微型二维光流传感器设计

张洪涛， 张广玉， 李隆球， 王林

(哈尔滨工业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001)

光流的概念是Gibson于1950年首次提出的。感知心理学认为，光流是源于观测者和静止环境之间相对运动的一种图像运动[1]。因此，光流提供了观察者全局运动的主要信息，如自身运动。通常，光流被定义为观察者和非静止环境之间的任何相对运动引起的图像运动[2]。如果图像保持静止，图像运动直接与观察者的自身运动相关(或者直接反应观察者的运动)。在这种情况下，观察者不需要对环境中的单一物体进行感知，而是将整个环境视为一种关于时间和空间的背景，由此可以感知自身运动[3]。

光流传感器是一种基于光流法对视觉运动进行测量并输出测量值的视觉传感器。按其结构可分为2种：一种结构是一个图像传感器芯片连接到一个运行光流算法的微处理上，可称为分体式光流传感器[4]；另一种结构是将图像传感器和微处理器整合到一个视觉芯片上，可称为一体式光流传感器[5-7]。光流传感器现已广泛应用于计算机领域的光电鼠标中，作为测量光电鼠标运动的主要感应元件。此外，光流传感器也用于机器人领域中需要进行视觉运动测量和相对运动感知的场合[8-9]。近年来，使用光流技术进行飞行稳定控制和避障也成为了无人飞行器研究领域的一个热点问题[10-15]。

目前，分体式光流传感器多采用图像传感器与FPGA相结合的方式，体积较大，不适用于对尺寸和重量有严格要求的场合(比如微型飞行器)。……