多個應(yīng)用程序，其中所述一個或多個應(yīng)用程序被存儲在所述存儲器中并被 配置為由所述一個或多個處理器執(zhí)行，所述一個或多個程序被配置為用于執(zhí)行無人機自主 避障的任何方法。
[0205] 本發(fā)明所述的多功能控制設(shè)備是指具有能夠?qū)⒕嚯x傳感數(shù)據(jù)處理成距離的控制 設(shè)備，如圖12所示，為了便于說明，僅示出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分，具體技術(shù)細節(jié)未 掲示的，請參照本發(fā)明實施例方法部分。該控制設(shè)備可W為電腦、智能手表、智能手環(huán)，手 機、PDA(Personal Digital Assistant,個人數(shù)字助理）、P0S(F*oint of Sales,銷售終端）、 車載電腦、平板電腦等，W電腦為例進行說明：
[0206] 圖12示出的是與本發(fā)明實施例提供的電腦的部分結(jié)構(gòu)的框圖。參考圖12,電腦包 括:存儲器702、通信接口703、一個或多個處理器704、一個或多個應(yīng)用程序705、W及電源 706、WiFi發(fā)送與接收模塊707等部件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，圖12中示出的電腦結(jié)構(gòu)并 不構(gòu)成對電腦的限定，可W包括比圖示更多或更少的部件，或者組合某些部件，或者不同的 部件布置。
[0207] 下面結(jié)合圖12對電腦的各個構(gòu)成部件進行具體的介紹：
[0208] 顯示器701既可W是只包含顯示器的器件，可為觸摸屏和顯示屏合二為一的整體， 觸摸屏和顯示屏各占一層，本發(fā)明不限制所采用的顯示器類型；W觸摸屏和顯示屏合二為 一的整體為例，觸摸屏包括觸摸面板，可收集用戶在其上或附近的觸摸操作（比如用戶使用 手指、觸筆等任何適合的物體或附件在觸控面板上或在觸控面板附近的操作），并根據(jù)預(yù)先 設(shè)定的程式驅(qū)動相應(yīng)的連接裝置?？蛇x的，觸控面板可包括觸摸檢測裝置和觸摸控制器兩 個部分。其中，觸摸檢測裝置檢測用戶的觸摸方位，并檢測觸摸操作帶來的信號，將信號傳 送給觸摸控制器;觸摸控制器從觸摸檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標(biāo)，再 送給處理器704,并能接收處理器704發(fā)來的命令并加 W執(zhí)行。此外，可W采用電阻式、電容 式、紅外線W及表面聲波等多種類型實現(xiàn)觸控面板。除了觸控面板，顯示屏可用于顯示由用 戶輸入的信息或提供給用戶的信息W及智能手表1002的各種菜單。顯示屏包括顯示面板， 可選的，可W采用液晶顯示器化iquid CrystalDisplay ,LCD)、有機發(fā)光二極管（Organic Light-Emitting Diode ,OLED)等形式來配置顯示面板。進一步的，觸控面板可覆蓋顯示面 板，當(dāng)觸控面板檢測到在其上或附近的觸摸操作后，傳送給處理器704W確定觸摸事件的類 型，隨后處理器704根據(jù)觸摸事件的類型在顯示面板上提供相應(yīng)的視覺輸出。雖然在圖12 中，觸控面板與顯示面板是作為兩個獨立的部件來實現(xiàn)智能手表1002的輸入和輸入功能， 但是在某些實施例中，可W將觸控面板與顯示面板集成而實現(xiàn)電腦的輸入和輸出功能。
[0209] 存儲器702可用于存儲軟件程序W及模塊，處理器704通過運行存儲在存儲器702 的軟件程序W及模塊，從而執(zhí)行電腦的各種功能應(yīng)用W及數(shù)據(jù)處理。存儲器702可主要包括 存儲程序區(qū)和存儲數(shù)據(jù)區(qū)，其中，存儲程序區(qū)可存儲操作系統(tǒng)、至少一個功能所需的應(yīng)用程 序705(比如聲音播放功能、圖像播放功能等)等;存儲數(shù)據(jù)區(qū)可存儲根據(jù)智能手表1002的使 用所創(chuàng)建的數(shù)據(jù)（比如音頻數(shù)據(jù)、電話本等)等。此外，存儲器702可W包括高速隨機存取存 儲區(qū)702,還可W包括非易失性存儲區(qū)702,例如至少一個磁盤存儲器件、閃存器件、或其他 易失性固態(tài)存儲器件。
[0210] 通信接口703,用于上述無人機自主避障裝置與其他設(shè)備或通信網(wǎng)絡(luò)通信。通信接 口703是處理器704與其他設(shè)備進行通信的接口，用于處理器704與其他設(shè)備之間信息的傳 輸，同時通信接口也是處理器與云端服務(wù)器1000進行通信的主要媒介。
[0211] 處理器704是電腦的控制中屯、，利用各種通信接口 703和線路連接整個電腦的各個 部分，通過運行或執(zhí)行存儲在存儲區(qū)702內(nèi)的軟件程序和/或模塊，W及調(diào)用存儲在存儲區(qū) 702內(nèi)的數(shù)據(jù)，執(zhí)行電腦的各種功能和處理數(shù)據(jù)，從而對電腦進行整體監(jiān)控?？蛇x的，處理器 704可包括一個或多個處理單元;優(yōu)選的，處理器704可集成應(yīng)用處理器和調(diào)制解調(diào)處理器， 其中，應(yīng)用處理器主要處理操作系統(tǒng)、用戶界面和應(yīng)用程序705等，調(diào)制解調(diào)處理器主要處 理無線通信。可W理解的是，上述調(diào)制解調(diào)處理器也可W不集成到處理器704中。
[0212] -個或多個應(yīng)用程序705,優(yōu)選地，運些應(yīng)用程序705都被存儲在所述存儲區(qū)702中 并被配置為由所述一個或多個處理器704執(zhí)行，所述一個或多個應(yīng)用程序705被配置為用于 執(zhí)行所述無人機自主避障方法的任何實施例。
[0213] 電腦還包括給各個部件供電的電源706(比如電池），優(yōu)選的，電源706可W通過電 源管理系統(tǒng)與處理器704邏輯相連，從而通過電源706管理系統(tǒng)實現(xiàn)管理充電、放電、W及功 耗管理等功能。
[0214] WiFi屬于短距離無線傳輸技術(shù)，電腦通過WiFi模塊707可W幫助用戶收發(fā)電子郵 件、瀏覽網(wǎng)頁和訪問流式媒體等，它為用戶提供了無線的寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問。
[0215] 盡管未示出，電腦還可W包括攝像頭、藍牙模塊等，在此不再寶述。
[0216] 在本發(fā)明實施例中，該多功能控制設(shè)備所包括的處理器704還具有W下功能：
[0217] 開啟裝配的多個方向上的距離傳感器；
[0218] 接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)；
[0219] 解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為預(yù)設(shè) 航向，W躲避障礙物。
[0220] 本發(fā)明實施例中還提供了一種計算機存儲介質(zhì)，用于儲存為上述無人機自主避障 裝置所用的計算機軟件指令，其包含用于執(zhí)行上述第二方面為無人機自主避障裝置所設(shè)計 的程序。
[0221] 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可W清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)， 裝置和單元的具體工作過程，可W參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再寶述。
[0222] 在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所掲露的系統(tǒng)，裝置和方法，可W 通過其它的方式實現(xiàn)。例如，W上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的 劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可W有另外的劃分方式，例如多個單元或組件 可W結(jié)合或者可W集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可W忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或 討論的相互之間的禪合或直接禪合或通信連接可W是通過一些接口，裝置或單元的間接禪 合或通信連接，可W是電性，機械或其它的形式。
[0223] 所述作為分離部件說明的單元可W是或者也可W不是物理上分開的，作為單元顯 示的部件可W是或者也可W不是物理單元，即可W位于一個地方，或者也可W分布到多個 網(wǎng)絡(luò)單元上?？蒞根據(jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目 的。
[0224] 另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可W集成在一個處理單元中，也可W 是各個單元單獨物理存在，也可W兩個或兩個W上單元集成在一個單元中。上述集成的單 元既可W采用硬件的形式實現(xiàn)，也可W采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。
[0225] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可 W通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可W存儲于一計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲 介質(zhì)可W包括：只讀存儲器（ROM, Read Only Memo巧）、隨機存取存儲器（RAM, Random Access Memory)、磁盤或光盤等。
[0226] 綜上所述，本發(fā)明提供的技術(shù)方案概述如下：
[0227] Al、一種無人機自主避障方法，包括：
[02%]開啟裝配的多個方向上的距離傳感器；
[0229] 接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)；
[0230] 解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為預(yù)設(shè) 航向，W躲避障礙物。
[0231 ] A2、根據(jù)權(quán)利要求Al所述的自主避障方法，包括：
[0232] 所述距離傳感器包括視覺傳感器、激光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感器中 的任意一項。
[0233] A3、根據(jù)權(quán)利要求Al所述的自主避障方法，包括：
[0234] 每個方向上的距離傳感器均包括多個，且W測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列， W獲取該方向的多個距離傳感數(shù)據(jù)。
[0235] A4、根據(jù)權(quán)利要求A3所述的自主避障方法，包括：
[0236] 解算多個所述距離傳感數(shù)據(jù)成多個距離，取其中最小距離與預(yù)設(shè)距離進行比較， 其比較結(jié)果作為改變自身航向為預(yù)設(shè)航向的依據(jù)。
[0237] A5、根據(jù)權(quán)利要求A3所述的自主避障方法，包括：
[0238] 依據(jù)所述多個距離傳感數(shù)據(jù)解算出多個距離，W此模擬出障礙物大小和形狀。
[0239] A6、根據(jù)權(quán)利要求Al所述的自主避障方法，包括：
[0240] 每個方向上均裝配兩個視覺傳感器構(gòu)造出雙目視覺系統(tǒng)，利用該雙目視覺系統(tǒng)構(gòu) 造觀測場景的視差圖，W從視差圖上分離出障礙物。
[0241 ] A7、根據(jù)權(quán)利要求A6所述的自主避障方法，還包括：
[0242] 利用雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖；
[0243] 將視差圖上所有像素點的值歸一化到0~255范圍內(nèi)；
[0244] 遍歷視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)；
[0245] 當(dāng)視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù)設(shè)闊值時則確定為障礙物。
[0246] A8、根據(jù)權(quán)利要求Al所述的自主避障方法，還包括：
[0247] 解算出裝配在本體的測量方向軸垂直向下的距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)成 距離，W根據(jù)該距離計算出飛行高度，并據(jù)此調(diào)整飛行高度。
[024引A9、根據(jù)權(quán)利要求A8所述的自主避障方法，包括：
[0249]所述測量方向軸垂直向下的距離傳感器包括多個，均用于測量本體與地面的距離 參數(shù)，依據(jù)多個所述距離參數(shù)檢測本體的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角W確定本體的姿態(tài)變化，并據(jù)此 調(diào)整飛行姿態(tài)。
[0250] A10、根據(jù)權(quán)利要求Al所述的自主避障方法，包括：
[0251] 所述預(yù)設(shè)航向包括多個方向的預(yù)設(shè)航向，所述預(yù)設(shè)航向至少包括東、西、南、北、垂 直向上、垂直向下方向。
[0252] All、根據(jù)權(quán)利要求AlO所述的自主避障方法，包括：
[0253] 當(dāng)改變自身航向為第一預(yù)設(shè)航向后，檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的距離小 于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向；
[0254] 當(dāng)改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向飛行時，仍檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的 距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第=預(yù)設(shè)航向。
[0255] 依次類推，直到檢測不到與任意一個方向的障礙物的距離小于預(yù)設(shè)距離，升高預(yù) 設(shè)高度后保持初始操控方向繼續(xù)飛行。
[0256] A12、根據(jù)權(quán)利要求Al所述的自主避障方法，包括：
[0257] W中屯、對稱的方式裝配多個方向上的距離傳感器在本體上，且其裝配的對稱中屯、 在本體重屯、線上。
[0258] Bl 3、一種無人機自主避障裝置，包括：
[0259] 采集單元，用于開啟裝配的多個方向上的距離傳感器；
[0260] 接收單元，用于接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)；
[0261] 判斷單元，用于解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自 身航向為預(yù)設(shè)航向，W躲避障礙物。
[0262] B14、根據(jù)權(quán)利要求B13所述的自主避障裝置，包括：
[0263] 所述距離傳感器包括視覺傳感器、激光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感器中 的任意一項。
[0264] B15、根據(jù)權(quán)利要求B13所述的自主避障裝置，包括：
[0265] 每個方向上的距離傳感器均包括多個，且W測量方向軸發(fā)散的形式排列成陣列， W獲取該方向的多個距離傳感數(shù)據(jù)。
[0266] B16、根據(jù)權(quán)利要求B15所述的自主避障裝置，包括：
[0267] 解算多個所述距離傳感數(shù)據(jù)成多個距離，取其中最小距離與預(yù)設(shè)距離進行比較， 其比較結(jié)果作為改變自身航向為預(yù)設(shè)航向的依據(jù)。
[0%引B17、根據(jù)權(quán)利要求B15所述的自主避障裝置，包括：
[0269] 依據(jù)所述多個距離傳感數(shù)據(jù)解算出多個距離，W此模擬出障礙物大小和形狀。
[0270] B18、根據(jù)權(quán)利要求B13所述的自主避障裝置，包括：
[0271 ]每個方向上均裝配兩個視覺傳感器構(gòu)造出雙目視覺系統(tǒng)，利用該雙目視覺系統(tǒng)構(gòu) 造觀測場景的視差圖，W從視差圖上分離出障礙物。
[0272] B19、根據(jù)權(quán)利要求B18所述的自主避障裝置，所述判斷單元還包括：
[0273] 構(gòu)造模塊，用于利用雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖；
[0274] 歸一模塊，用于將視差圖上所有像素點的值歸一化到0~255范圍內(nèi)；
[0275] 遍歷模塊，用于遍歷視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)；
[0276] 確定模塊，用于當(dāng)視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù)設(shè)闊值時則確定為障 礙物。
[0277] B20、根據(jù)權(quán)利要求B13所述的自主避障裝置，還包括：
[0278] 解算出裝配在本體的測量方向軸垂直向下的距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)成 距離，W根據(jù)該距離計算出飛行高度，并據(jù)此調(diào)整飛行高度。
[0279] B21、根據(jù)權(quán)利要求B20所述的自主避障裝置，包括：
[0280] 所述測量方向軸垂直向下的距離傳感器包括多個，均用于測量本體與地面的距離 參數(shù)，依據(jù)多個所述距離參數(shù)檢測本體的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角W確定本體的姿態(tài)變化，并據(jù)此 調(diào)整飛行姿態(tài)。
[0281] B22、根據(jù)權(quán)利要求B13所述的自主避障裝置，包括：
[0282] 所述預(yù)設(shè)航向包括多個方向的預(yù)設(shè)航向，所述預(yù)設(shè)航向至少包括東、西、南、北、垂 直向上、垂直向下方向。
[0283] B23、根據(jù)權(quán)利要求B22所述的自主避障裝置，包括：
[0284] 當(dāng)改變自身航向為第一預(yù)設(shè)航向后，檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的距離小 于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向；
[0285] 當(dāng)改變自身航向為第二預(yù)設(shè)航向飛行時，仍檢測到與該預(yù)設(shè)航向前方的障礙物的 距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為第=預(yù)設(shè)航向；
[0286] 依次類推，直到檢測不到與任意一個方向的障礙物的距離小于預(yù)設(shè)距離，升高預(yù) 設(shè)高度后保持初始操控方向繼續(xù)飛行。
[0287] B24、根據(jù)權(quán)利要求B13所述的自主避障裝置，包括：
[0288] W中屯、對稱的方式裝配多個方向上的距離傳感器在本體上，且其裝配的對稱中屯、 在本體重屯、線上。
[0289] C25、一種多功能控制設(shè)備，包括：
[0290] 顯示器，用于顯示程序執(zhí)行的結(jié)果；
[0291] 存儲器，用于存儲支持收發(fā)裝置執(zhí)行上述無人機自主避障方法的程序；
[0292] 通信接口，用于上述無人機自主避障裝置與其他設(shè)備或通信網(wǎng)絡(luò)通信；
[0293] -個或多個處理器，用于執(zhí)行所述存儲器中存儲的程序；
[0294] -個或多個應(yīng)用程序，其中所述一個或多個應(yīng)用程序被存儲在所述存儲器中并被 配置為由所述一個或多個處理器執(zhí)行，所述一個或多個程序被配置為用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要 求Al至Al 2所述的任何方法。
[02%] W上對本發(fā)明所提供的一種多功能控制設(shè)備進行了詳細介紹，對于本領(lǐng)域的一般 技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上 所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項】
1. 一種無人機自主避障方法，其特征在于，包括： 開啟裝配的多個方向上的距離傳感器； 接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)； 解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航向為預(yù)設(shè)航向， 以躲避障礙物。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主避障方法，其特征在于，包括： 所述距離傳感器包括視覺傳感器、激光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感器中的任 意一項。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自主避障方法，其特征在于，包括： 每個方向上均裝配兩個視覺傳感器構(gòu)造出雙目視覺系統(tǒng)，利用該雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀 測場景的視差圖，以從視差圖上分離出障礙物。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自主避障方法，其特征在于，還包括： 利用雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖； 將視差圖上所有像素點的值歸一化到O~255范圍內(nèi)； 遍歷視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)； 當(dāng)視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù)設(shè)閾值時則確定為障礙物。5. -種無人機自主避障裝置，其特征在于，包括： 采集單元，用于開啟裝配的多個方向上的距離傳感器； 接收單元，用于接收所述距離傳感器發(fā)送的距離傳感數(shù)據(jù)； 判斷單元，用于解算所述距離傳感數(shù)據(jù)成距離，當(dāng)該距離小于預(yù)設(shè)距離時，改變自身航 向為預(yù)設(shè)航向，以躲避障礙物。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自主避障裝置，其特征在于，包括： 所述距離傳感器包括視覺傳感器、激光測距傳感器、超聲波傳感器、雷達傳感器中的任 意一項。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自主避障裝置，其特征在于，包括： 每個方向上均裝配兩個視覺傳感器構(gòu)造出雙目視覺系統(tǒng)，利用該雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀 測場景的視差圖，以從視差圖上分離出障礙物。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自主避障裝置，其特征在于，所述判斷單元還包括： 構(gòu)造模塊，用于利用雙目視覺系統(tǒng)構(gòu)造觀測場景的視差圖； 歸一模塊，用于將視差圖上所有像素點的值歸一化到〇~255范圍內(nèi)； 遍歷模塊，用于遍歷視差圖，統(tǒng)計每個視差值出現(xiàn)的次數(shù)； 確定模塊，用于當(dāng)視差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的像素點總個數(shù)超過預(yù)設(shè)閾值時則確定為障礙 物。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的自主避障裝置，其特征在于，包括： 所述測量方向軸垂直向下的距離傳感器包括多個，均用于測量本體與地面的距離參 數(shù)，依據(jù)多個所述距離參數(shù)檢測本體的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角以確定本體的姿態(tài)變化，并據(jù)此調(diào) 整飛行姿態(tài)。10. -種多功能控制設(shè)備，其特征在于，包括： 顯示器，用于顯示程序執(zhí)行的結(jié)果； 存儲器，用于存儲支持收發(fā)裝置執(zhí)行上述無人機自主避障方法的程序； 通信接口，用于上述無人機自主避障裝置與其他設(shè)備或通信網(wǎng)絡(luò)通信； 一個或多個處理器，用于執(zhí)行所述存儲器中存儲的程序； 一個或多個應(yīng)用程序，其中所述一個或多個應(yīng)用程序被存儲在所述存儲器中并被配置 為由所述一個或多個處理器執(zhí)行，所述一個或多個程序被配置為用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1 至4所述的任何方法。
【文檔編號】G05D1/10GK105955303SQ201610525377
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】任毫亮
【申請人】北京奇虎科技有限公司, 奇智軟件（北京）有限公司