基于光流的微小型飞行器室内避障方法研究

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1、节４易葦呵４ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ—■？ｉｉ？？ｉｉＪｉＭｉ、论支题目基于光流的微小型飞行器室内避障方法研究－学科专业控制理论与控制工程．学号２０１２２１２４０７０１作者姓名戴碧霞指导教师张伟研究员独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｂ论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不

2、包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表不谢意。作者签名：肴＾喉日期：ｏＭｆ年（月ＪＴ曰论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）如少作者签名：讀時导师签名：１命＿日期：年

3、枯ｒ日分类号密级注1UDC学位论文基于光流的微小型飞行器室内避障方法研究（题名和副题名）戴碧霞（作者姓名）指导教师张伟研究员电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业控制理论与控制工程提交论文日期2015年5月12日论文答辩日期2015年5月29日学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月27日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号RESEARCHONOBSTACLEAVOIDANCEMETHODOFMAVININDOORENVIRONMENTBASEDONOPTICALFLOWAMasterThesisSubmittedtoUniversi

4、tyofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ControlTheoryandControlEngineeringAuthor:DaiBixiaAdvisor:ZhangWeiProfessorSchool：ResearchInstituteofElectronicScienceandTechnology摘要摘要室内环境中无人机自主避障飞行具备很高的应用价值，但完全自治的无人机室内复杂场景的自主避障飞行一直没有实现。细小的昆虫能够利用光流信息进行觅食、起飞、降落、避障和狭缝飞行等行为，受昆虫灵感启发，光流避障逐渐受研究人员所关注。光流避障技术的

5、研究对微小型无人机智能化程度的提高具有指导意义。目前，光流避障方式较为单一，常以平衡左右或上下两侧光流来实现避障，维持与某侧光流或距离不变来实现WallFollowing等行为。但在实际复杂场景中，这种避障方式会导致方向的频繁变化，长时间处于旋转运动中的旋转光流对后续光流分析影响较大，进而影响到避障精确性。因此，本文从优化避障方式出发，研究了以下三个方面的内容：1.提出一种基于五点约束的鲁棒光流法。通过优化置信点选取方式，采用全局与局部相结合的五点约束光流计算方法进行光流计算，扩展了Barron光流测试指标进行评估，实验表明本方法可以提高光流计算的准确性和实时性。2.提出一种高度不变时微小型

6、飞行器(MicroAirVehicle,MAV)室内避障飞行的方法。提出对视场分栏，以每栏中的光流信息、TTC(TimetoCollision)信息和目标偏差信息的加权求和作为相应栏的航向偏转倾向度，取倾向度最高的视觉栏为飞行方向，以TTC值大小来触发无人机避障行为的避障方法。这种避障方式，有效解决光流噪声点影响的同时还能减轻光流避障对环境纹理的依赖程度，速度变化频率较低，因此减少了旋转光流对避障的影响。3.研究了高度变化时MAV室内避障方法。给出三种高度控制方式：选择安全方向飞行、维持高度恒定、维持光流恒定。仿真验证了这三种高度控制方式的有效性，并对其特点分别进行分析。其中，安全方向飞行的

7、方法仅需一个摄像头但高度变化较明显，维持高度不变的方式较为简单但易受深度图的计算准确程度的影响，在环境纹理丰富和光照不变的条件下维持光流不变的方式对高度控制效果最好。关键词：室内环境，MAV，光流，自主避障，高度控制IABSTRACTABSTRACTTheabilityofautonomousobstacleavoidanceiswithhighvalueinindoorenvironmentofMAV,bu