专利名称：基于激光探测和图像识别的无人直升机测距方法
技术领域：
本发明是用于无人直升机测距的方法，能够高精度地测量无人直升机距离目标点 的距离，且为无人直升机增重极少。主要应用在航空航天、无人机、机器人等技术领域。
背景技术：
无人直升机在复杂环境中飞行具有较大危险性，必须不断对周围环境进行探测和 测距，以避免发生碰撞甚至坠毁。常用的测距方法主要有两种其一，利用机载激光雷达测量距离；其二，利用超声波测距仪测距；以上两种方法各有弊端和不足激光测距雷达测量精确，但价格昂贵，重量大，不 适合小型无人直升机搭载；超声波价格低廉，重量轻，但其探测范围十分有限，通常不足 10m。本发明需要在机载摄像机旁，以固定角度安装一个激光发射器。利用机载摄像机、 激光发射器和飞行控制计算机，构成无人直升机测距系统。通过检测激光光点在摄像机图 像中的位置，即可根据三角公式计算出无人直升机与目标之间的距离。由于常规的无人直 升机通常都配备有飞行控制计算机和机载摄像机。因此，本发明只需在常规无人直升机上 增加激光发射器即可实现测距。其优点是测距精确，探测距离远，而且简单可靠，改装容易， 增重极少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无人直升机在飞行中对周围物体进行测距的方法。其特征在于，含有机载摄像机、激光发射器和飞行控制计算机，其中，激光发射器 光轴与机载摄像机光轴共面并保持固定夹角，激光发射器光轴与机身纵轴平行。激光遇到 目标后会出现一个激光光点。飞行控制计算机通过检测激光光点在摄像机图像中的位置， 即可计算出无人直升机与目标之间的距离。计算公式为D=(L-x)/sine其中D为无人直升机与目标之间的距离，θ为激光发射器与摄像机光轴之间的 固定夹角，L为激光发射器顶端与摄像机光轴之间的距离，χ为激光光点在摄像机图像平面 中的纵坐标(以光轴为原点，以向下为正方向)。由于常规的无人直升机通常都配备有飞行控制计算机和机载摄像机。因此本发明 只需在常规的无人直升机上，添加一个激光发射器即可实现测距。通过识别摄像机视频中 的激光光点，即可精确地计算出无人直升机相对障碍物的距离。其优点是测距精确，探测距 离远，而且简单可靠，改装容易，增重极少。
图1是基于激光探测和图像识别的无人直升机地形跟踪方法的原理图。图中1.无人直升机，2.飞行控制计算机，3.激光发射器，4.机载摄像机，5.激光 光轴，6.摄像机光轴，7.激光照射在目标上的激光光点，8.摄像机图像平面，9.目标。
具体实施例方式基于激光探测和图像识别的无人直升机测距方法的实施，需要有激光发射器(3)、 机载摄像机(4)和飞行控制计算机(2)协同工作。激光发射器光轴(5)与机载摄像机光轴(6)共面并保持固定夹角θ，激光发射器 光轴(5)与机身纵轴平行。当需要测距时，激光发射器(3)向无人直升机(1)前方发射激 光。当激光照射到目标(9)时，会在目标(9)上产生激光光点(7)。与此同时，该激光光点 (7)被机载摄像机(4)所捕获。机载摄像机(4)将所拍摄到的包含激光光点(7)的图像传送给飞行控制计算机 (2)。飞行控制计算机(2)通过检测激光光点(7)在摄像机图像平面⑶中的位置X，以及 激光发射器(3)与机载摄像机(4)之间的固定夹角θ和距离L，即可由三角形公式计算出 无人直升机⑴与目标(9)之间的距离。计算公式为D=(L-x)/sine其中D为无人直升机⑴与目标(9)之间的距离，θ为激光发射器光轴(5)与摄 像机光轴(6)之间的固定夹角θ，L为激光发射器(3)顶端与摄像机光轴(6)之间的距离 L，x为激光光点(7)在摄像机图像平面(8)中的纵坐标(以激光光轴(5)与摄像机图像平 面(8)的交点 为原点，以向下为正方向)。
权利要求
基于激光探测和图像识别的无人直升机测距方法，其特征在于，含有机载摄像机、激光发射器和飞行控制计算机，其中，激光发射器光轴与机载摄像机光轴共面并保持固定夹角，激光发射器光轴与机身纵轴平行，飞行控制计算机通过检测激光光点在摄像机图像中的位置，以及激光发射器与机载摄像机之间的固定夹角和距离，即可由三角形公式计算出无人直升机与目标之间的距离D＝(L x)/sinθ其中D为无人直升机与目标之间的距离，θ为激光发射器与摄像机光轴之间的固定夹角，L为激光发射器顶端与摄像机光轴之间的距离，x为激光光点在摄像机图像平面中的纵坐标(以光轴为原点，以向下为正方向)。
全文摘要
基于激光探测和图像识别的无人直升机测距方法属于无人机传感器与控制领域，其特征在于，含有机载摄像机、激光发射器和飞行控制计算机，其中，激光发射器光轴与机载摄像机光轴共面并保持固定夹角，激光发射器光轴与机身纵轴平行，飞行控制计算机通过检测激光光点在摄像机图像中的位置，以及激光发射器与机载摄像机之间的固定夹角和距离，即可由三角形公式计算出无人直升机与目标之间的距离。本发明通过识别摄像机视频中的激光光点，即可精确地计算出无人直升机相对障碍物的距离。
文档编号B64D45/00GK101968354SQ20101029756
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者朱纪洪, 王冠林 申请人:清华大学