針對傳統(tǒng)雙目視覺算法由于算法復(fù)雜度大導(dǎo)致的硬件資源占用率高或因算法匹配性不足導(dǎo)致的測距精度較低的問題,以天空背景的輔助無人機(jī)掛落輸電線為應(yīng)用場景,通過引入基于灰度閾值變換的圖像預(yù)處理算法和改進(jìn)的自適應(yīng)權(quán)重雙目立體匹配算法,并進(jìn)一步設(shè)計其硬件構(gòu)架方案,本文提出了一種可以滿足在低成本、高匹配精準(zhǔn)性和實(shí)時性三者中取得良好平衡的雙目視覺測距技術(shù)�；谠摷夹g(shù)的雙目視覺測距系統(tǒng)不僅測距精度較高、實(shí)時性好,而且硬件加速后資源占用率減少。為了驗證其有效性,在Spartan 6 FPGA上實(shí)現(xiàn)了基于這些改進(jìn)算法硬件加速的雙目視覺系統(tǒng)。經(jīng)過對比實(shí)驗表明,該系統(tǒng)相比于基于未改進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)不僅提高了測距精度,能輸出30Hz的實(shí)時距離信息,而且減少了資源占用率,尤其是Block RAM占用率減少了19%。 

【文章來源】：2018中國自動化大會(CAC2018)論文集中國自動化學(xué)會會議論文集

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

硬件實(shí)物圖

39表2雙目攝像頭的外參數(shù)旋轉(zhuǎn)矢量(om)平移向量(T)om=[0.0060.004-0.004]T=[-39.80.820.44]圖9戶外實(shí)驗場景圖9為戶外實(shí)驗場景，無人機(jī)在落線過程中，由遠(yuǎn)至近慢慢接近電力輸電線，當(dāng)掛載落線裝置的無人機(jī)與輸電線的距離小于3m時，當(dāng)無人機(jī)在高空飛行時如果沒有準(zhǔn)確距離信息的反饋，很容易因操作不當(dāng)，無人機(jī)與輸電線強(qiáng)烈碰撞而出現(xiàn)造成炸機(jī)事故。在實(shí)際應(yīng)用時，雙目視覺系統(tǒng)需要在3m范圍內(nèi)輸出精度較高的距離信息。記A、B分別為運(yùn)行改進(jìn)的自適應(yīng)權(quán)重雙目匹配算法和未改進(jìn)匹配算法的系統(tǒng)。本文對A、B兩個系統(tǒng)進(jìn)行3m范圍內(nèi)的測量精度進(jìn)行對比。為了確保本次實(shí)驗的安全性，需要將無人機(jī)處于輸電線正對位置時的測距信息通過無線模塊將發(fā)送給地面觀測站，既用于地面記錄員記錄數(shù)據(jù)，也方便操控手掌握無人機(jī)相對輸電線的位置。在無人機(jī)飛行過程中需要將其緩慢推進(jìn)到事先劃定的位置，并在這個位置穩(wěn)定懸停，然后選取穩(wěn)定的測距數(shù)據(jù)作為雙目測距系統(tǒng)在該位置的輸出數(shù)據(jù)。經(jīng)過對A，B系統(tǒng)進(jìn)行上述對比實(shí)驗，記錄了多組測量數(shù)據(jù)，取平均值后得到了每個已知距離的測量數(shù)據(jù)。圖10給出了這組測量距離和真實(shí)距離的對比，可以直觀的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)A的測量結(jié)果更加吻合真實(shí)距離的走線趨勢。結(jié)合表2的數(shù)據(jù)分析，可以粗略地將實(shí)驗的測量距離分為3段，分別為20cm-100cm、100cm-200cm、200cm-300cm。A與B在20cm-100cm上測距精度基本相等，相對誤差均小于10%，而在100cm-200cm上A的測量精度明顯好于B，A的相對誤差仍低于10%，而B則大于10%，在200cm-300cm上A的相對誤差接近于10%，B的相對誤差超過15%，誤差較大。所以，A系統(tǒng)的整體測量精度優(yōu)于B系統(tǒng)，從而驗證了改進(jìn)算法在提高匹配精度上的有效性。圖10測量距離和真實(shí)距離表2A和

目匹配算法和未改進(jìn)匹配算法的系統(tǒng)。本文對A、B兩個系統(tǒng)進(jìn)行3m范圍內(nèi)的測量精度進(jìn)行對比。為了確保本次實(shí)驗的安全性，需要將無人機(jī)處于輸電線正對位置時的測距信息通過無線模塊將發(fā)送給地面觀測站，既用于地面記錄員記錄數(shù)據(jù)，也方便操控手掌握無人機(jī)相對輸電線的位置。在無人機(jī)飛行過程中需要將其緩慢推進(jìn)到事先劃定的位置，并在這個位置穩(wěn)定懸停，然后選取穩(wěn)定的測距數(shù)據(jù)作為雙目測距系統(tǒng)在該位置的輸出數(shù)據(jù)。經(jīng)過對A，B系統(tǒng)進(jìn)行上述對比實(shí)驗，記錄了多組測量數(shù)據(jù)，取平均值后得到了每個已知距離的測量數(shù)據(jù)。圖10給出了這組測量距離和真實(shí)距離的對比，可以直觀的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)A的測量結(jié)果更加吻合真實(shí)距離的走線趨勢。結(jié)合表2的數(shù)據(jù)分析，可以粗略地將實(shí)驗的測量距離分為3段，分別為20cm-100cm、100cm-200cm、200cm-300cm。A與B在20cm-100cm上測距精度基本相等，相對誤差均小于10%，而在100cm-200cm上A的測量精度明顯好于B，A的相對誤差仍低于10%，而B則大于10%，在200cm-300cm上A的相對誤差接近于10%，B的相對誤差超過15%，誤差較大。所以，A系統(tǒng)的整體測量精度優(yōu)于B系統(tǒng)，從而驗證了改進(jìn)算法在提高匹配精度上的有效性。圖10測量距離和真實(shí)距離表2A和B的測量數(shù)據(jù)對比實(shí)際距離/cmA測量距離/cmA相對誤差/%B測量距離/cmB相對誤差/%2021.26.021.57.53031.65.332.48.04042.56.343.48.55053.26.454.89.66062.74.565.89.77074.26.076.69.48084.35.487.99.99096.77.498.59.4100106.36.3110.610.6120126.45.3137.414.5140146.74.8161.315.2160168.45.3184.615.4180189.35.2209.116.2200213.46.7226.413.2230249.68.5269.617.2260285.19.7302.516.3290310.87.2343.418.4以上誤差的產(chǎn)生原


本文編號：3501014