无人机视觉导航 - 360文档中心

电动VTOL飞行器双目立体视觉导航方法-北京航空航天大学

灰度值, 假设匹配以左图为参考图, 则 w p 为左图
左图像中的点 P l 在右图像中沿着其对应的极线
R rect 创建一个由极点 e1 方向开始的旋转矩阵
R rect 其中,e1 =
(3)
T
极线变成水平, 并且极点在无穷远处. 这样, 两台摄像机的行对准即可以通过以下两个旋转矩阵实现: R l = R rect r l
北京航空航天大学学报 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics
July 2011 Vol. 37 No. 7
电动 VTOL 飞行器双目立体视觉导航方法
( 北京航空航天大学无人驾驶飞行器设计研究所, 北京 100191)
图 4 双目立体视觉算法流程
将飞翼机身与 4 个可倾转的旋翼相结合, 是一种
2. 1 摄像机数学模型和立体标定模型,确定摄像机的内外属性参数,以便正确建立空间坐标系中物体的空间点与像点之间的对应关系. 双目立体视觉系统中的单个摄像机的成像采用针孔摄像机数学模型来描述, 即任何点 Q 在图摄像机标定的目的是建立有效的摄像机成像
Abstract: A stereo vision-based navigation method for the electric vertical take-off and landing( VTOL)
( Research Institute of Unmanned Aerial Vehicle, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100191, China)

基于视觉SLAM的室外定位和导航系统设计与实现

基于视觉SLAM的室外定位和导航系统设计与实现近年来，随着无人机、自动驾驶等技术的发展，基于视觉SLAM（simultaneous localization and mapping）的室外定位和导航系统受到了越来越多的关注。

SLAM 是一种利用传感器数据实时构建环境地图并同时定位的技术，通过使用相机及其他传感器，系统能够根据外部环境的信息进行自主导航和定位。

基于视觉SLAM的室外定位和导航系统设计与实现涉及多个方面，包括传感器选择、地图构建和定位、路径规划以及系统集成等。

在这篇文章中，我们将着重讨论这些方面的内容，并提供一种具体的设计与实现思路。

首先，传感器的选择对于系统的性能至关重要。

在室外环境中，常用的传感器包括相机、惯性测量单元（IMU）、全球定位系统（GPS）等。

相机是进行视觉信息获取的核心传感器，可以通过图像的特征点提取与匹配进行地图构建和定位。

IMU可以提供姿态和加速度等数据，有助于提高定位的精度和鲁棒性。

GPS则提供全球定位信息，但在室外环境中由于信号不稳定，单独使用的精度较低，因此通常与其他传感器相结合使用，以提高定位的准确性。

其次，在地图构建和定位方面，视觉SLAM利用相机采集的图像进行特征点的提取与匹配，通过特征点的三维重建构建地图，并根据相机姿态估计实现定位。

在室外环境中，地图更新的频率要求并不高，可以基于关键帧的方式进行地图构建，以提高系统的实时性。

同时，地图的稀疏性也可以减少数据处理的计算量，降低系统成本。

第三，路径规划是室外定位和导航系统中非常重要的一部分。

路径规划旨在为系统提供最佳的导航路线，以实现从起点到终点的自主导航。

基于视觉SLAM的路径规划中，可以使用地图提供的信息，利用搜索算法（如A*算法）或者最优化方法（如Dijkstra算法）来生成最佳的路径。

此外，还可以考虑到环境的避障需求，使用避障算法（如Rapidly-exploring Random Trees算法）对路径进行进一步优化。

无人机导航中的障碍物检测技术

无人机导航中的障碍物检测技术在当今科技飞速发展的时代，无人机的应用越来越广泛，从航拍、物流配送，到农业植保、抢险救援等领域，无人机都发挥着重要作用。

然而，要确保无人机在复杂的环境中安全、高效地飞行，障碍物检测技术就显得至关重要。

无人机在飞行过程中，可能会遇到各种各样的障碍物，如建筑物、树木、电线杆、电线等。

如果不能及时准确地检测到这些障碍物并采取相应的规避措施，就可能导致无人机碰撞、坠毁，造成财产损失甚至危及人员安全。

因此，障碍物检测技术是无人机导航系统的关键组成部分。

目前，用于无人机导航中的障碍物检测技术主要可以分为两大类：基于传感器的检测技术和基于视觉的检测技术。

基于传感器的检测技术主要包括激光雷达、毫米波雷达和超声波传感器等。

激光雷达通过发射激光束并测量反射光的时间和强度来获取周围环境的距离信息，具有高精度、高分辨率和长探测距离的优点。

毫米波雷达则利用毫米波频段的电磁波来检测障碍物，能够在恶劣天气条件下工作，具有较好的穿透能力。

超声波传感器则是通过发射超声波并接收回波来测量距离，成本较低，但探测距离和精度相对有限。

这些传感器各有优缺点。

激光雷达虽然精度高，但成本较高，且在某些环境中（如雨中、雾中）可能受到干扰。

毫米波雷达能够适应恶劣天气，但分辨率相对较低。

超声波传感器成本低，但适用范围较窄。

因此，在实际应用中，往往会根据具体需求和使用场景，选择一种或多种传感器组合使用，以提高障碍物检测的准确性和可靠性。

基于视觉的检测技术则是利用摄像头获取周围环境的图像信息，然后通过图像处理和分析算法来检测障碍物。

常见的视觉检测方法包括单目视觉、双目视觉和深度相机等。

单目视觉是指使用单个摄像头进行障碍物检测。

这种方法通常基于图像中的纹理、颜色、形状等特征来判断障碍物的存在和位置。

然而，单目视觉只能提供二维信息，难以准确获取障碍物的距离。

双目视觉则通过两个摄像头模拟人眼的视觉原理，获取物体的深度信息，从而实现障碍物的检测和距离测量。

导航与定位技术在无人机中的应用研究

导航与定位技术在无人机中的应用研究无人机技术的快速发展为人们带来了许多便利和创新。

作为无人机的核心技术之一，导航与定位技术在无人机中起着至关重要的作用。

本文将探讨导航与定位技术在无人机中的应用研究，并分析其重要性以及未来可能的发展方向。

首先，导航与定位技术在无人机中的应用旨在实现无人机的精确、稳定的飞行。

通过使用全球定位系统（GPS）等卫星导航技术，无人机能够实现准确的定位和导航。

此外，惯性导航系统（INS）和地面测量设备（GNSS）等技术也可以用于提供更加精确的导航和定位信息。

这些技术的结合为无人机提供了可靠而准确的定位服务。

其次，导航与定位技术对于无人机中的任务执行至关重要。

例如，在无人机配送中，导航与定位技术能够帮助无人机精确地飞行到目的地，并确保货物安全送达。

在农业领域，无人机可以使用导航与定位技术定位农田，并根据需要定量喷洒农药或施肥。

此外，在紧急救援和灾害监测中，导航与定位技术的应用可以帮助无人机及时准确地定位受灾区域，提供救援和监测支持。

在无人机导航与定位技术的研究中存在一些挑战。

首先是飞行环境的不确定性。

无人机可能在复杂的飞行环境中操作，如森林、城市等地形，这就需要导航与定位技术能够处理不同环境下的数据变化。

其次是导航与定位技术的精度和稳定性。

对于无人机来说，精确的定位和稳定的导航是非常重要的，否则可能导致飞行偏差和飞行事故。

此外，无人机的通信和数据传输也需要可靠的技术支持，以确保飞行安全和数据的实时性。

为了解决这些挑战，研究人员正在不断探索使用新的导航与定位技术来提高无人机的性能。

例如，基于计算机视觉的视觉导航系统可以通过无人机上的相机来感知环境并提供定位信息。

此外，使用激光雷达和雷达技术进行环境感知也是一个研究热点。

这些技术的引入可以增加无人机的自主性和适应性，使其能够在复杂的环境中更好地完成任务。

未来，随着人工智能和物联网技术的不断发展，导航与定位技术在无人机中的应用将进一步扩大。

无人机导航系统中的避障算法教程

无人机导航系统中的避障算法教程随着科技的发展和应用的推广，无人机已经成为了各个领域中非常重要的工具之一。

然而，无人机在运行过程中需要避免与障碍物碰撞，以确保其安全性和任务的顺利完成。

因此，无人机导航系统中的避障算法就显得十分关键。

避障算法的目标是通过利用传感器和数据处理技术，帮助无人机在飞行过程中高效地检测和回避障碍物。

避免碰撞不仅仅意味着操控无人机不撞到障碍物，还包括了规避不可见的障碍物或者在复杂动态环境中航行。

以下是几种常见的无人机避障算法：1. 基于传感器的避障算法：这种算法利用传感器（如超声波、激光、红外线等）来检测周围环境中的障碍物。

通过在无人机上安装传感器，可以实时获取环境信息，并计算避障路径。

例如，超声波传感器可以测量距离和速度，从而帮助无人机规避静止的和移动的障碍物。

2. 视觉感知避障算法：这种算法主要依赖于无人机搭载的摄像头或者其他视觉设备来捕捉环境图像。

利用计算机视觉技术，可以实时识别和分析图像中的障碍物，并采取相应的措施进行避障。

例如，可以使用图像识别算法来检测路标、障碍物等。

3. 路径规划算法：路径规划算法通过计算无人机从起点到目标点的最优路径，以实现避障。

通过将环境信息和目标位置作为输入，该算法可以计算出一条不与障碍物相交的路径。

常见的路径规划算法有A*算法、Dijkstra算法等。

4. 强化学习算法：强化学习算法是一种机器学习算法，它可以通过与环境进行交互，学习到如何做出最佳决策。

在无人机避障中，强化学习算法可以通过采集感知数据和执行动作来优化无人机的飞行策略，以最大程度地避免碰撞。

当然，以上只是一些常见的无人机避障算法，实际应用中还有很多其他算法和技术。

在使用这些算法时，还需要考虑以下几点：1. 精准地感知环境：避障算法的成功与否很大程度上取决于传感器和感知设备的精确度，因此在选择和使用传感器时，应该考虑其测量精度和响应速度。

2. 处理复杂环境：无人机在城市环境或者树林中飞行时，会面临更加复杂的障碍物和环境。

基于视觉的夜间无人机导航特征的提取

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维普资讯
２期第３３卷第２
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２００７年１１月
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人工智能及识别技术・
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无人机导航与避障控制系统设计与实现

无人机导航与避障控制系统设计与实现无人机的快速发展为航空领域带来了革命性的变化。

然而，随着无人机的普及，避障和导航问题也变得越来越重要。

因此，设计和实现一个高效可靠的无人机导航与避障控制系统至关重要。

无人机导航系统是指无人机在航行过程中决策方向和速度的能力。

它包括传感器、导航算法和控制器等组件。

无人机导航系统的核心是通过多种传感器获取环境信息，并根据这些信息进行路径规划和目标定位。

同时，该系统还需要具备决策能力，能够根据环境变化做出相应的控制指令。

传感器是无人机导航系统中不可或缺的组件。

其中，视觉传感器和激光雷达是两种常用的传感器。

视觉传感器可以通过处理摄像机图像来感知和理解飞行环境，而激光雷达则能够提供高精度的三维地图和障碍物信息。

通过综合使用这两种传感器，无人机可以实现更高精度的导航和避障。

导航算法是无人机导航系统的核心。

常用的导航算法包括经典的PID控制算法和现代的基于状态反馈控制的模型预测控制算法。

PID控制算法基于当前状态的误差，通过调整控制器的参数来实现目标状态的追踪。

而基于状态反馈控制的模型预测控制算法则基于数学模型预测未来状态，并通过优化器来调整控制器的输出，使得系统能够在有限的时间内达到目标状态。

避障控制是无人机导航系统中至关重要的功能。

无人机在飞行过程中需要能够识别和避开障碍物，以确保飞行的安全性和稳定性。

常见的避障控制方法包括基于模型的方法和基于学习的方法。

基于模型的方法使用传感器数据和环境模型来预测障碍物的位置和移动方向，并通过调整控制指令来避开障碍物。

而基于学习的方法则通过机器学习算法，让无人机能够从过往经验中学习和优化避障策略。

随着无人机技术的不断发展，无人机导航与避障控制系统的实现也变得越来越复杂。

为了实现一个高效可靠的系统，需要综合考虑传感器的选择与布局、导航算法的选择与优化以及避障控制方法的设计与实现。

此外，还需要考虑电池寿命、通信延迟、重量和成本等因素。

因此，一个成功的无人机导航与避障控制系统的实现需要多学科的知识和团队合作。

采用多重约束的无人机导航KLT视觉跟踪算法

重约束ＫＬＴ特征点跟踪策略，并在金字塔表示下分层求解跟踪点的偏移量。基于时间可逆性约束，建立新的融合前向跟踪和后向跟踪的目标函数，解算前向跟踪偏移量和后向跟踪偏移量，并构造新的帧
间偏移量一双向偏移量，在金字塔分层表示结构下实现偏移量的最优估计。实验结果表明，该方法能
ＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｖｉｓｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｆｏｒＵＡＶｎａｖｉｇａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉ．ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔＫＬＴ
ＳｏｎｇＬｉｎ，ＣｈｅｎｇＹｏｎｇｍｅｉ，ＬｉｕＮａｎ，ＬｉｕＸｉａｌｅｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
宋琳，程咏梅陕西西安７１００７２）
摘要：特征点跟踪是实现无人机视觉里程计导航的重要技术。针对无人机视频图像帧间运动较大造成帧间的特征点跟踪误差大的问题，提出一种基于时间可逆性约束和双向偏移量约束相结合的多
ｆｏｒｗａｒｄａｎｄｂａｃｋｗａｒｄｔｒａｃｉｎｋｇ．Ａｎｅｗｂｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｏｆｆｏｒｗａｒｄａｎｄｂａｃｋｗａｒｄｔｒａｃｉｎｋｇ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｗａｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｉｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐｙｒａｍｉｄｍｏｄｅ１．Ｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｉｔｒｈｍｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｐｒｅｃｉｓｅｒａｔｃｋｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｏｕｔ［ ’ ｅｒｆｏｍｓｒｈｅｔｓｉｍｉｌａｒｔｒａｃｋｅｒＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｔｒａｃｉｎｋｇ；ｔｉｍｅ．．ｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ；ｂｉ．．ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ

无人机导航中的SLAM算法优化研究

无人机导航中的SLAM算法优化研究无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）作为一种无人驾驶的飞行器，广泛应用于航拍、地形测量、搜救等领域。

然而，无人机在执行任务过程中需要实时感知、建立环境地图和定位自身位置等功能，这就需要使用到同时定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping, SLAM）算法。

SLAM算法是指在未知环境中，通过机器人的运动和传感器观测数据，同时完成环境地图的构建以及机器人自身的定位。

在无人机导航中，SLAM算法对于实现精准的定位和地图构建至关重要。

然而，由于无人机导航的实时性和复杂性，SLAM算法在无人机应用中面临着一些挑战，如计算复杂度高、误差累积、数据关联等问题。

因此，对SLAM算法进行优化研究是提高无人机导航性能的关键。

一种常用的SLAM算法是基于视觉的SLAM算法，即利用无人机搭载的相机获取环境信息，并通过计算机视觉算法进行图像处理和特征提取，从而实现地图构建和定位。

为了提高基于视觉的SLAM算法效果，可以从以下几个方面进行优化。

首先，算法参数的选择对于SLAM算法的性能至关重要。

选择合适的参数可以平衡计算复杂度和精度。

例如，对于特征提取算法中的特征点选择阈值，过高的阈值会导致特征点过少，难以实现稳定的定位；而过低的阈值则会导致特征点过多，增加计算复杂度。

因此，根据实际应用场景和计算资源的情况，合理选择相关算法的参数值是优化SLAM算法的一个重要步骤。

其次，数据关联是影响SLAM算法精度的重要因素。

在无人机导航中，由于环境的动态性和无人机的快速移动性，可能会存在部分图像帧无法正确匹配的情况。

因此，需要采用一些鲁棒的数据关联方法，使算法能够更好地处理数据关联问题。

比如，采用滤波器、神经网络等方法来解决数据关联问题，进一步提高SLAM算法的精度和稳定性。

此外，为了增强SLAM算法的实时性，可以采用计算加速的方法。

光栅衍射成像技术在无人机导航中的应用

光栅衍射成像技术在无人机导航中的应用随着技术的进步和无人机技术的普及，无人机行业已经成为了当今世界的一个热点话题。

然而，无人机的导航在很多情况下仍然存在一定难题。

其中，最大的挑战是无人机不能够像人类一样准确地理解周围环境，尤其是在光线不足的情况下。

因此，为了改善无人机的导航能力，科学家们一直在努力探索新的成像技术。

而光栅衍射成像技术正是其中一种有潜力的技术方案。

光栅衍射成像技术是一种将目标光束投射到锐利衍射谱征的光栅上，以形成光的模式，并从光谱中提取目标图像的技术。

从物理学的角度来看，这种技术就是利用了光的波动特性，将光束折射和衍射成具有自然排列的光分布，从而提供对物体的高分辨率成像。

这种技术在威力光束、雷射、激光跟踪器、遥感侦测和地理数据处理等领域中都有广泛的应用。

在无人机导航中，光栅衍射成像技术可以提高实时视觉识别的能力，并增强无人机对周围环境的感知能力，从而使得无人机能够自主飞行，避开障碍物，并完成复杂的任务。

因为在光线不足的情况下，该技术依然可以提供高质量的图像。

此外，由于无人机需要飞行在不同的高度和角度，不断调整视角和位置，因此传统的成像技术可能受到限制，而光栅衍射成像技术则可以通过调整光栅的属性来适应飞行姿态的变化。

但是，在实际应用中，光栅衍射成像技术仍然存在一些挑战和限制。

其中最大的问题是光栅的设计和制备，虽然今天的现代技术已经能够制造出高质量的光栅，但是还需要在光栅的特性和光束的参数之间找到最佳配合，以便在特定的应用中提供最优的成像性能。

除此之外，光栅衍射成像技术还需要精密的计算和处理。

例如，在将光束投射到光栅上之后，信号分析的处理速度需要足够快，以生成可用的图像。

为了解决这一问题，科学家们正在开发新的图像处理算法，以便实现快速和可靠的光栅图像处理流程。

总的来说，光栅衍射成像技术在无人机导航中的应用具有很大的潜力。

通过成像技术的进一步发展和改进，无人机具备更强的自主飞行和感知能力，可以完成更复杂的任务和应用场景。