基于单目视觉的无人机避障方法研究综述

单目视觉相对传统立体视觉具有设备简单、计算成本低等特点,目前已在视觉避障领域得到了广泛应用。然而,不同的单目视觉避障算法在鲁棒性、准确性和实时性等指标上差异较大,实际使用中需做出权衡。因此,分析了基于光流、特征匹配、机器学习的避障方法的研究进展与现状。在鲁棒性、准确性、实时性等方面将三种方法进行了对比,指出了各自的优缺点,并给出了目前制约无人机单目视觉避障发展的难点与挑战,指出了低成本、高精度、智能化的避障方案是无人机单目视觉避障领域未来的重点研究方向。     

多旋翼无人机单目V-SLAM研究综述

视觉同时定位与地图构建(V-SLAM)方法是保证多旋翼无人机在环境先验信息未知情况下正常工作的有效途径,对于多旋翼无人机的定位、导航和路径规划等具有重要意义。针对多旋翼无人机V-SLAM方法的国内外最新研究成果进行综述。首先,在简述V-SLAM分类及发展历程的基础上,综述了国内外具有代表性的基于滤波、基于优化、基于直接法及融合IMU数据的单目V-SLAM系统核心思想及特点;然后,分析了单目V-SLAM系统应用于多旋翼无人机的可行性,介绍了国内外若干从事多旋翼无人机单目V-SLAM研究的团队及其主要研究成果;最后,讨论了近年来V-SLAM的研究热点和发展趋势。     

无人机空中回收视觉导航技术

针对无人机空中回收过程中的导航问题,提出一种利用深度学习进行目标检测并配合双目视觉进行位姿 估计的技术。设计空中回收视觉导航系统,通过改进原有目标检测算法YOLOv3 框架提高回收过程中的检测精度和 速度;通过双目视觉系统对特征点进行3 维位姿解算,返回无人机和回收锥套中心相对位置信息。实验结果表明： 改进后的检测算法平均精度比YOLOv3 提高了3.2%,检测速度提高到73 FPS,检测速度明显提升;双目视觉算法 的位姿解算精确度高,两者同时满足导航系统精确性和实时性的要求。     

无人机SLAM 避障技术研究

针对无人机没有考虑障碍规避而导致无人机的同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)任务无法完成的问题,提出一种改进的人工势场法。通过建立一个包含无人机到目标点的距离、无人机到障碍物的距离及障碍物方差的势场函数,制定避障策略,从而解决无人机 SLAM的障碍规避问题,并在构建的无人机运动模型基础上,对提出的算法进行仿真验证。仿真结果表明：该算法在完成 SLAM任务的同时,能够有效地避开障碍物的威胁。     

视觉导航技术发展综述

介绍了视觉导航的概念及其发展历程,分析了视觉导航系统的基本组成模块及其优势。根据视觉信息的基本处理过程,重点对视觉图像预处理技术、视觉图像特征提取技术以及视觉定位技术等方面进行了详细的介绍,并讨论了各项技术国内外的研究现状。最后,指出了视觉导航技术的相关难点以及未来的发展趋势。     

基于碰撞圆锥的无人机SLAM避障技术研究

为解决无人机在同时定位与地图创建时的障碍规避问题,采用基于碰撞圆锥的避障策略,通过建立一个碰撞圆锥,判断无人机避障的时机,以无人机的两维运动模型为例,对该算法进行仿真验证。结果表明,该算法不仅完成了无人机SLAM的功能,估计出无人机和障碍物中心的位置,而且达到了较好的避障效果。     

基于单目/IMU/里程计融合的SLAM算法

常见的单目视觉-惯性SLAM算法,应用于以平面运动为主的轮式机器人时,由于存在额外不可观测度等原因常会导致导航定位精度下降。为解决该问题,提出一种能提高定位精度的视觉/IMU/里程计紧耦合的SLAM算法。在视觉前端部分,改进了原始图像金字塔LK光流法,将陀螺仪的旋转信息和里程计的平移信息作为先验,进行了可减少计算量的光流初值计算过程优化;引入车轮里程计信息,推导了IMU/里程计预积分;将里程计约束加入初始化过程和后端非线性优化中,实现视觉、IMU、里程计信息的充分融合利用。开源数据集测试和小车实验结果表明,新算法光流迭代次数减少约32.5%,定位误差均值相比VINS-Mono减少约40%。     

基于单目视觉的多车辆跟踪方法研究

针对车载单目摄像机的汽车辅助驾驶系统,提出了一种多模式多线索的车辆跟踪算法。首先利用运动估计预测目标在下一帧的感兴趣区域,也就是跟踪窗。然后多目标遮挡推理机制确定目标是处于遮挡模式还是正常模式。在正常模式下,在跟踪窗内联合使用车辆的先验知识、评估环节、分块模板等线索对车辆目标定位;遮挡模式下,利用遮挡推理机制给出的遮挡区域,在跟踪窗内调用切割分块模板匹配进行遮挡处理。这种多模式多线索的车辆跟踪方法实现了对后方多车辆的稳定跟踪,同时也适合前视车辆。实验结果表明该算法是鲁棒的和准确的。     

基于单目视觉的分离图像分析方法

运载火箭分离安全性是飞行安全性的关键特性,获取火箭飞行过程中助推、各子级及星箭分离时刻及分离后的速度、加速度及距离变化曲线是分离安全性分析的核心内容。针对此问题,根据箭载摄像头天基视频,提出了一种基于单目视觉图像的运载火箭分离过程分析方法,通过图像序列的运动视差,变换并求解得到分离目标与摄像装置在特定序列内的距离变化曲线;同时基于此建立了面向分离安全性分析的一种靶标设计方法,并对飞行过程分离后靶标图像使用本方法进行了分析,进一步验证了利用单目视觉图像获得分离关键参数的可行性。     

基于最优控制的无人机主动SLAM航迹规划

为降低无人机同时定位与地图创建的不确定性,加快无人机所处环境的搜索速度,设计一种基于最优控 制的主动SLAM 航迹规划算法。综合考虑各种因素,利用平均信息增益和新探索地标环境的表示方法,设计一种新 的目标函数,将无人机SLAM 作为组合优化问题进行处理,以达到最优控制全局优化的目的,同时在建立的简化无 人机运动模型基础上进行验证。仿真结果表明：该算法有效、可行,且优于随机SLAM 算法。     

实现无人机认知导航的视觉环境感知研究进展

介绍了认知理论的相关内容以及无人机认知导航的基本内涵及其国外研究现状。讨论了视觉感知与认知导航的关系,从生物视觉导航机理及其应用角度,梳理了仿生视觉的研究进展。借鉴认知科学思想,从信息认知处理的角度,提出了基于高级视觉感知的认知导航框架,并分析了该方法具有的优势以及需解决的关键问题。     

单目机器视觉导引的无人机自动着舰方案设计与仿真

介绍舰载无人机的发展现状和机器视觉的概念及其导引原理。提出了一种基于单目机器视觉导引的无人机自动着舰方案。在考虑舰艇摇摆的情况下,对无人机自动着舰过程进行了仿真。     

基于单目视觉的运动目标跟踪定位

介绍了单目视觉跟踪定位系统的原理、组成,采用Hough变换提取运动目标的特征圆进行检测,基于邻域线性搜索与卡尔曼滤波器相结合的跟踪算法,准确实现运动目标的跟踪定位和运动轨迹的三维重建,并进行了相应的实验验证分析,给出了最终的实验结果。     

无人机自主着陆过程中的视觉导航技术分析

为解决目前国内外无人机难以实现自动着陆的问题,对无人机着陆过程中的视觉导航技术进行研究.介绍了飞行器的降落等级和着陆阶段,分别对无人机着陆过程中的图像处理技术和位姿估计问题进行分析,重点研究着陆过程中的图像特征提取技术和位姿估计的迭代算法.研究结果表明:将视觉导航与其他导航方式相结合,发展鲁棒性好、精度高、实时性好的组合导航位姿估计融合算法将是未来视觉导航的发展重点.     

视觉导航技术在小型无人机撞线回收中的应用

为了提高小型无人机回收的经济性和有效性,提出一种利用计算机视觉技术实现小型无人机撞线回收的导航系统。分析了撞线回收技术,对现有的目标实时跟踪法进行改进,通过采用基于模块匹配的改进算法实现对无人机目标的在线跟踪,使其能够对尺寸和外形都有较大变化的目标进行有效的在线跟踪,并通过仿真实现。实验结果表明:该跟踪算法跟踪速率可以达到15～25 Hz,能够实时解算其空间位置,准确地跟踪无人机目标,基本满足导航系统的实时性要求。     

基于GPS/DR的无人机导航定位方案研究

为提高无人机 GPS 绝对定位时的精度。文中提出了波。该方案具有对硬件要求低、良好的费效比等特点,仿真证明该方案定位精度高而且有效地解决了无人机机动时的适时定位问题。     

基于单目视觉的火炮身管指向静态测量

为解决自行高炮(SPAAG)火控系统精度测试过程中身管指向测量这一难点问题,提出了一种基于单目视觉的非接触直接测量方法。将棋盘状平面模板作为标志物固定到火炮身管上,使之位于相机视场范围内,测量身管在任一位置的高低角与方位角。首先利用Harris角点检测方法提取到角点坐标,进行相机成像模型的解算(相机标定),得到相机的内参。然后根据多点透视（PnP）问题解的稳定性,结合最小二乘拟合算法得到相应位置的外参矩阵。最终根据身管的运动模型以及标志物与之的相对位置解算出身管的两个指向角。仿真和实验均验证了该方法的可操作性和准确性。     

基于跑道的视觉导航信息分析

基于跑道的视觉导航广泛用于无人机自主着陆等场合.文中从信息的角度,分析了视觉导航中跑道边缘线、地平线和跑道横向控制线提供的姿态和位置导航信息,推导并证明了两个基本结论:已知宽度的跑道边缘线可以提供两个姿态和两个位置信息;地平线和跑道横向控制线可以完善姿态和位置信息.文中的研究对于进行基于跑道的视觉导航算法设计、精度分析和组合导航可观性分析等具有理论价值.     

基于单目视觉的制导炮弹位姿参数测量方法

为了给制导炮弹末端弹道的精确控制提供有效依据,根据弹丸飞行弹道特性,借鉴计算机单目视觉技术和摄影测量方法,提出了一种基于四元数的炮弹位姿参数测量的新方法.该方法通过分析摄像机采集的目标区图像序列,利用4个已知空间坐标的非共面控制点,建立过渡坐标系,分两步来计算炮弹的空间位置和姿态参数.仿真结果表明,测量误差随着相对距离减小而收敛.提出的新方法可以精确测量炮弹的位姿参数,作为构建弹道控制模型的基础.     

某小型无人机导航控制算法研究

研究了可实现小型无人机自主飞行的控制、导航算法。建立了描述无人机运动的状态空间模型,在此基础上分析了开环系统对扰动的响应。针对响应结果,采用最优控制理论设计了带有全维状态观测器的控制器;使用了基于李雅普诺夫向量场的导航算法并对控制器和导航算法进行仿真。研究结果表明,文中给出的控制和导航算法具有良好的性能指标,可跟踪任意航路点,从而可以实现无人机自主飞行。