CN113776542A - 一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，属于地外星体的高精度导航领域；步骤一、无人机起飞，使用机载相机对火星车周围待探测区域地形进行成像，并将地形图像发送至火星车；步骤二、火星车将地形图像重构成全局三维地图，并在全局三维地图中选取目标点；步骤三、火星车向目标点移动；火星车通过双目相机实现局部避障；步骤四、火星车移动过程中，无人机实时监测火星车的位置，并将火星车的位置信息发送至火星车，火星车获得自身在全局三维地图的位置，实现避开大尺度障碍；步骤五、火星车结合双目相机和全局三维地图，实现提高全局导航精度；本发明实现对地外星体探测车的全局定位能力进行提升，有效提高科学探测的效率。
Description
技术领域
本发明属于地外星体的高精度导航领域，涉及一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法。
背景技术
光学相机在视觉导航方面的应用广泛，在深空探测任务可用于火星车/月球车导航、避障规避和路径规划等任务。随着深空探测任务的深入，在月球/火星表面进行基地建设和科学探测需求明确，探测车的局部定位和全局定位导航是必不可少的关键技术。目前已有探测车多注重局部定位和路径规划，在探测区域内进行行走探测，无全局探测和来往探测基地的导航方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，实现对地外星体探测车的全局定位能力进行提升，有效提高科学探测的效率。
本发明解决技术的方案是：
一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，包括如下步骤：
步骤一、无人机上装配机载相机；无人机起飞，使用机载相机对火星车周围待探测区域地形进行成像，获得地形图像，并将地形图像发送至火星车；火星车上设置有双目相机；
步骤二、火星车将地形图像重构成全局三维地图，并在全局三维地图中选取目标点；
步骤三、火星车向目标点移动；火星车通过双目相机实现局部避障；
步骤四、火星车移动过程中，无人机实时监测火星车的位置，并将火星车的位置信息发送至火星车，火星车获得自身在全局三维地图的位置，实现避开大尺度障碍；
步骤五、火星车结合双目相机和全局三维地图，最终到达目标点，实现提高全局导航精度。
在上述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，所述步骤一中，空中无人机与地面火星车之间通过地空通讯设备实现数据传输；地空通讯设备为无线传输。
在上述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，所述步骤二中，火星车采用基于光度学的地形重建方法重构出全局三维地图。
在上述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，所述步骤三中，火星车移动过程中，通过车载双目相机获得局部地图，通过局部地图进行局部障碍规避。
在上述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，所述步骤四中，火星车的顶部安装有合作靶球，无人机通过监测合作靶球实现定位火星车位置。
在上述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，所述步骤五中，当火星车通过双目相机进行局部避障时，出现多种行进线路时，采用全局三维地图决策前进路线。
在上述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，所述步骤五中，当火星车通过双目相机进行局部避障时，只有一种行进线路时，采用局部地图决策前进路线。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明采用全局地图和局部地图结合的方法，既可以提前规划全局路径，又可以规避前进中的障碍；
(2)本发明配置了合作靶球，高空飞行无人机上的机载相机可以对靶球实时成像和测量，实时定位火星车在全局地图上的位置，实现快速路径规划。
附图说明
图1为本发明视觉导航流程图；
图2为本发明视觉导航系统示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
针对地外星体探测车多注重局部定位和路径规划，在探测区域内进行行走探测，无全局探测和来往探测基地的导航的问题，本发明提出一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，可以对地外星体探测车的全局定位能力进行提升，有效提高科学探测的效率。
全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤一、无人机上装配机载相机；在执行科学探测任务前，高空飞行无人机上起飞，使用机载相机对火星车周围待探测区域地形进行成像，获得地形图像，并将地形图像发送至火星车；火星车上设置有双目相机；空中无人机与地面火星车之间通过地空通讯设备实现数据传输；地空通讯设备为无线传输。
步骤二、火星车将地形图像重构成全局三维地图，并在全局三维地图中选取目标点；火星车采用基于光度学的地形重建方法(SPC)重构出全局三维地图。
步骤三、火星车向目标点移动；火星车通过双目相机实现局部避障；具体为：火星车移动过程中，通过车载双目相机获得局部地图，通过局部地图进行局部障碍规避。
步骤四、火星车移动过程中，无人机实时监测火星车的位置，并将火星车的位置信息发送至火星车，火星车获得自身在全局三维地图的位置，实现避开大尺度障碍；火星车的顶部安装有合作靶球，无人机通过监测合作靶球实现定位火星车位置，如图2所示。
步骤五、火星车结合双目相机和全局三维地图，最终到达目标点，实现提高全局导航精度。当火星车通过双目相机进行局部避障时，出现多种行进线路时，采用全局三维地图决策前进路线。当火星车通过双目相机进行局部避障时，只有一种行进线路时，采用局部地图决策前进路线。
在火星光学敏感器研制过程中，研制人员对使用多个相机联合的方法对导航信息进行进一步补充，使用高空相机和车载相机联合工作的方式，利用全局地图和局部地图结合的方式进行全局定位和局部路径规划，可以对前进目标区域的地形进行全面分析，提高科学探测的效率。
现有方法大部分为采用火星车/月球车等上配置的导航避障相机进行前方路径上的障碍识别和路径规划，当视场外出现大型障碍物时，难以提前预知，本方法中采用全局地图和局部地图结合的方法，既可以提前规划全局路径，又可以规避前进中的障碍。此外本发明中，火星车上配置了合作靶球，高空飞行无人机上的机载相机可以对靶球实时成像和测量，实时定位火星车在全局地图上的位置，实现快速路径规划。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、无人机上装配机载相机；无人机起飞，使用机载相机对火星车周围待探测区域地形进行成像，获得地形图像，并将地形图像发送至火星车；火星车上设置有双目相机；
步骤二、火星车将地形图像重构成全局三维地图，并在全局三维地图中选取目标点；
步骤三、火星车向目标点移动；火星车通过双目相机实现局部避障；
步骤四、火星车移动过程中，无人机实时监测火星车的位置，并将火星车的位置信息发送至火星车，火星车获得自身在全局三维地图的位置，实现避开大尺度障碍；
步骤五、火星车结合双目相机和全局三维地图，最终到达目标点，实现提高全局导航精度。
2.根据权利要求1所述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，其特征在于：所述步骤一中，空中无人机与地面火星车之间通过地空通讯设备实现数据传输；地空通讯设备为无线传输。
3.根据权利要求2所述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，其特征在于：所述步骤二中，火星车采用基于光度学的地形重建方法重构出全局三维地图。
4.根据权利要求1所述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，其特征在于：所述步骤三中，火星车移动过程中，通过车载双目相机获得局部地图，通过局部地图进行局部障碍规避。
5.根据权利要求4所述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，其特征在于：所述步骤四中，火星车的顶部安装有合作靶球，无人机通过监测合作靶球实现定位火星车位置。
6.根据权利要求4所述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，其特征在于：所述步骤五中，当火星车通过双目相机进行局部避障时，出现多种行进线路时，采用全局三维地图决策前进路线。
7.根据权利要求6所述的一种全局地图和局部地图结合的火星车视觉导航方法，其特征在于：所述步骤五中，当火星车通过双目相机进行局部避障时，只有一种行进线路时，采用局部地图决策前进路线。
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