电动VTOL飞行器立体视觉轨迹控制方法的研究与实现

admin · 发表于 2022-9-24 11:49:00

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电动VTOL飞行器具有体积小、重量轻的飞行平台优势，能以可接受的成本执行某一有价值的任务，是许多国家研究的科研前沿课题。具备完全自主导航系统控制其飞行的能力是微小型飞行器未来的主要发展方向。而采用双目立体视觉的方法获取环境信息，控制飞行器的飞行轨迹，进而导引其在复杂环境下飞行展现了良好的应用前景。本文建立了一个完整的双目立体视觉系统，并在此基础上研究了飞行器在室内走廊中进行自主探索以及检测和躲避障碍物的方法。在双目立体视觉系统的建立上，采用Zhang Z.Y的基于棋盘图的方法实现了双目摄像机标定；采用Bouguet算法实现了立体校正，将同名像素限制到图像对的同一像素行中，从而大大提高了匹配速度；采用基于灰度区域相关的方法完成了立体匹配，得到图像对之间的视差图。通过实验对已建立的双目立体视觉系统的实时性和准确性进行了测试，实验结果表明该系统具有较高的实时性和位置测量精度，满足了引导飞行器安全飞行的要求。在立体视觉技术的基础上，研究了采用基于奇异值分解的角点匹配方法获取走廊墙壁上特征点的视差值，进而重建其三维坐标，实现飞行器在走廊中的自定位。此外，研究了通过计算走廊中平行线交点坐标来控制飞行器航向角的理论基础及计算机视觉技术实现。最后，研究了从视差图上分离出障碍物的方法，经过初提取、形态学处理、轮廓检测和矩形拟合等步骤准确地提取出障碍物，由立体视觉系统恢复其位置和形状信息。进一步研究了电动VTOL飞行器在走廊中躲避障碍物的轨迹控制点生成原则，并按照该原则采用基于虚拟目标点的人工势场法实现了躲避障碍物路径规划。

电动VTOL飞行器立体视觉轨迹控制方法的研究与实现

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