[发明专利]一种无人机3D全景视觉装置

摘要

本发明公开一种无人机3D全景视觉装置主要包括飞行器主体部分、3D全景视觉装置和飞行控制机地面站控制系统部分；3D全景视觉装置固定安装在所述的飞行器主体部分中部，3D全景视觉装置的中轴线与所述的飞行器主体部分的中轴线重叠；3D全景视觉装置包括全方位视觉传感器、全景激光光源和LED带光源；地面监视器根据无线通信网络传输过来的全景视频图像对无人机周边环境进行3D测量与3D建模处理。

主权项

一种无人机3D全景视觉装置，其特征在于：所述无人机3D全景视觉装置包括飞行器主体部分、3D全景视觉装置和飞行控制机地面站控制系统部分；所述的3D全景视觉装置固定安装在所述的飞行器主体部分中部，所述的3D全景视觉装置的中轴线与所述的飞行器主体部分的中轴线重叠；所述的飞行器主体部分采用四旋翼飞行器的结构；所述的3D全景视觉装置主要包括主动式全景视觉传感器、嵌入式设备和电源；所述的嵌入式设备包括图像获取模块和无线图像传输模块；主要功能是获取稳定、高清的场景航拍全景图像，并实时传输给所述的飞行控制机地面站控制系统部分；所述的主动式全景视觉传感器，其硬件包括：全方位视觉传感器、全景激光光源和LED带光源；所述的全方位视觉传感器与所述的全景激光光源中的部件采用塑料模具压制生产；所述的全方位视觉传感器包括凹圆弧镜面、凹圆弧镜面盖、透光玻璃、固定螺钉、外罩和摄像单元；所述的凹圆弧镜面的轴心线上开有一个螺纹孔；所述的透光玻璃的中心开有一个小孔；所述的外罩由两个半圆柱型相合而成，半圆柱型上的雌雄扣相配合；装配时首先将透光玻璃嵌入到一个半圆柱型的外罩中，然后对准两半圆柱型的雌雄扣，并在其各自外壁上施加外力使其合成为一个固定了透光玻璃的外罩；所述的外罩下部开有一个摄像镜头孔；接着用固定螺钉穿过所述的透光玻璃的小孔与凹圆弧镜面上的螺纹孔进行连接；所述的摄像单元的镜头固定在所述的外罩摄像镜头孔中；所述的凹圆弧镜面盖中心开有一个小孔；所述的全景激光光源，包括圆锥形镜面、透明外罩、圆圈形激光发射器和底座，圆圈形激光发射器固定在底座上，圆圈形激光发射器的发射光轴心线与底座轴心线一致，圆锥形镜面固定在透明外罩的一端，固定着圆圈形激光发射器的底座固定在透明外罩的另一端；圆圈形激光发射器发射出来的圆圈激光通过圆锥形镜面的反射产生垂直于轴心线的全景激光；所述的圆锥形镜面的背面开有一个螺纹孔；所述的全方位视觉传感器与所述的全景激光光源进行同轴固定连接，LED带光源环绕在所述的全方位视觉传感器的下固定座上；所述的3D全景视觉装置主要用于无人机周边环境及物体的3D测量和3D全景建模；所述的无人机3D全景视觉装置采用全景激光截面法获取整个全景激光投射面所照射周边环境及物体的切片图像及空间坐标值；在所述的全景激光截面法中采用对光照敏感程度较小的HSI颜色模型进行激光投射点的检测；主动全景投影激光提取算法如下：Step1:获取具有激光信息的全方位图像；Step2:遍历图像上每一个像素点的r,g,b颜色信息；Step3:将每一个点的r,g,b颜色信息转换成HSI颜色模型；Step4:根据每一个像素点的I分量，获取全方位图像的总亮度，进而求出全方位图像的平均亮度；Step5:以平均亮度的1.5倍作为激光提取的亮度阈值T，根据每个像素点的I值的范围I>T作为激光提取的亮度约束条件；Step6:根据每个像素点的H值的范围0<H<60&&350<H<360作为激光提取的色度约束条件；Step7:根据每个像素点的S值的范围0<S<40作为激光提取的饱和度约束条件；Step8:当激光点同时满足Step5、Step6和Step7三个约束条件时，提取出该激光点，当不满足任一约束条件时，则舍去；同时遍历下一个像素点；若一幅图像全部遍历完成，则转到Step1，获取下一幅航拍全景图像继续解析激光投射点；进一步，针对全景图像的成像特点，对得到的周边环境全景图采用环形遍历的方式，以全景图像的中心位置为圆心，以相等的间隔角度以方位角β从0°→360°进行遍历，根据公式(6)计算得到用圆柱形坐标系表示的周边环境实际空间点云几何数据；用公式(7)将用圆柱形坐标系表示的周边环境及物体内部实际空间点云几何数据转化为用笛卡尔坐标系表示的周边环境及物体内部实际空间点云几何数据P(x,y,z)；x=PR×sinβy=PR×cosβz=0---(7)]]>式中，PR为空间物点到坐标系原点的距离，β为方位角。