同轴心距等光流全向相机机理及其在无人机导航中的应用研究

作为环境感知的重要手段之一，距离探测传感器在机器人障碍物检测、目标跟踪、三维重建等方面具有举足轻重的作用。基于视觉传感器的被动式距离检测具有体积小、功耗低、隐蔽性强的优点。仿生学的研究表明蜜蜂等飞行昆虫依赖光流来控制飞行。然而依赖传统相机的光流控制技术存在着视野小，光流计算精度低，以及只能用于控制而无法提供高层环境信息的缺点。本项目首次提出了同轴心距等光流全向相机的设计与实现机理。它利用光流测距原理，实现了全向大范围的被动式测距。同时提出了该相机的标定和感知光流修正方法，提高了全向测距精度。该全向相机所产生的特定简单模式的光流极大简化了光流计算并提高了精度。将该相机应用于无人机的导航中，为地形跟踪和三维重建等任务提供了全新的解决方案。

折反射相机是一种低成本大视场相机，通过设计专门设计的镜面来组成特殊的折反射相机系统，可以得到不同的成像特性，使之适用于不同的应用场景。本项目首先提出了一种同轴心距等光流折反射相机系统的设计方案。在相机系统运动时，与相机光轴等距离的物点在成像平面上具有相等的光流。利用该特性可以简化光流计算，并很容易通过光流重构出场景的3D结构。该方案提供了一种从光流计算直接恢复三维信息的新方法，同时在无人机导航和避障等应用中具有很高的实用价值。对所实现的相机系统进行了仿真和实际实验测试，表明系统具有良好的性能。折反射系统的另一大难点是标定问题。本项目针对非单视点折反射相机的标定，提出了新的广义统一模型和标定方法，从理论和实践上较好地解决了折反射相机因为加工和安装失准误差造成的标定问题。与现有方法相比，基于广义统一模型的标定方法标定方便，精度高，鲁棒性好。