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原文传递用于烟囱内部无人机避障的装置和避障方法

专利名称：	用于烟囱内部无人机避障的装置和避障方法
摘要：	本发明公开了一种用于烟囱内部无人机避障的装置和避障方法。飞行器机架的四角螺旋桨下方的机臂底面固定安装有避障探测模块，每个避障探测模块包括水平布置的光源模块和相机模块，光源模块置于相机模块上方，光源模块和相机模块探头朝向相同，四个避障探测模块在飞行器机架四周布置，飞行器机架两侧相对的两个飞行器机架对称布置；光源模块提供光照，相机模块对烟囱内壁的四个方向图像进行采集，并进行运动模糊图像处理得到四周的距离，根据四个距离对无人机进行烟囱内部定位和姿态调整。本发明能够解决传统激光避障、超声波避障不稳定的技术问题，提高了准确性也大大缩减了成本，提高了飞行作业的安全性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	中国计量大学
发明人：	郑恩辉;郑书潺;陈嘉平;徐红伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-14T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910033179.3
公开号：	CN109747824A
代理机构：	杭州求是专利事务所有限公司
代理人：	林超
分类号：	B64C39/02(2006.01);B;B64;B64C;B64C39
申请人地址：	310018 浙江省杭州市江干经济开发区学源街258号
主权项：	1.一种用于烟囱内部无人机避障的装置，其特征在于：还包括飞行器机架(11)、电调(2)、锂电池(10)、嵌入式机载处理器(5)、飞行控制器(4)、PMU电源管理模块(6)、气压计(7)、陀螺仪(3)以及配套的遥控器，飞行器机架(11)上安装有电调(2)、锂电池(10)、飞行控制器(4)、PMU电源管理模块(6)、嵌入式机载处理器(5)、气压计(7)和陀螺仪(3)，飞行器机架(11)的四角延伸出机臂(12)，每个机臂(12)末端顶面安装有螺旋桨(1)和无刷电机(13)；螺旋桨(1)下方的机臂(12)底面固定安装有一个避障探测模块，每个避障探测模块包括水平布置的光源模块(8)和相机模块(9)，光源模块(8)置于相机模块(9)上方，光源模块(8)和相机模块(9)探头朝向相同，四个避障探测模块在飞行器机架(11)四周布置，飞行器机架(11)两侧相对的两个避障探测模块对称布置；四个无刷电机(13)经电调(2)和飞行控制器(4)连接，飞行控制器(4)输出端连接到嵌入式机载处理器(5)，飞行控制器(4)输入端分别与气压计(7)、陀螺仪(3)连接，嵌入式机载处理器(5)和四个避障探测模块的相机模块(9)和光源模块(8)连接，锂电池(10)经PMU电源管理模块(6)与飞行控制器(4)连接供电。 2.根据权利要求1所述的一种用于烟囱内部无人机避障的装置，其特征在于：所述的锂电池(10)置于飞行器机架(11)的底部。 3.根据权利要求1所述的一种烟囱内部无人机自动避障方法，其特征在于：采用权利要求1-2任一所述装置，方法包括如下步骤：步骤1：无人机在烟囱内部飞行过程中，由四个光源模块(8)提供光源向烟囱内壁光照，无人机四个相机模块(9)对烟囱内壁的四个方向图像进行采集；步骤2：将相机模块采集到的图像实时传输到嵌入式机载处理器(5)进行图像处理；步骤3：嵌入式机载处理器进行运动模糊图像处理分析得到每一相机模块到烟囱内壁之间的距离，通过四个方向的相机模块的距离对无人机进行烟囱内部定位；步骤4：嵌入式机载处理器向飞行控制器(4)发送控制信号对无人机进行姿态调整，控制无人机飞向烟囱的中心来实现对烟囱内壁的避障效果。 4.根据权利要求3所述的一种烟囱内部无人机自动避障方法，其特征在于：所述烟囱内壁为圆筒形内壁，且所述的烟囱内壁是由砖块砌成。 5.根据权利要求3所述的一种烟囱内部无人机自动避障方法，其特征在于：所述步骤3具体为： 3.1、先对采集到的图像采用差分自相关方式处理获得模糊尺度，然后根据模糊尺度进行运动模糊处理；当模糊尺度大于40像素时，采用倒谱图像处理方式进行图像运动模糊处理；当模糊尺度小于等于40像素时，采用频域图像处理方式进行图像运动模糊处理； 3.1a、倒谱图像处理方式具体为： 1)使用Retinex算法进行图像增强处理； 2)对经过图像增强处理后的图像进行高斯滤波去噪； 3)对图像进行灰度化，再对灰度化后的图像进行二维傅里叶变换生成频谱图； 4)对频谱图的动态范围进行压缩，对压缩后的结果进行循环移位使频谱图中的低频平缓成分居中； 5)用canny算子对压缩居中后的频谱图进行边缘检测，并进行二值化； 6)将二值化后的频谱图进行从1°～180°的radon变换，找出radon变换后的矩阵中的最大值，取最大值对应的列数n，然后采用以下公式计算获得夹角θ，利用夹角θ获得运动模糊方向： tan(θ)＝tan(n-90°)×M/N 其中，θ为运动模糊方向与频谱图的x轴之间的夹角，M与N分别表示图像的横向和纵向尺寸； 3.1b、频域图像处理方式 1)使用Retinex算法进行图像增强处理； 2)对经过图像增强处理后的图像进行高斯滤波去噪； 3)对图像进行灰度化，再对灰度化后的图像进行二维傅里叶变换，对二维傅里叶变换取对数再平方后再进行一次反傅里叶变换得到倒频谱图； 4)对倒频谱图的动态范围进行压缩，对压缩后的结果进行循环移位使倒频谱图中的低频平缓成分居中； 5)用Sobel算子对压缩居中后的倒频谱图进行边缘检测，并进行二值化； 6)将二值化后的倒频谱图进行从1°～180°的radon变换； 7)找出radon变换后的矩阵中的最大值，以最大值对应的列数±90°作为运动模糊方向； 3.2、获得运动模糊方向后，利用运动模糊方向和模糊尺度进行维纳滤波对图像进行复原； 3.3、对图像中的砖块目标物进行目标提取，获得图像中烟囱内壁的砖块的图像像素宽度P，再采用以下方式计算得到内壁到相机模块的距离： D＝(W×F)/P 其中，D为烟囱内壁到相机模块的距离，P为砖块的图像像素宽度，W是烟囱内壁的砖块实际宽度尺寸，F是相机模块的焦距； 3.4、通过四个方向的相机模块的距离判断当前时刻无人机是否处于烟囱中心，然后进行控制无人机位置使得无人机是否处于烟囱中心。 6.根据权利要求5所述的一种烟囱内部无人机自动避障方法，其特征在于：所述步骤3.1中，采用差分自相关方式处理获得模糊尺度，具体为：采用一阶微分算子将图像进行微分处理，再用Sobel算子对图像进行二次微分，得到梯度图像，然后对梯度图像进行自相关计算并取自相关结果的平均值绘制点扩散函数鉴别曲线，通过计算零频尖峰与负尖峰的距离，得到模糊尺度。
所属类别：	发明专利