基于双目视觉的小型无人飞行器的导航与避障(I)

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于双目视觉的小型无人飞行器的导航与避障学科专业电路与系统学号201121020153作者姓名苏东指导教师葛树志教授分类号密级注1UDC学位论文基于双目视觉的小型无人飞行器的导航与避障（题名和副题名）苏东（作者姓名）指导教师葛树志教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业电路与系统提交论文日期2014.0320论文答辩日期2014.05.26学位授予单位和日期电子科技大

2、学2014年06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。NAVIGATIONANDOBSTACLEAVOIDANCEFORMINIATUREUAVBASEDONBINOCULARSTEREOVISIONAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:CircuitsandSystemsAuthor:SuDongAdvisor:Prof.GeShuzhiSchool:SchoolofElectronicEngi

3、neering-3-独创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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不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示谢意。作者签名：日期：年月日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门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以将学位论文的

4、全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、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）作者签名：导师签名：日期：年月日-4-摘要摘要无人飞行器（unmannedaerialvehicle,UAV）的自主飞行需要导航系统的支持，而导航的实现建立在飞行控制系统、电子传感系统等设备协同工作的基础上。导航系统的功能是帮助无人飞行器实现对当前自身飞行状态和所处空间位置的探测与估算，从而使无人飞行器搜索出最优路径和制定相应控制策略，保证无人飞行器安全快速的到达目的地。上个世纪关于UAV的研究主要集中在高空领域，但是

5、随着UAV在低空场景的应用扩展，例如搜索与救援行动、有害物质的回收、实时监测森林大火等，UAV低空自主导航逐步成为了该领域内的一个研究热门方向。双目立体视觉技术借鉴人通过双眼感知立体空间的能力，经过双目图像采集、图像校正、立体匹配等步骤得到了视差结果，并计算出场景的深度映射图，进而重建出空间景物的三维信息。通过立体视觉技术实现障碍物的识别与测距，具备不易发现、信息量全面，且能获取场景三维深度信息等优势。可以预见，该项技术在UAV导航系统领域具有较大的发展潜力。本文主要针对双目立体视觉技术在无人飞行器导航与避障中的部分关键技术进行了探索与研究。本文

6、的主要工作内容如下：（1）构建了基于PC机和嵌入式平台的双目立体视觉系统，完成了双目摄像机的标定。针对现有机载双目视觉系统无法在单次飞行中检测多个方向场景目标的缺陷，提出了一种基线和俯仰角度可自主调节的无人机载双目视觉系统方案。（2）对比分析了多种立体匹配算法的性能，在半全局双目匹配算法的基础上给出了一种基于多路径梯度权重的动态规划的半全局匹配算法，兼顾了匹配精度和运算实时性的综合要求，并完成了嵌入式平台的算法移植工作。（3）针对有雾环境下基于视觉技术的障碍物检测实现难度大的现状，本文对图像去雾技术做了研究，提出了一种改进的基于暗原色先验的单一图

7、像去雾算法。该工作对有雾天气下无人机的航拍和视觉导航都有积极的作用。（4）本文给出了一种基于视差特征的区域生长与NormalizedCut的障碍物检测方法，取得了较好的障碍物检测效果；并在搭建的实验平台上，完成了真实障碍物的距离测量。（5）设计了无人飞行器的避障实验，获得了真实环境下对应的航迹规划仿真结果；此外，本文在三维重建、图像拼接等工作上有一定程度的深入。关键词：双目视觉，无人机，避障，图像去雾，三维重建IABSTRACTABSTRACTNavigationsystemplaysanimportantroleinautonomousflig

8、htofUAVs(unmannedaerialvehicles).Theflightcontrolsystem,sensorsystem