RU2751581C2 - Системы измерения расстояния до препятствия при помощи оптического потока - Google Patents

Системы измерения расстояния до препятствия при помощи оптического потока Download PDF

Info

Publication number
RU2751581C2
RU2751581C2 RU2019113176A RU2019113176A RU2751581C2 RU 2751581 C2 RU2751581 C2 RU 2751581C2 RU 2019113176 A RU2019113176 A RU 2019113176A RU 2019113176 A RU2019113176 A RU 2019113176A RU 2751581 C2 RU2751581 C2 RU 2751581C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical flow
optical
rotation
distance
obstacle
Prior art date
Application number
RU2019113176A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019113176A3 (ru
RU2019113176A (ru
Inventor
Стефан Мари Венсан ВИОЛЛЕТ
Фабьен Тьерри Ален КОЛОНЬЕ
Эрик ВАНХУТТ
Original Assignee
Юниверситэ Д'Э-Марсей
Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьентифик
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юниверситэ Д'Э-Марсей, Сантр Насьональ Де Ля Решерш Сьентифик filed Critical Юниверситэ Д'Э-Марсей
Publication of RU2019113176A publication Critical patent/RU2019113176A/ru
Publication of RU2019113176A3 publication Critical patent/RU2019113176A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2751581C2 publication Critical patent/RU2751581C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G01P13/045—Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/006—Safety devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04—Helicopters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/3209—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using Karman vortices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/08—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw
    • G05D1/0808—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft
    • G05D1/0858—Control of attitude, i.e. control of roll, pitch, or yaw specially adapted for aircraft specially adapted for vertical take-off of aircraft

Abstract

Изобретение относится к системам обнаружения препятствий с использованием оптического потока, в частности, для летательных аппаратов. Заявленное устройство измерения расстояния от препятствия до объекта содержит: вращающийся элемент, установленный на объекте и выполненный с возможностью непрерывно вращаться с определяемой скоростью вращения; и датчик оптического потока, выполненный с возможностью измерять оптический поток в точке, смещенной от оси вращения вращающегося элемента, в результате чего смещение точки измерения обуславливает составляющую скорости поступательного движения в измеряемом оптическом потоке, применяемую для определения указанного расстояния, даже если объект является неподвижным. Технический результат – повышение точности обнаружения препятствий вблизи лопастей при помощи технологий, основанных на оптических потоках. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к системам обнаружения препятствий с использованием оптического потока, в частности, для летательных аппаратов.
Уровень техники
Использование оптических потоков часто предусматривают в системах предупреждения столкновения для беспилотных летательных аппаратов. Например, в статьях Laurent Muratet et al., “A Contribution to Vision-Based Autonomous Helicopter Flight in Urban Environments” (Robotics and Autonomous Systems, том 50, выпуск 4, стр. 195-209, 31 марта 2005 г.) и Simon Zingg et al., “MAV Navigation through Indoor Corridors Using Optical Flow” (ICRA 2010) предложено направлять беспилотный летательный аппарат между зданиями, уравнивая оптические потоки боковых полос изображения, снимаемого камерой, ориентированной в направлении перемещения. Таким образом, оптические потоки используют качественно и дифференциально без вычисления абсолютных скорости и расстояния.
На фиг. 1А показано изображение, снятое фронтальной камерой во время перемещения беспилотного летательного аппарата между зданиями в соответствии с конфигурацией, предложенной в этих статьях. Ближнее здание, видимое на правой полосе изображения, обуславливает оптический поток (показанный стрелкой, направленной вправо), более интенсивный, чем дальнее здание, видимое на левой полосе изображения. Точечное наблюдение оптических потоков этого изображения указывает, что для уменьшения оптического потока справа необходимо повернуть налево.
На фиг. 1В показан оптический поток, получаемый, когда камера находится напротив плоского фронтального препятствия (фасада), которое занимает все поле зрения. Оптический поток увеличивается в радиальном направлении от оси вращения, при этом в зоне оси вращения поток является нулевым. Такое поле потока можно использовать, только если изображение препятствия выходит за пределы зоны оси вращения в достаточной степени, чтобы оптический поток можно было измерить. Если препятствие является небольшим и находится на оси перемещения, оно может остаться необнаруженным.
Чтобы определить расстояние на основании оптического потока, как известно, используют составляющие поступательного движения, тогда как первичные значения оптического потока, выдаваемые датчиками, включают в себя составляющие вращения, которые следует компенсировать. Компенсируемые составляющие вращения можно измерить при помощи установленной в летательном аппарате гироскопической системы.
Таким образом, как правило, оптические потоки не используют для количественного измерения расстояний. Вместе с тем, в некоторых транспортных средствах используют оптические потоки для количественного определения скорости, например, скорости летательного аппарата на земле. Для вычисления скорости системе необходимо знать расстояние до наблюдаемого объекта (например, высоту полета), то есть значение, которое известно или которое выдает в систему другой датчик (например, альтиметр).
Раскрытие изобретения
Для измерения расстояния до препятствия в рамках изобретения можно предусмотреть измерение оптического потока в радиальном направлении при вращении по окружности в плоскости, секущей препятствие, и определить расстояние до препятствия в зависимости от амплитуды оптического потока, от радиуса окружности и от скорости вращения.
Для этого можно предусмотреть устройство измерения расстояния до препятствия, содержащее вращающийся элемент, выполненный с возможностью вращаться с определяемой скоростью вращения, и датчик оптического потока, выполненный с возможностью измерять оптический поток в точке, смещенной от оси вращения вращающегося элемента.
Датчик оптического потока может быть выполнен с возможностью измерять оптический поток в радиальном или в осевом направлении.
Устройство может содержать рабочую схему датчика оптического потока, выполненную с возможностью определять расстояние до препятствия на основании максимума оптического потока, измеренного во время оборота вращающегося элемента, смещения точки измерения и скорости вращения.
Рабочая схема может быть выполнена с возможностью определять ориентацию препятствия на основании углового положения вращающегося элемента, при котором измерен максимум оптического потока.
Датчик оптического потока может быть локальным датчиком движения. В этом случае датчик оптического потока может включать в себя оптическую систему, установленную со смещением от оси вращения на вращающемся элементе, вынесенный фоточувствительный датчик вблизи оси вращения вращения вращающегося элемента и оптические волокна, соединяющие оптическую систему с фоточувствительным датчиком.
Значения скорости вращения и смещения относительно оси вращения можно выбирать таким образом, чтобы можно было пренебречь другими составляющими скорости, проявляющимися в ходе использования устройства.
Устройством измерения вышеупомянутого типа можно оснастить лопасть несущего винта вертолета, при этом датчик оптического потока выполнен с возможностью измерения оптического потока на дистальном конце лопасти.
Краткое описание чертежей
Варианты выполнения раскрыты в нижеследующем описании, представленном в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
Фиг. 1А и 1В (уже описаны) - изображения, используемые для применения оптического потока.
Фиг. 2 - вид сверху вертолета, содержащего датчики на конце лопастей, согласно варианту выполнения системы измерения расстояния, основанной на оптических потоках.
Фиг. 3 - график, показывающий изменение оптического потока, выдаваемого системой, показанной на фиг. 2, в присутствии плоского вертикального препятствия, в зависимости от углового положения лопастей.
Фиг. 4 - пример локального датчика движения, используемого в системе, показанной на фиг. 2.
Фиг. 5 - вариант выполнения локального датчика движения, используемого в системе, показанной на фиг. 2.
Описание вариантов выполнения
Оптический поток неотделим от присутствия движения в наблюдаемом датчиком изображении. Измерения тем лучше, чем выше скорость и чем дальше интересующая зона удалена от оси перемещения. До настоящего времени измерение оптического потока на летательном аппарате было основано только на движении летательного аппарата. Однако некоторые летательные аппараты, такие как вертолеты, могут лететь на очень низкой скорости или находиться в висячем режиме, что затрудняет обнаружение препятствий вблизи лопастей, таких как поверхность скалы, при помощи известных технологий, основанных на оптических потоках.
В данном случае предложено сообщать датчику оптического потока непрерывное движение относительно транспортного средства в соответствии с конфигурацией, обеспечивающей пригодный для использования оптический поток, даже если транспортное средство неподвижно. В частности, предложено измерять оптический поток во время вращения по окружности, например, на конце лопастей несущего винта вертолета.
В принципе, вращения невозможно использовать в оптическом потоке, так как они обуславливают составляющие, не зависящие от расстояния наблюдения. В реальности это соответствует истине только при так называемых «чистых» вращениях, то есть когда датчик потока находится на оси вращения. Смещение датчика потока относительно оси вращения приводит к появлению тангенциальной скорости, которая задает составляющую поступательного движения, которую можно использовать в оптическом потоке.
На фиг. 2 представлен пример применения этой системы на вертолете. Показанный сверху вертолет 8 содержит, например, несущий винт с тремя лопастями 10. На дистальном конце каждой лопасти установлен датчик 12 оптического потока, ориентированный радиально наружу. Таким образом, ось наблюдения каждого датчика, показанная пунктирной линией, является радиальной.
Несущий винт вращается с угловой скоростью Ω, обуславливающей тангенциальную скорость Vt датчиков, равную ΩR, где R является расстоянием датчиков относительно оси вращения. Каждый датчик производит общий поток, выражаемый в радианах в секунду:
ωtot = ωrot + ωtrans
где ωrot является составляющей вращения, равной угловой скорости Ω несущего винта, и ωtrans является составляющей поступательного движения, которая зависит от тангенциальной скорости Vt = ΩR. При любом угловом положении θ лопасти 10 составляющая поступательного движения выражается как:
ωtrans = Vt/D = ΩR/D
где D является расстоянием между концом лопасти и объектом, ближайшим в продолжении лопасти (вдоль оптической оси соответствующего датчика 12 потока).
Таким образом,
ωrot = Ω(1 + R/D)
что позволяет выразить расстояние в зависимости от общего измеренного потока:
D = RΩ/( ωrot - Ω)
В случае вертолета угловая скорость Ω по существу является постоянной и известной и составляет порядка 40 радиан в секунду для трехлопастного несущего винта диаметром 10 м. Тяговую мощность регулируют путем изменения шага лопастей. Поскольку длина лопастей составляет около 5 м, тангенциальная скорость Vt является значительной, порядка 200 м/с. Эта скорость является такой высокой, что большинство других движений, появляющихся, в частности, во время полета вертолета среди препятствий, оказывают ничтожное влияние на оптический поток, поэтому нет необходимости в их компенсации.
Крейсерская скорость вертолета, которая может достигать 100 м/с, могла бы оказывать влияние на измеряемый оптический поток. Однако такую крейсерскую скорость применяют только на открытой местности, когда в принципе нет нужды в отслеживании препятствий.
Применение принципа измерения для вертолета с несущими винтами противоположного вращения позволяет преодолеть возможную проблему, связанную со скоростью полета. Действительно, лопасти двух несущих винтов вращаются относительно земли в противоположных направлениях, поэтому скорость полета добавляется на одних лопастях, и вычитается на других при данном угловом положении θ. Таким образом, скорость полета исчезает при вычислении средней величины потока, производимого лопастью первого несущего винта, и потока, производимого лопастью второго несущего винта, в одном и том же угловом положении θ.
В любом случае скорость полета вертолета обычно измеряют. Это измерение скорости полета можно, в случае необходимости, использовать, чтобы компенсировать измерения оптического потока, зная угловые положения измерений оптического потока.
Теоретически шаг лопастей оказывает влияние на измерение потока, поскольку изменение шага приводит к изменению наклона датчика потока относительно его оси перемещения. Однако, поскольку шаг изменяют в интервале амплитуды около 5°, влияние составляет всего 0,4% (1 - cos 5°), поэтому компенсация тоже является излишней.
Пока лопасти 10 вращаются, датчики 12 потока отслеживают препятствия, находящиеся вокруг вертолета в продолжении плоскости лопастей. Фронтальные препятствия, расположенные на оси перемещения вертолета, пусть даже и небольшие, отслеживаются с такой же точностью, что и другие препятствия. Присутствие ближнего препятствия характеризуется локальным максимумом оптического потока, измеряемым данным датчиком 12, и ориентацию препятствия относительно продольной оси вертолета определяют по угловому положению лопасти в плоскости, содержащей лопасти, при котором измеряют локальный максимум. Угловое положение лопасти, если его не выдает установленный на вертолете датчик, можно вывести на основании угловой скорости несущего винта и метки на вертолете, которая находится в поле, сканируемом датчиками потока, например, на хвостовом элероне или на рулевом винте.
На фиг. 2 показано также конкретное препятствие, а именно вертикальная стена 14, представляющая собой скалу или фасад здания. В некоторых ситуациях использования вертолета желательно приблизиться к стене как можно ближе. Однако достаточно трудно оценить расстояние до стены от концов лопастей и, в частности, удерживать достаточное расстояние, управляя вертолетом. Кроме того, на длинной стене трудно распознать наиболее близкую точку.
В этой ситуации оказывается полезным тот факт, что датчики 12 потока описывают круговую траекторию. Действительно, вместо того, чтобы быть практически постоянным, как в случае прямолинейной траектории, поток поступательного движения выражается следующим образом:
Figure 00000001
где θ является углом рассматриваемой лопасти 10 к продольной оси вертолета, θ0 является углом лопасти относительно продольной оси вертолета, когда ее конец находится ближе всего к стене (например, правой лопасти на фиг. 2), и Dmin является измеренным расстоянием при θ = θ0 (кратчайшее расстояние).
На фиг. 3 представлен график, показывающий изменение оптического потока ωtrans поступательного движения в зависимости от углового положения лопасти при R = 5м, Dmin=10 м и Vt = 200 м/с. Поток поступательного движения имеет четко выраженный локальный максимум при θ = θ0. Таким образом, оценку расстояния до стены и определение ориентации последней производят согласно той же методологии, что и при обнаружении отдельного препятствия, то есть при поиске локального максимума среди выборок измерения и при определении угла лопасти, при котором был определен этот локальный максимум.
Поскольку измерения оптического потока основаны на контрастах наблюдаемых объектов, предложены специальные датчики оптического потока, намного более простые, чем датчики, используемые для алгоритма обработки изображения. Такие датчики называются LMS (“Local Motion Sensor”) или локальные датчики движения и были разработаны на основании изучения органов зрения насекомых. Кроме того, такие датчики хорошо адаптированы для применения на высоких скоростях, например, порядка 200 м/с, на концах лопастей вертолета. Действительно, их простота требует меньших вычислительных ресурсов, что позволяет производить измерения с частотностью, совместимой с высокой скоростью перемещения. Кроме того, они являются легкими и, следовательно, подвергаются меньшим напряжениям, когда на них действуют центробежные силы, возникающие на конце лопасти вертолета. Датчики LMS описаны, например, в статье Fabien Expert et al., “Outdoor field performances of insect-based visual motion sensors” (Journal of Field Robotics 2011).
На фиг. 4 схематично представлен пример элементарного датчика LMS, направленного в сторону стены 14, показанной в данном случае в виде последовательности контрастных зон. Датчик содержит пару фотодиодов 40, выровненных в линию в направлении измеряемого перемещения, в данном случае в направлении тангенциальной скорости Vt. Линза 42 расположена таким образом, чтобы оба фотодиода наблюдали сцену вдоль двух осей, отстоящих друг от друга на небольшой угол Δϕ порядка 1°.
Оптический поток определяют как соотношение между угловым промежутком Δϕ и временем, истекшим между обнаружениями одного и того же контрастного рисунка двумя фотодиодами.
Сигналы, выдаваемые двумя фотодиодами, обычно являются идентичными, но смещены во времени. Их подвергают фильтрации при помощи полосно-пропускающего фильтра, затем производят их корреляцию в блоке 44, который позволяет измерить временной промежуток между двумя сигналами. Оптический поток является обратной величиной этого временного промежутка, умноженного на угловое расстояние. В конечном итоге в блоке 46 получают расстояние D на основании радиуса R и угловой скорости Ω, которые являются известными параметрами.
Для улучшения измерений датчик LMS можно конфигурировать таким образом, чтобы каждый фотодиод имел по существу гауссову угловую чувствительность, характеризующуюся углом на половине высоте, называемым Δρ. Эту гауссову угловую чувствительность можно получить, например, посредством незначительной расфокусировки линзы 42. Это позволяет, в частности, произвести пространственную полосно-пропускающую фильтрацию, ограничивающую ложные измерения оптического потока. Эта конфигурация описана, например, в [F. L. Roubleau, F. Expert, M. Boyron, B. Fuchslock, S. Viollet, F. Fuller (2011) “A novel 1-gram insect based devise measuring visual motion along 5 optical directions”, IEEE Sensors 2011 conference, Limerick, Ireland, pp. 687-690]. Эта технология делает датчик LMS «близоруким».
Иначе говоря, датчик не работает сверх определенного расстояния. Датчик LMS, применяемый в лопастях вертолета, может быть разработан таким образом, чтобы его радиус действия составлял 20-30 м, что является достаточным во многих ситуациях, в частности, в ситуациях висячего режима вблизи вертикальных стен.
В более усовершенствованных вариантах датчик LMS содержит несколько пар выровненных в линию фотодиодов, часто три пары.
Все элементы, показанные на фиг. 4, можно установить на конце каждой лопасти вертолета. В некоторых вариантах применения этот комплекс все же может быть слишком тяжелым или громоздким, учитывая размеры лопасти, в частности, если речь идет о лопасти несущего винта беспилотного летательного аппарата.
На фиг. 5 представлена версия датчика, показанного на фиг. 4, которую можно установить в лопастях небольшого размера. Показанный на фиг. 4 датчик разделен на две части. На дистальном конце лопасти 10 установлена только оптическая система 42 датчика, например, в нише, выполненной для этого в лопасти. Фотодиоды 40, которые могут быть установлены вместе с их рабочими схемами на более габаритном модуле, вынесены на проксимальный конец лопасти вблизи оси вращения несущего винта. Пучок оптических волокон 50 соединяет оптическую систему 42 с фотодиодами 40. Этот пучок 50 может быть погружен в массу лопасти во время формования лопасти или может быть пропущен в предварительно выполненный в лопасти канал. Пучок 50 может содержать множество отдельных оптических волокон, которые обеспечивают независимую передачу потоков, предназначенных для двух фотодиодов.
Система измерения, выполненная таким образом в лопастях вертолета, позволяет обнаруживать препятствия в плоскости, содержащей лопасти, и за пределами этой плоскости в зависимости от угла обзора используемых датчиков. Если требуется обнаруживать препятствия также в вертикальной плоскости, можно применить систему измерения на рулевом винте вертолета, если только он не является фенестроном.
При автоматическом отслеживании местности и в случае посадки на палубу, где желательно производить измерение расстояния между летательным аппаратом и подвижной посадочной площадкой, можно ориентировать датчики оптического потока перпендикулярно к плоскости, содержащей лопасти, то есть в осевом направлении. В этом случае составляющая вращения ωrot, связанная с вращением несущего винта, исчезает из первичных измерений, выдаваемых датчиками оптического потока, но при этом может появиться необходимость учитывать изменения шага лопастей.
Специалист в данной области может предусмотреть многочисленные версии и изменения в описанных выше вариантах выполнения. Хотя система измерения расстояния была описана в основном в отношении вертолета, ее можно использовать на любом транспортном средстве, оборудованном или не оборудованном лопастями. Если транспортное средство изначально не имеет лопастей, на транспортном средстве можно установить вращающийся элемент, такой как диск или кольцо, в плоскости, которую необходимо контролировать.
Устройство измерения расстояния было описано для транспортного средства, и его эффективность была продемонстрирована, в частности, когда транспортное средство является неподвижным. Устройство измерения можно также встроить в любой неподвижный объект, оснащенный вращающимся элементом, такой как ветроустановка, для обнаружения приближения летающих элементов и принятия мер безопасности (таких как торможение лопастей), если эти летающие элементы приближаются слишком близко к лопастям.

Claims (17)

1. Устройство измерения расстояния от препятствия до объекта (8), содержащее:
- вращающийся элемент (10), установленный на объекте и выполненный с возможностью непрерывно вращаться с определяемой скоростью вращения; и
- датчик (12) оптического потока, выполненный с возможностью измерять оптический поток в точке, смещенной от оси вращения вращающегося элемента, в результате чего смещение точки измерения обуславливает составляющую скорости поступательного движения в измеряемом оптическом потоке, применяемую для определения указанного расстояния, даже если объект является неподвижным.
2. Устройство по п. 1, в котором датчик оптического потока выполнен с возможностью измерять оптический поток в радиальном направлении.
3. Устройство по п. 1, в котором датчик оптического потока выполнен с возможностью измерять оптический поток в осевом направлении.
4. Устройство по п. 2, содержащее рабочую схему (44, 46) датчика оптического потока, выполненную с возможностью определять расстояние (D) до препятствия на основании максимума (ωtot) оптического потока, измеренного во время оборота вращающегося элемента, смещения точки измерения (R) и скорости вращения (Ω).
5. Устройство по п. 4, в котором рабочая схема выполнена с возможностью определять ориентацию препятствия на основании углового положения вращающегося элемента, при котором измерен максимум оптического потока.
6. Устройство по п. 1, в котором датчик оптического потока является локальным датчиком движения.
7. Устройство по п. 6, в котором датчик оптического потока содержит:
- оптическую систему (42), установленную со смещением от оси вращения на вращающемся элементе,
- смещенный фоточувствительный датчик (40) вблизи оси вращения вращающегося элемента и
- оптические волокна (50), соединяющие оптическую систему с фоточувствительным датчиком.
8. Устройство по п. 1, в котором значения скорости вращения и смещения относительно оси вращения выбраны такими, что позволяют пренебречь другими составляющими скорости, проявляющимися в ходе использования устройства.
9. Лопасть несущего винта вертолета, образующая вращающийся элемент устройства измерения по п. 8, при этом датчик (12) оптического потока выполнен с возможностью измерения оптического потока на дистальном конце лопасти.
10. Способ измерения расстояния до препятствия, содержащий этапы, на которых:
измеряют оптический поток в радиальном направлении при вращении по окружности в плоскости, секущей препятствие, при этом радиус окружности обуславливает составляющую скорости поступательного движения в измеряемом оптическом потоке; и
определяют расстояние до препятствия в зависимости от амплитуды оптического потока, от радиуса окружности и от скорости вращения.
RU2019113176A 2016-10-06 2017-10-05 Системы измерения расстояния до препятствия при помощи оптического потока RU2751581C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1659663A FR3057347B1 (fr) 2016-10-06 2016-10-06 Systeme de mesure de la distance d'un obstacle par flux optique
FR1659663 2016-10-06
PCT/FR2017/052739 WO2018065737A1 (fr) 2016-10-06 2017-10-05 Système de mesure de la distance d'un obstacle par flux optique

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019113176A RU2019113176A (ru) 2020-11-06
RU2019113176A3 RU2019113176A3 (ru) 2021-01-28
RU2751581C2 true RU2751581C2 (ru) 2021-07-15

Family

ID=59070697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019113176A RU2751581C2 (ru) 2016-10-06 2017-10-05 Системы измерения расстояния до препятствия при помощи оптического потока

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11041876B2 (ru)
EP (1) EP3523602B1 (ru)
CN (1) CN109791041B (ru)
FR (1) FR3057347B1 (ru)
RU (1) RU2751581C2 (ru)
WO (1) WO2018065737A1 (ru)
ZA (1) ZA201902532B (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110007105B (zh) * 2019-04-24 2021-06-22 上海淄德船舶技术有限公司 一种船载遥感图像接收终端
CN110174898A (zh) * 2019-06-18 2019-08-27 华北电力大学（保定） 一种基于图像反馈的多旋翼无人机控制方法
CN111486819B (zh) * 2020-04-10 2022-03-15 桂林电子科技大学 一种采用光流测量三维角运动的方法
CN113093177A (zh) * 2021-03-11 2021-07-09 南京康尼电气技术有限公司 一种机器人识别障碍物的方法
CN113359827B (zh) * 2021-06-02 2022-07-12 西安爱生无人机技术有限公司 一种基于光电导航的无人机集群自主协同系统及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103196443A (zh) * 2013-04-09 2013-07-10 王宁羽 基于光流和附加信息的飞行体姿态测量方法与系统
RU2497175C1 (ru) * 2012-05-11 2013-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") Система визуализации полета и когнитивный пилотажный индикатор одновинтового вертолета
DE4420153B3 (de) * 1994-06-09 2013-10-31 Dassault Electronique Radar für Hubschrauber
RU2012150506A (ru) * 2010-04-27 2014-06-10 Сааб Аб Вертолетная система обнаружения и информирования о препятствиях
FR3012231A1 (fr) * 2013-10-18 2015-04-24 Univ Aix Marseille Dispositif et procede de reperage de terrain en vol pour microdrone

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5483457A (en) * 1991-10-25 1996-01-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vehicle navigation system using GPS including correction of coefficients for velocity sensor
JPH06281456A (ja) * 1993-03-29 1994-10-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 障害物探知装置
CA2459091C (en) * 2004-02-26 2012-08-14 Photon Control Inc. Fiber optic flow sensing device and method
KR101073626B1 (ko) * 2008-08-28 2011-10-14 세종대학교산학협력단 이동 거리 및 속력 측정 장치
EP2327876A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-01 Lm Glasfiber A/S Wind turbine blade provided with optical wind velocity measurement system
JP2011134207A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Konica Minolta Holdings Inc 運転記録装置および地図作成システム
WO2011123758A1 (en) * 2010-04-03 2011-10-06 Centeye, Inc. Vision based hover in place
WO2013033954A1 (zh) * 2011-09-09 2013-03-14 深圳市大疆创新科技有限公司 陀螺式动态自平衡云台
US9529426B2 (en) * 2012-02-08 2016-12-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Head pose tracking using a depth camera
FR3000813B1 (fr) * 2013-01-04 2016-04-15 Parrot Drone a voilure tournante comprenant des moyens de determination autonome de position dans un repere absolu lie au sol.
CN103365297B (zh) * 2013-06-29 2016-03-09 天津大学 基于光流的四旋翼无人机飞行控制方法
CN103884293B (zh) * 2014-04-17 2016-09-07 吉林大学 基于光流的轮胎变形在线测试装置及测试方法
CN203848821U (zh) * 2014-04-28 2014-09-24 深圳市大疆创新科技有限公司 测量装置及无人飞行器
CN104881645B (zh) * 2015-05-26 2018-09-14 南京通用电器有限公司 基于特征点互信息量和光流法的车辆前方目标的检测方法
CN105578034A (zh) * 2015-12-10 2016-05-11 深圳市道通智能航空技术有限公司 一种对目标进行跟踪拍摄的控制方法、控制装置及系统
CN105667773A (zh) * 2016-01-06 2016-06-15 无锡觅睿恪科技有限公司 多旋翼室内无人机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4420153B3 (de) * 1994-06-09 2013-10-31 Dassault Electronique Radar für Hubschrauber
RU2012150506A (ru) * 2010-04-27 2014-06-10 Сааб Аб Вертолетная система обнаружения и информирования о препятствиях
RU2497175C1 (ru) * 2012-05-11 2013-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") Система визуализации полета и когнитивный пилотажный индикатор одновинтового вертолета
CN103196443A (zh) * 2013-04-09 2013-07-10 王宁羽 基于光流和附加信息的飞行体姿态测量方法与系统
FR3012231A1 (fr) * 2013-10-18 2015-04-24 Univ Aix Marseille Dispositif et procede de reperage de terrain en vol pour microdrone

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018065737A1 (fr) 2018-04-12
RU2019113176A3 (ru) 2021-01-28
EP3523602A1 (fr) 2019-08-14
RU2019113176A (ru) 2020-11-06
US20190361044A1 (en) 2019-11-28
EP3523602B1 (fr) 2021-12-15
ZA201902532B (en) 2020-12-23
CN109791041A (zh) 2019-05-21
FR3057347A1 (fr) 2018-04-13
US11041876B2 (en) 2021-06-22
FR3057347B1 (fr) 2021-05-28
CN109791041B (zh) 2022-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2751581C2 (ru) Системы измерения расстояния до препятствия при помощи оптического потока
Al-Kaff et al. Survey of computer vision algorithms and applications for unmanned aerial vehicles
CN107941204B (zh) 飞行传感器
JP7260269B2 (ja) 航空非破壊検査用の測位システム
Mustafah et al. Indoor UAV positioning using stereo vision sensor
Kong et al. Autonomous landing of an UAV with a ground-based actuated infrared stereo vision system
US10337864B2 (en) Method for calculating the distance to a ground target from an aerial vehicle
US10474152B2 (en) Path-based flight maneuvering system
EP3078988B1 (en) Flight control system with dual redundant lidar
WO2018086133A1 (en) Methods and systems for selective sensor fusion
Strydom et al. Visual odometry: autonomous uav navigation using optic flow and stereo
Thurrowgood et al. A biologically inspired, vision‐based guidance system for automatic landing of a fixed‐wing aircraft
JP6527726B2 (ja) 自律移動ロボット
Strydom et al. Uav guidance: a stereo-based technique for interception of stationary or moving targets
JP6530212B2 (ja) 自律移動ロボット
JP2016181177A (ja) 自律移動ロボット
Moore et al. Vision-only estimation of wind field strength and direction from an aerial platform
Sa et al. Close-quarters Quadrotor flying for a pole inspection with position based visual servoing and high-speed vision
Tehrani et al. Horizon-based attitude estimation from a panoramic vision sensor
Mac et al. Detection and Estimation of Moving obstacles for a UAV
Takahashi et al. Full-Scale Flight-Test Results for a Rotorcraft Safe Landing Area Determination Algorithm for Autonomous and Piloted Landing Approaches
Gao et al. Onboard optical flow and vision based localization for a quadrotor in unstructured indoor environments
Chahl et al. Vertically displaced optical flow sensors to control the landing of a UAV
Wang et al. USTC FLICAR: A Multisensor Fusion Dataset of LiDAR-Inertial-Camera for Heavy-duty Autonomous Aerial Work Robots
WO2021090312A2 (en) Line of sight maintenance during object tracking