Navigation ohne GPS: Unser LiDAR-Setup
Im Innenraum gibt es kein GPS-Signal. Damit sich clearBee trotzdem zentimetergenau in der Wohnung orientieren kann, haben wir eine eigene Navigationskette aufgebaut. Ein Livox Mid-360 tastet den Raum mit einem 360°-Laserscan ab. Auf einem Raspberry Pi 5 verarbeitet FAST-LIO2 in einer ROS-2-Umgebung (Docker) diese Rohdaten in Echtzeit zu einer 3D-Punktwolke des Raums und berechnet daraus die exakte Position der Drohne. Diese Position wird per MAVLink als GPS-Signal in den Matek-Flugcontroller mit ArduPilot eingespeist. Der Controller navigiert damit, als hätte er perfekten GPS-Empfang. Über eine ESP32-DroneBridge gelangen alle Telemetriedaten drahtlos zum Mission Planner, wo wir Flug und Positionsdaten live überwachen.
Livox Mid-360
3D-LiDAR · 360° ScanRaspberry Pi CM5
ROS 2 in Docker · FAST-LIO2Matek Flugcontroller
ArduPilot · DrohnensteuerungMission Planner
Bodenstation · Debugging
Livox Mid-360
3D-LiDAR · 360° ScanRaspberry Pi CM5
ROS 2 in Docker · FAST-LIO2Matek Flugcontroller
ArduPilot · DrohnensteuerungMission Planner
Bodenstation · DebuggingNavigation ohne GPS: Unser Single-Camera-Setup
Statt teurer Zusatzsensoren nutzt dieser Ansatz nur die eingebaute Kamera einer DJI-Drohne. In unserer App läuft jedes Kamerabild durch eine Kette bewährter Computer-Vision-Verfahren von OpenCV. Das Bild wird zunächst in Graustufen umgewandelt, um Rechenzeit zu sparen. Anschließend sucht der Shi-Tomasi-Detektor in einem 4 × 4-Raster gezielt nach markanten Eckpunkten, gleichmäßig über das ganze Bild verteilt. Eine Gradientenanalyse mit dem Sobel-Operator prüft dabei den Kontrast und sortiert trügerische Muster wie Jalousie-Lamellen aus, die nur in eine Richtung strukturiert sind. Für jeden Eckpunkt erzeugt ORB einen kompakten binären Fingerabdruck, der auch bei Drehung und Größenänderung wiedererkennbar bleibt. Diese Fingerabdrücke vergleichen wir mit einem gespeicherten Referenzbild. Ein Ratio-Test lässt dabei nur eindeutige Treffer zu, und RANSAC verwirft fehlerhafte Zuordnungen zuverlässig. Aus den verbleibenden Punktpaaren berechnen wir die perspektivische Transformation zwischen Referenz und aktuellem Bild. So weiß clearBee, wie weit sie sich gegenüber ihrer Referenzposition verschoben hat, und findet ihre Position im Raum wieder, allein mit einer einzigen Kamera.
Kamerabild
DJI Mini · RGBA-FrameGraustufen & Sobel
Kontrast · Gradienten X/YShi-Tomasi-Ecken
4 × 4-Raster · 1D-FilterORB-Matching
Hamming · Ratio-TestHomographie
RANSAC · Positionsabgleich