[发明专利]一种基于可见光视觉通信的无人机协同SLAM的方法

说明书

本发明提供了一种基于可见光视觉通信的无人机协同SLAM的方法，通过辅助无人机上的CMOS摄像头收集主无人机上高频闪烁的LED信号光源，并将光信号转换为数字信号，消除高频闪烁摄像过程中像素电子饱和溢出可能造成的暗条纹和亮条纹区分不清楚的缺陷，确保实现主无人机与辅助无人机之间的信息协同，实现了照明和通信同时进行，提高了主无人机与辅助无人机之间的通信速率和反应速率快，从而增强了主无人机与辅助无人机之间的协同效果；而且可见光的视距通信模式可以保证了信息的保密性，不会被监测得到，亦不会产生电磁干扰，适合用于保密或者电磁敏感场合的应用。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于可见光视觉通信的无人机协同SLAM的方法。

背景技术

无人机现已广泛应用于军事及民用等众多领域。在军事上,无人机可完成空中预警、侦察监视、通讯中继及小范围内攻击等任务。在民用方面,无人机可以完成环境监测、遥感探测、灾区搜救、农药喷洒等任务。而无人机位置的确认是安全飞行的基础，目前主要的无人机的定位方式是GPS定位，而GPS无线通信的系统会受到电磁干扰影响。在建筑物内部、人口密集的城市、桥下、地下等环境，由于多径衰落的影响和其他无线设备的干扰使得GPS在建筑物内的信号覆盖较差，无人机之间无法使用无线通信交换协同信息，因此研究基于可见光通信的无人机定位与地图构建(simultaneous localization and mapping，SLAM)方法十分必要。

目前SLAM技术已广泛应用于地面移动机器人领域，水下机器人与无人机领域也有了一定的研究成果。基于局部子地图等思想，在地面移动机器人的二维空间已经进行了多机器人协同SLAM的研究，而在无人机活动的三维空间内，协同SLAM技术的研究工作还有待进一步展开，将是未来国内外一个重要研究方向。

基于可见光视觉通信的无人机协同SLAM可在特殊的环境下施工作业：在军事方面，可见光视觉通信结合无人机侦查技术可以保证信息的保密性，不会被监测得到；在电磁敏感的场合中，利用可见光视觉通信不会产生电磁干扰，从而确保信息的成功传输。但是在利用光作为视觉通信的过程中，最大的问题是：在利用摄像头进行摄像或者拍照时，存在LED中心点亮度过高的问题，会导致所在位置像素电子饱和溢出，导致一些暗条纹也变成了亮条纹，造成明暗对比度明显下降，在实际的光协同通信的过程中，如果不对图像条纹进行处理，容易导致光协同信号的传输出错，最终导致通信失败。

公开号为：CN105022401A的中国专利申请公开了一种基于视觉的多四旋翼无人机协同SLAM的方法，该方案中将N架四旋翼无人机中的一架作为主无人机，其余N-1架作为辅助无人机，辅助无人机保持悬停状态，与路标一起估计和更新，并通过观察与主无人机的相对位置计算主无人机在地面坐标系下的绝对位置，有助于主无人机实时调整位姿估计，提高无人机位姿估计及路标位置估计的准确性；另外，在主无人机产生意外无法完成SLAM的情况下，辅助无人机能迅速替补，继续执行任务，具有良好的机动性。该方案中，虽然公开了辅助无人机和主无人机之间的通信方式是依靠机载摄像机采集图像信息进行，但是并未有公开主无人机和辅助无人机之间是通过何种方式进行信息协同的，也并未公开辅助无人机和主无人机之间的信息协同的具体方式。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于可见光视觉通信的无人机协同SLAM的方法，采用可见光实现了在提供视觉SLAM照明的同时进行通信，并将光信号转换为数字信号，消除高频闪烁摄像过程中像素电子饱和溢出可能造成的暗条纹和亮条纹区分不清楚的缺陷，提高的了无人机之间通信的准确性。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种基于可见光视觉通信的无人机协同SLAM的方法，具体包括以下步骤：

步骤1、主无人机携带的LED信号源通过高频的闪烁传输协同信息；

步骤2、辅助无人机经过CMOS摄像头捕捉LED发出的光信号，并在图像传感器上得到带有条纹的LED图像；