本發明屬于無人機技術領域，特別涉及一種無人機避讓系統。

背景技術：

隨著無人機技術的不斷發展，無人機不僅在工業大量應用，軍事、民用、研究等多方面都有涉及。由于任務的復雜性，無人機在飛行過程中不可避免要避讓障礙物，無人機避讓的方式有很多種，常見的技術有超聲波技術、紅外技術、激光定位技術。各種技術間都有各自優缺點，如超聲波技術，有一定的距離限制，同時對反射物的表面反射能力有一定要求。紅外技術接收范圍小，障礙物的溫度對測量也有一定影響。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種無人機避讓系統，以解決現有無人機避讓系統中的缺陷。

本發明的技術方案是，一種無人機避讓系統，包括處理器、深度攝像頭、人際交互單元和三維經驗庫，

深度攝像頭，用于從不同角度獲取障礙物的圖像，

三維經驗庫用于保存三維圖像信息，通過三維經驗庫，記錄各種障礙物的色彩深度信息、尺寸和安全距離信息，提供處理器獲取信息后的查詢和匹配功能，

處理器用于對圖像的深度計算，

人機交互單元，用于增加三維數據的屬性，通過對設定距離范圍內的障礙物進行屬性編輯，確定障礙物的安全距離并存入三維經驗庫，屬性記錄有物象正面尺寸、顏色深度、像素點數和安全距離。

系統通過對障礙物的色彩深度計算，獲取障礙物的邊緣信息，計算出障礙物的三維物理尺寸，通過對圖像像素的計算以及三維經驗庫，獲取到障礙物的距離、大小信息。

所述的人機交互單元，使用麥克風作為輸入源，通過聲音解析，對接收到的目標障礙物進行屬性添加，存入三維經驗庫。

無人機到物體的距離通過公式獲取，

公式中S表示到障礙物的距離，H為攝像頭的高度，K₁和K₂表示常數，β表示物點和光軸夾角，h表示成像平面的高度，F表示焦距。

處理器對障礙物的處理包括以下步驟：

步驟1，通過深度攝像頭獲取圖像色域色調以及飽和度；

步驟2，選取可獲取范圍圖像的最大像素區域作為參考色調；

步驟3，根據參考色調分割圖像的色域區間；

步驟4，通過閾值判斷色域區差值最大區，將差值區域作為障礙物和可通過區的分界區；

步驟5，通過確定障礙物，測量其三維空間中的數據，計算幾何中心位置和相關的偏移數據；

步驟6，調用三維經驗庫，查詢得到相似數據，最終獲取安全避讓空間。

系統獲取到障礙物的三維信息，以及該障礙物的色彩深度信息，通過三維經驗庫，首先通過物象中心和關鍵三維尺寸，查詢經驗庫中是否滿足條件的信息，如有相似度超過一定閾值，則認為就是經驗模型庫中的物體信息，獲得距離該物的安全距離，并進行合理避讓。

其中的安全距離設置有兩種方式進行輸入，

一種通過系統的人機交互單元，即當無人機靠近某一物體時，通過人機交互獲得不能進一步靠近的指令，將此時的距離記錄并保存到三維經驗庫中，

另一種通過預設閾值，即對應于三維經驗庫中的不同物進行閾值設置，當物距接近該閾值時，無人機進行轉向避讓操作。

進一步的，無人機對于接近物體的距離測量采用TOF(Time of Flight)紅外光電測距，包括一個紅外線發射器和一個紅外接收器，

這里D表示物體到無人機的距離，f_mod表示調制頻率，表示發射和返回信號間的相位差，C表示光速。

本發明通過圖像采集技術，采用接近人工智能的方法，使得無人機具備了全面的避讓障礙物的能力，是無人機技術發展的一次飛躍。

附圖說明

圖1本發明系統的結構圖。

圖2本發明系統軟件工作流程圖。

具體實施方式

本發明涉及到的是一種基于三維模型的避讓系統，以下實例通過結合無人飛機的避讓系統作為實施例，進一步闡述發明內容。

無人機的最新研究已經展示了其自動避讓技術，通過多個3D攝像頭，可以探測地理環境和位置信息。如圖1所示，本發明的基于三維經驗模型的避讓系統包括了2個或以上的色彩深度攝像頭，視覺處理單元和人機交互單元。攝像頭安裝于無人機上，通過導線和視覺處理器連接。

三維經驗模型主要記錄日常常見物體的三維態信息，包括色彩信息，對應的像素點信息，安全距離信息。當無人機工作時，攝像頭記錄有效距離內的各種障礙物，通過邊緣計算獲取物體的三維信息，假設，獲取到一物體的三維信息，以及該物的色彩深度信息，通過三維經驗庫，首先通過物象中心和關鍵三維尺寸，查詢經驗庫中是否滿足條件的信息，如有相似度超過一定閾值，則認為就是經驗模型庫中的物體信息，獲得距離該物的安全距離，并進行合理避讓。系統工作流程如圖2所示。

其中的安全距離設置有兩種方式進行輸入。一種通過系統的人機交互單元。即當無人機靠近某一物體時，通過人機交互獲得不能進一步靠近的指令，將此時的距離記錄并保存到經驗模型庫中。另一種通過預設閾值，即對應于經驗模型庫中的不同物進行閾值設置，當物距接近該閾值時，無人機進行轉向避讓操作。

其中的視覺處理單元對障礙物的處理主要通過以下方式實現：

步驟1，通過深度攝像頭獲取圖像色域色調以及飽和度。

步驟2，選取可獲取范圍圖像的最大像素區域作為參考色調。

步驟3，根據參考色調分割圖像的色域區間。

步驟4，通過閾值判斷色域區差值最大區，將差值區域作為障礙物和可通過區的分界區。

步驟5，通過確定障礙物，測量其三維空間中的數據，計算幾何中心位置和相關的偏移數據。

步驟6，調用經驗庫，查詢得到相似數據，最終獲取安全避讓空間。

當安全距離需要修正時，通過人機接口，如聲控發出靠近的指令，那么無人機通過距離控制飛行速度，并逐步按照指令靠近障礙物。如聲控發出避讓指令，那么按指令進行調整飛行方向，并更新經驗模型庫，在面對相同障礙物時以更新后的安全距離進行避讓。