[发明专利]无人机视觉伺服控制方法、装置以及无人机

说明书

本发明提供了一种无人机视觉伺服控制方法、装置以及无人机，其中的方法包括：在飞行空域图像中确定地面目标以及与地面目标相对应的期望目标位置，根据路径规划算法以及多种约束条件计算出到达期望目标位置的三维飞行轨迹，将三维飞行轨迹投影在图像坐标系中获得二维飞行轨迹，基于二维飞行轨迹对无人机进行导航并对无人机进行视觉伺服控制。本发明的方法、装置以及无人机，在进行路径规划时综合了多种约束，基于二维飞行轨迹进行导航并对无人机进行视觉伺服控制，具有绕过障碍物的能力，摄像机采集到的图像特征信息直接用于反馈并进行伺服控制,不需要对无人机的三维姿态进行估计，能够降低视觉伺服控制方法的复杂度，提高无人机飞行的安全性。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机视觉伺服控制方法、装置以及无人机。

背景技术

基于视觉反馈的运动控制被称为视觉伺服控制。现有的视觉伺服系统主要包括视觉系统、控制策略和实现策略三个方面，其控制目标是将任务函数调节到最小。通过视觉伺服控制技术可以建立起视觉、控制和运动规划之间的桥梁。当前，无人机也采用了视觉伺服控制技术进行定位、导航。视觉伺服控制技术的一个关键问题是视觉伺服系统必须能够获取到目标或者特征点，即目标要一直处在无人机的机载相机的可见范围内，实现视场(FOV)约束。现有的视觉伺服控制技术在伺服控制过程中设计复杂的控制方法满足FOV约束，例如自适应IBVS、输入饱和IBVS等。为了避免视觉伺服控制过程中可能存在的伺服目标难以满足视野约束的情况，需要保证没有其他的障碍物阻断机载相机和目标物之间的视线，但是，现有的视觉伺服方法难以满足远距离有障碍的视觉伺服任务的要求。

发明内容

本发明的一个或多个实施例提供一种无人机视觉伺服控制方法、装置以及无人机。

根据本公开的一个方面，提供一种无人机视觉伺服控制方法，包括：获取无人机的机载图像采集装置采集的飞行空域图像；在所述飞行空域图像中确定地面目标以及与所述地面目标相对应的期望目标位置；根据预设的路径规划算法以及约束条件计算出到达所述期望目标位置的三维飞行轨迹；将所述三维飞行轨迹投影在图像坐标系中获得二维飞行轨迹；基于所述二维飞行轨迹对无人机进行导航并对无人机进行视觉伺服控制，以使无人机到达所述期望目标位置。

可选地，所述根据预设的路径规划算法以及约束条件计算出到达所述期望目标位置的三维飞行轨迹包括：设置与所述约束条件相对应的飞行约束规则，其中，所述飞行约束规则包括：视野约束规则、障碍物约束规则、边界约束规则；根据所述路径规划算法以及所述飞行约束规则计算出所述三维飞行轨迹。

可选地，设置所述视野约束规则包括：获取无人机的飞行位置在世界坐标系中的三维坐标；将所述三维坐标投影在所述图像坐标系中，获得二维坐标；获取所述地面目标在所述世界坐标系中的三维坐标投影在所述图像坐标系中的坐标值范围；基于所述坐标值范围以及二维坐标确定所述视野约束规则，其中，所述视野约束规则包括：所述二维坐标的坐标值在所述坐标值范围之内。

可选地，所述将所述三维坐标投影在所述图像坐标系中、获得二维坐标包括：获取与所述机载图像采集装置相对应的相机坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵和平移矩阵；基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵获得将三维坐标转换为二维坐标的变换矩阵；通过所述变换矩阵将所述三维坐标转换为所述二维坐标。

可选地，设置所述障碍物约束规则包括：获取无人机飞行方向上的障碍物的中心位置；确定能够包围所述障碍物的外接圆的半径，将所述半径设置为与所述障碍物相对应的障碍物距离阈值；计算无人机的飞行位置与所述中心位置之间的障碍物距离；确定所述障碍物约束规则包括：所述障碍物距离大于所述障碍物距离阈值。

可选地，确定所述障碍物距离为无人机的飞行位置与所述中心位置之间的空间距离在所述图像坐标系中的投影距离。