一種無人機(jī)移動(dòng)距離計(jì)算系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明屬于無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無人機(jī)移動(dòng)距離計(jì)算系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有飛行器定位的光流視覺模塊，多數(shù)是采用圖像模塊與測距模塊結(jié)合的設(shè)計(jì)，利用圖像模塊計(jì)算x、y(水平)方向的移動(dòng)量，利用測距模塊計(jì)算z(高度)方向的絕對值。

若圖像模塊采用單鏡頭，當(dāng)飛行高度(altitude)較高時(shí)，圖像模塊對于x、y方向移動(dòng)量(distance)的辨識(shí)度(pixel)會(huì)下降。通過下述簡易xy移動(dòng)量計(jì)算公式可以看出計(jì)算出的移動(dòng)量會(huì)有誤差。

若圖像模塊采用雙鏡頭，即長焦鏡頭和短焦鏡頭，短焦鏡頭可以得到較多的景物信息，但物距遠(yuǎn)時(shí)辨識(shí)度低，長焦鏡頭可以得到較高的辨識(shí)度，但較缺乏景物信息。現(xiàn)有技術(shù)是以某一個(gè)高度當(dāng)成切換不同鏡頭間判定基準(zhǔn)，也即，在某個(gè)高度以下完全采用短焦鏡頭的圖像，在某個(gè)高度以上完全采用長焦鏡頭的圖像，雖然可以稍微改善不同高度間的辨識(shí)度(pixel)下降的問題，但是還是有其局限在,計(jì)算出之移動(dòng)距離精準(zhǔn)度還是會(huì)有誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無人機(jī)移動(dòng)距離計(jì)算系統(tǒng)和方法，解決了無人機(jī)不同飛行高度時(shí)的平移量辨識(shí)度不一致的問題，以便可以準(zhǔn)確計(jì)算出無人機(jī)飛行的距離，達(dá)到無人穩(wěn)定控制之目的。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本發(fā)明利用長焦鏡頭和短焦鏡頭在不同高度時(shí)，其圖像在感應(yīng)器(sensor)上的辨識(shí)度的差異，計(jì)算長焦鏡頭和短焦鏡頭合理的權(quán)重，如此無人機(jī)系統(tǒng)就可以依據(jù)不同的飛行高度改變長焦鏡頭和短焦鏡頭的計(jì)算權(quán)重，使得飛行器在不同飛行高度時(shí)，對于x、y方向平移量都能保持相當(dāng)高的辨識(shí)度，解決了不同飛行高度時(shí)的平移量辨識(shí)度不一致的問題，以便可以準(zhǔn)確計(jì)算出無人機(jī)飛行的距離，達(dá)到無人穩(wěn)定控制之目的。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)可工作范圍示意圖。

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。

圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、3所示，本實(shí)施例的無人機(jī)移動(dòng)距離計(jì)算系統(tǒng)包括長焦鏡頭模塊1、短焦鏡頭模塊2、測距模塊3、光流控制算法系統(tǒng)模塊(mcu系統(tǒng)模塊)4和陀螺儀5。下面分別對各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)說明：

長焦鏡頭模塊1，用于提供長焦鏡頭獲取的圖像至光流控制算法系統(tǒng)模塊4。

在長焦鏡頭確定的情況下，長焦鏡頭的分辨率r1為確定值，長焦鏡頭的視角fov1為確定值。因而，對于長焦鏡頭而言，長焦鏡頭根據(jù)某兩幀圖像計(jì)算的無人機(jī)移動(dòng)距離d1＝p1/r1(h*2.0*tan(fov1/2))，p1為物體在長焦鏡頭上后幀圖像與前幀圖像相比所移動(dòng)的像素量，h為測距模塊獲取的無人機(jī)所在高度。

短焦鏡頭模塊2，用于提供短焦鏡頭獲取的圖像至光流控制算法系統(tǒng)模塊4。

在短焦鏡頭確定的情況下，短焦鏡頭的分辨率r2為確定值，短焦鏡頭的視角fov2為確定值。因而，對于短焦鏡頭而言，短焦鏡頭根據(jù)某兩幀圖像計(jì)算的無人機(jī)移動(dòng)距離d2＝p2/r2(h*2.0*tan(fov2/2))，p2為物體在短焦鏡頭上后幀圖像與前幀圖像相比所移動(dòng)的像素量，h為測距模塊獲取的無人機(jī)所在高度。

其中，前幀圖像與后幀圖像可以為相鄰圖像，也可以為間隔一幀或幾幀的圖像，取決于mcu系統(tǒng)模塊的運(yùn)算能力。

測距模塊3，用于獲取無人機(jī)所在高度h，并將高度h提供至光流控制算法系統(tǒng)模塊4；

陀螺儀5，用于確認(rèn)無人機(jī)的姿態(tài)，以便提供給光流控制算法系統(tǒng)模塊4在進(jìn)行處理時(shí)的輔助參考。

光流控制算法系統(tǒng)模塊4，用于根據(jù)長焦鏡頭模塊1和短焦鏡頭模塊2所提供的圖像進(jìn)行物體(特征點(diǎn))的偵測，以此物體的信息去計(jì)算物體在其感應(yīng)器(sensor)上的移動(dòng)量，并根據(jù)測距模塊所提供之無人機(jī)高度信息計(jì)算權(quán)重，然后再計(jì)算無人機(jī)的移動(dòng)距離。光流控制算法系統(tǒng)模塊4(mcu系統(tǒng)模塊)主要包含三個(gè)部分：

物體偵測模塊，用于偵測長焦鏡頭和短焦鏡頭的圖像上的物體位置及物體移動(dòng)的像素量。其中，物體通過物體特征點(diǎn)來體現(xiàn)。

權(quán)重計(jì)算模塊，用于根據(jù)無人機(jī)所在高度h、長焦鏡頭的視角fov1、短焦鏡頭的視角fov2計(jì)算在不同高度時(shí)的長焦鏡頭權(quán)重w1和短焦鏡頭權(quán)重w2。

長焦鏡頭權(quán)重

短焦鏡頭權(quán)重w2＝1-w1；

δh＝k(fov2/fov1)；k為系數(shù)；

hmax:測距模塊可測得的最大高度；

hmin:測距模塊可測得的最小高度；

δ′h:無人機(jī)當(dāng)下高度的權(quán)重系數(shù)。

移動(dòng)距離計(jì)算模塊，用于根據(jù)物體偵測模塊計(jì)算的物體移動(dòng)的像素量和權(quán)重計(jì)算模塊計(jì)算的權(quán)重，計(jì)算無人機(jī)移動(dòng)的距離。

移動(dòng)距離計(jì)算模塊計(jì)算某兩幀圖像的無人機(jī)移動(dòng)距離

移動(dòng)距離計(jì)算模塊計(jì)算無人機(jī)在一定時(shí)間時(shí)無人機(jī)的移動(dòng)距離

其中，n為一定時(shí)間內(nèi)的圖像幀數(shù)。例如，在mcu系統(tǒng)模塊的運(yùn)算能力很高時(shí)，無人機(jī)的長焦鏡頭模塊1和短焦鏡頭模塊2分別采集n幀圖像，則分別對n幀圖像的相鄰兩幀圖像的無人機(jī)移動(dòng)距離d進(jìn)行計(jì)算，再計(jì)算dtotal。在mcu系統(tǒng)模塊的運(yùn)算能力不高時(shí)，無人機(jī)的長焦鏡頭模塊1和斷交鏡頭模塊2分別采集的圖像幀數(shù)為m，m＞n，從m幀圖像中間隔一幀或幾幀抽取一幀圖像，得到n幀圖像，則分別對n幀圖像的相鄰兩幀圖像的無人機(jī)移動(dòng)距離d進(jìn)行計(jì)算，再計(jì)算dtotal。

如圖2所示，本實(shí)施例的無人機(jī)，可擴(kuò)展光流控制算法系統(tǒng)模塊的可工作范圍，不再受限于圖像模塊的辨識(shí)度限制。其中，6為現(xiàn)有技術(shù)單鏡頭圖像模塊的可工作范圍。7為本實(shí)施例長短焦雙鏡頭模塊的可工作范圍。通過對比，本實(shí)施例長短焦雙鏡頭模塊的可工作范圍大大提高。

如圖4所示，本實(shí)施例還提出了一種無人機(jī)移動(dòng)距離計(jì)算方法：

獲取長焦鏡頭的圖像，偵測長焦鏡頭的圖像上的物體位置及物體移動(dòng)的像素量。本實(shí)施例中，通過偵測長焦鏡頭的圖像上的物體特征點(diǎn)確認(rèn)物體。物體移動(dòng)的像素量是指某兩幀圖像中物體特征點(diǎn)移動(dòng)的像素量。

獲取短焦鏡頭的圖像，偵測短焦鏡頭的圖像上的物體位置及物體移動(dòng)的像素量。本實(shí)施例中，通過偵測短焦鏡頭的圖像上的物體特征點(diǎn)確認(rèn)物體。物體移動(dòng)的像素量是指某兩幀圖像中物體特征點(diǎn)移動(dòng)的像素量。

獲取無人機(jī)所在高度h。

根據(jù)無人機(jī)所在的高度h、長焦鏡頭的視角fov1、短焦鏡頭的視角fov2計(jì)算在不同高度時(shí)的長焦鏡頭權(quán)重w1和短焦鏡頭權(quán)重w2。

長焦鏡頭權(quán)重

短焦鏡頭權(quán)重w2＝1-w1；

δh＝k(fov2/fov1)；k為系數(shù)；

hmax:測距模塊可測得的最大高度；

hmin:測距模塊可測得的最小高度；

δ′h:無人機(jī)當(dāng)下高度的權(quán)重系數(shù)。

根據(jù)物體移動(dòng)的像素量和權(quán)重，計(jì)算無人機(jī)移動(dòng)的距離。

計(jì)算某兩幀圖像的無人機(jī)移動(dòng)距離d的方法為：

其中，

d1:長焦鏡頭計(jì)算的無人機(jī)移動(dòng)距離；d1＝p1/r1(h*2.0*tan(fov1/2))，p1為物體在長焦鏡頭上后幀圖像與前幀圖像相比所移動(dòng)的像素量；r1為長焦鏡頭的分辨率；

d2:短焦鏡頭計(jì)算的無人機(jī)移動(dòng)距離；d2＝p2/r2(h*2.0*tan(fov2/2))，p2為物體在短焦鏡頭上后幀圖像與前幀圖像相比所移動(dòng)的像素量；r2為短焦鏡頭的分辨率。

計(jì)算無人機(jī)在一定時(shí)間時(shí)無人機(jī)的移動(dòng)距離

其中，n為一定時(shí)間內(nèi)的圖像幀數(shù)。例如，在mcu系統(tǒng)模塊的運(yùn)算能力很高時(shí)，無人機(jī)的長焦鏡頭模塊1和短焦鏡頭模塊2分別采集n幀圖像，則分別對n幀圖像的相鄰兩幀圖像的無人機(jī)移動(dòng)距離d進(jìn)行計(jì)算，再計(jì)算dtotal。在mcu系統(tǒng)模塊的運(yùn)算能力不高時(shí)，無人機(jī)的長焦鏡頭模塊1和斷交鏡頭模塊2分別采集的圖像幀數(shù)為m，m＞n，從m幀圖像中間隔一幀或幾幀抽取一幀圖像，得到n幀圖像，則分別對n幀圖像的相鄰兩幀圖像的無人機(jī)移動(dòng)距離d進(jìn)行計(jì)算，再計(jì)算dtotal。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。