CN105068542A - 一种基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统 - Google Patents
一种基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统，能够利用旋翼无人机普遍搭载的CCD摄像机实现对旋翼无人机的飞行引导功能。包括图像采集模块，用以拍摄标识物的视频图像供图像存储模块和图像处理模块使用；图像存储模块，用于存储引导标识物的图像；图像处理模块，进行视频图像处理，检测并跟踪引导标识物，计算每一帧图像中引导标识物相对上一帧的偏移量，并根据该偏移量计算出使引导标识物位于图像中央时飞行器及云台所需的控制量；报警系统模块，当图像处理模块发现相似引导物时，发出警报并向姿态控制模块发出悬停控制指令；云台控制模块，利用图像处理模块给出的云台姿态控制量控制云台姿态。
Description
技术领域
本发明属于无人飞行器自动控制领域，涉及一种基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统。
背景技术
传统固定翼无人机，平飞速度快，效率高，但是只能盘旋监测，不能悬停，转弯半径有一定要求。
旋翼无人机由电机驱动螺旋桨提供动力，可以完成垂直起降，空中悬停、侧飞、后退飞等类似直升机所有的动作，姿态变换灵活，可在飞行中实现较小的转弯半径，很少受到场地的限制。搭载CCD摄像机的旋翼无人机，通过精确地位置和姿态变换在建筑物周围也能安全飞行并进行精确地图像拍摄。
无人机的跟随功能是指通过某种技术手段使无人机自主跟随运动中的特定人或物，实现操作人员对无人机的引导飞行，是无人机自主飞行中的一项重要技术。在实际应用中，该技术相较手动遥控更简便，而与提前的航点规划功能相比有了更高的灵活性。
现有对无人机的引导功能主要是通过装备有GPS模块的可移动地面站实现：地面站通过GPS模块获取自身地理位置信息，然后经无线传输模块将地理位置信息传输给无人机，无人机据此跟踪移动的地面站。
以上方法可实现操作员对无人机较好的引导功能，但该方法中的无线传输链路易受电磁干扰，而GPS模块信号在有建筑物遮挡或云层较厚等情况下会受到影响甚至丢失。这些都是引导功能实现过程中的不稳定因素。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统，能够利用旋翼无人机普遍搭载的CCD摄像机实现对旋翼无人机的飞行引导功能。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统，包括：
图像采集模块，用以拍摄标识物的视频图像供图像存储模块和图像处理模块使用；
图像存储模块，用于存储引导标识物的图像，以便后续图像处理模块将实时视频图像与之进行对比计算；
图像处理模块，进行视频图像处理，检测并跟踪引导标识物，计算每一帧图像中引导标识物相对上一帧的偏移量，并根据该偏移量计算出使引导标识物位于图像中央时飞行器及云台所需的控制量；
报警系统模块，当图像处理模块发现相似引导物时，发出警报并向姿态控制模块发出悬停控制指令；
云台控制模块，利用图像处理模块给出的云台姿态控制量控制云台姿态。
本发明的有益效果：
本发明中飞行器的位置和姿态改变以及云台的姿态改变共同决定了摄像机的位置和姿态，从而实现摄像机对标识物的跟踪，进而实现对旋翼无人飞行器的引导飞行。
附图说明
图1是本发明基于视觉的引导旋翼无人机飞行的控制系统图；
图2是本发明基于视觉的引导旋翼无人机飞行的操作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示，本发明的基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统包括：
图像采集模块，用以拍摄标识物的视频图像供图像存储模块和图像处理模块使用，在具体使用中使用两个机载CCD摄像头组成双目视觉图像采集模块。
图像存储模块，用于存储引导标识物的图像，以便后续图像处理模块将实时视频图像与之进行对比计算；
图像处理模块，进行视频图像处理，检测并跟踪引导标识物，计算每一帧图像中引导标识物相对上一帧的偏移量，并根据该偏移量计算出使引导标识物位于图像中央时飞行器及云台所需的控制量。为了实现对飞行器的实时引导，图像处理模块须采用运算速度较快的处理器，如采用FPGA+DSP架构。
报警系统模块，用于当图像检测模块发现相似引导物时，发出警报并向姿态控制模块发出悬停控制指令，此报警可以是发出声音或其他措施。
飞行控制模块，利用图像处理模块给出的飞行控制量控制飞行器位置及姿态。
云台控制模块，利用图像处理模块给出的云台姿态控制量控制云台姿态。
举引导标识物和旋翼飞行器为例。其中p1为一块白色薄板，在其表面画有特定颜色的五角星图案，作为引导标识物。A为通过云台搭载了CCD摄像机的小型旋翼无人机，a1为云台，a2为CCD摄像机。
要实现引导标识物对旋翼无人机的飞行引导，主要分为以下几个步骤：
步骤S10，录入引导标识物，用CCD摄像机a2拍摄引导标识物p1，使p1上的五角星图案全部进入图像中。
步骤S20，遥控飞行器起飞后，将引导标识物p1置于CCD摄像机a2拍摄范围内。
步骤S30，飞行器切换为引导飞行模式，等待图像处理模块检测到引导标识物后发出可引导飞行的信号(如特定声音，但不限于此)。
步骤S40，可引导飞行信号发出后，引导标识物通过移动位置便可间接控制云台a1和整个飞行器A姿态及位置从而实现对飞行器的飞行引导。
步骤S50，特别的，如图2，在引导飞行过程中，另一与p1相似引导标识物p2进入CCD摄像机a2拍摄范围，则系统发出警报(如特定声音，但不限于此)，并使飞行器悬停。
Claims (3)
1.一种基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统，其特征在于，包括：
图像采集模块，用以拍摄标识物的视频图像供图像存储模块和图像处理模块使用；
图像存储模块，用于存储引导标识物的图像，以便后续图像处理模块将实时视频图像与之进行对比计算；
图像处理模块，进行视频图像处理，检测并跟踪引导标识物，计算每一帧图像中引导标识物相对上一帧的偏移量，并根据该偏移量计算出使引导标识物位于图像中央时飞行器及云台所需的控制量；
报警系统模块，当图像处理模块发现相似引导物时，发出警报并向姿态控制模块发出悬停控制指令；
云台控制模块，利用图像处理模块给出的云台姿态控制量控制云台姿态。
2.如权利要求1所述的一种基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统，其特征在于，使用两个机载CCD摄像头组成双目视觉图像采集模块。
3.如权利要求1或2所述的一种基于视觉的旋翼无人机引导飞行控制系统，其特征在于，图像处理模块采用FPGA+DSP架构。
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