CN109445460A - 一种基于视觉传达的无人机引导系统 - Google Patents

一种基于视觉传达的无人机引导系统 Download PDF

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Abstract

本发明主要提出来一种基于视觉传达的无人机引导系统，主要包括飞行控制模块和图像处理模块，主要载体包括无人机和控制器，无人机上设置有定位器、飞行控制单元、图像处理单元，控制器上设置有显示屏、图像处理单元、飞行控制单元，所述飞行控制模块，用于根据无人机控制终端接收的语音控制指令和动作控制指令，调整电机参数，控制无人机的飞行和摄像头的角度，所述图像处理模块，用于将飞行控制模块的飞行数据与摄像头拍摄的视频图像进行整合生成包含所述飞行数据的视频图像；实现了语音与行为相结合的一体化控制方式，在满足用户接收视频图像的同时，又可以对无人机进行智能有效的远程控制。

Description

一种基于视觉传达的无人机引导系统
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体一种基于视觉传达的无人机引导系统。
背景技术
目前，随着无人机技术的发展，无人机在各个领域的应用需求越来越大，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，随着科学技术的不断发展，无人机已经深入到我们生活中，现有的无人机操作一般都是通过人为操控控制器来实现无人机向着目标方位进行移动的方式，对操纵者的技术要求较高，难度大，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手动遥控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，因此生产一种结构简单，操作方便，适用范围广，工作和运行效率高，易于操作，结构合理的多用途视觉传达设计系统，具有广阔的市场前景。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于视觉传达的无人机引导系统，其特征在于，主要包括飞行控制模块和图像处理模块，所述飞行控制单元，用于接收无人机控制终端发送的控制指令，根据所述控制指令调整电机参数，调整所述无人机的飞行和摄像头的角度，所述图像处理单元，用于将飞行控制模块的飞行数据与摄像头拍摄的视频图像进行整合生成包含所述飞行数据的视频图像；所述图像处理单元主要分为图像采集单元、图像发送单元、图片接收单元、图像存储单元、图像处理单元、报警系统模块，所述飞行控制单元主要分为语音控制单元、运动控制单元、信号接收单元、云台控制单元，所述主要载体包括无人机和控制器，无人机和控制器通过模块之间的通信传输进行操作控制，所述图像处理单元和飞行控制单元通过芯片传输控制。
进一步的，所述图片处理模块主要包括图像采集单元、图像发送单元、图片接收单元、图像存储单元、图像处理单元、报警系统模块，所述图像采集单元主要包括摄像头和图像处理芯片，摄像头拍摄标识物的视频图像，传输给图像处理芯片，图像处理芯片对图像进行处理，将处理结果传输到图像发送单元，所述图像发送单元主要包括图像信号发送器，图像发送器把需要发送的信号进行调制，传输信号，将发送到图像接收单元，图像接收单元对信号进行解调，还原信号，图像存储模块包括存储器和显示屏，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，图像处理模块连接显示屏和图像处理芯片，所述图像处理芯片进行视频图像处理，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，所述报警系统模块用于当图像处理模块发现相似引导物时，发出警报并向飞行控制模块发出悬停控制指令，所述无人机上包括图像采集单元、图像发送单元，所述控制器包括图片接收单元、图像存储单元、图像处理单元、报警系统模块，其中，所述视频图像中包含有所述飞行过程中的飞行数据；并将信息传送到图像存储模块。
进一步的，所述飞行控制模块主要包括语音控制单元、运动控制单元、信号接收单元、云台控制单元，所述语音控制单元主要有语音接收单元，所述声音接收单元主要包括麦克风和声音处理器，用于采集声音信息并且将语音信息传送到语音识别单元，所述语音识别单元主要有语音识别芯片，用于根据预先训练的声学模型对所述声音信息进行识别，获取语音控制指令，并且将语音控制指令发送到语音发送单元；语音发送单元将语音信息调制后发送到信号接收单元，同时向信号接收单元发送所述语音控制指令，所述运动控制单元包括：运动感应单元主要包括运动方位感应器，用于通过预设的运动信息传感采集，运动识别单元用于根据预先训练的运动模型对所述运动信息进行识别，获取运动控制指令，运动指令发送单元，用于向信号接收单元发送运动控制指令，所述信号接收单元把声音控制单元，运动控制模块给出的信号进行解调处理，传输给云台控制单元，云台控制单元根据发出运动控制指令，调节无人机的飞行轨迹或摄像头的拍摄角度，所述控制台上设置声音控制单元和运动控制单元，所述无人机上设置信号接收单元、云台控制单元。
进一步的，所述图像处理模块采用FPGA+DSP架构，所述显示屏用LCD显示所述视频图像；其中，所述视频图像中包含有所述飞行控制模块中的飞行数据。
所述无人机为多旋翼无人机，且旋翼的个数不少于4个。
所述无人机机体的机臂上的超声波接收器与机臂之间采用可拆卸连接。
所述摄像头采用两个机载CCD摄像头组成双目视觉图像采集模块。
本发明主要提出来一种基于视觉传达的无人机引导系统，主要包括飞行控制模块和图像处理模块，主要载体包括无人机和控制器，无人机上设置有定位器、飞行控制单元、图像处理单元，控制器上设置有显示屏、图像处理单元、飞行控制单元，所述飞行控制模块，用于根据无人机控制终端接收的语音控制指令和动作控制指令，调整电机参数，控制无人机的飞行和摄像头的角度，所述图像处理模块，用于将飞行控制模块的飞行数据与摄像头拍摄的视频图像进行整合生成包含所述飞行数据的视频图像；实现了语音与行为相结合的一体化控制方式，在满足用户接收视频图像的同时，又可以对无人机进行智能有效的远程控制。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种基于视觉传达的无人机引导系统的系统模块图；
图2为本发明一种基于视觉传达的无人机引导系统的飞行处理单元流程图；
图3为本发明一种基于视觉传达的无人机引导系统的图像处理单元流程图；
图4为本发明一种基于视觉传达的无人机引导系统的工作流程图。
参照图1，一种基于视觉传达的无人机引导系统，其特征在于，主要包括飞行控制模块和图像处理模块，所述飞行控制单元，用于接收无人机控制终端发送的控制指令，根据所述控制指令调整电机参数，调整所述无人机的飞行和摄像头的角度，所述图像处理单元，用于将飞行控制模块的飞行数据与摄像头拍摄的视频图像进行整合生成包含所述飞行数据的视频图像；所述图像处理单元主要分为图像采集单元、图像发送单元、图片接收单元、图像存储单元、图像处理单元、报警系统模块，所述飞行控制单元主要分为语音控制单元、运动控制单元、信号接收单元、云台控制单元，所述主要载体包括无人机和控制器，无人机和控制器通过模块之间的通信传输进行操作控制，所述图像处理单元和飞行控制单元通过芯片传输控制。
参照图2，所述图片处理模块主要包括图像采集单元、图像发送单元、图片接收单元、图像存储单元、图像处理单元、报警系统模块，所述图像采集单元主要包括摄像头和图像处理芯片，摄像头拍摄标识物的视频图像，传输给图像处理芯片，图像处理芯片对图像进行处理，将处理结果传输到图像发送单元，所述图像发送单元主要包括图像信号发送器，图像发送器把需要发送的信号进行调制，传输信号，将发送到图像接收单元，图像接收单元对信号进行解调，还原信号，图像存储模块包括存储器和显示屏，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，图像处理模块连接显示屏和图像处理芯片，所述图像处理芯片进行视频图像处理，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，所述报警系统模块用于当图像处理模块发现相似引导物时，发出警报并向飞行控制模块发出悬停控制指令，所述无人机上包括图像采集单元、图像发送单元，所述控制器包括图片接收单元、图像存储单元、图像处理单元、报警系统模块，其中，所述视频图像中包含有所述飞行过程中的飞行数据；并将信息传送到图像存储模块。
参照图3，所述飞行控制模块主要包括语音控制单元、运动控制单元、信号接收单元、云台控制单元，所述语音控制单元主要有语音接收单元，所述声音接收单元主要包括麦克风和声音处理器，用于采集声音信息并且将语音信息传送到语音识别单元，所述语音识别单元主要有语音识别芯片，用于根据预先训练的声学模型对所述声音信息进行识别，获取语音控制指令，并且将语音控制指令发送到语音发送单元；语音发送单元将语音信息调制后发送到信号接收单元，同时向信号接收单元发送所述语音控制指令，所述运动控制单元包括：运动感应单元主要包括运动方位感应器，用于通过预设的运动信息传感采集，运动识别单元用于根据预先训练的运动模型对所述运动信息进行识别，获取运动控制指令，运动指令发送单元，用于向信号接收单元发送运动控制指令，所述信号接收单元把声音控制单元，运动控制模块给出的信号进行解调处理，传输给云台控制单元，云台控制单元根据发出运动控制指令，调节无人机的飞行轨迹或摄像头的拍摄角度，所述控制台上设置声音控制单元和运动控制单元，所述无人机上设置信号接收单元、云台控制单元。
所述图像处理模块采用FPGA+DSP架构，所述显示屏用LCD显示所述视频图像；其中，所述视频图像中包含有所述飞行控制模块中的飞行数据。
所述无人机为多旋翼无人机，且旋翼的个数不少于4个。
所述无人机机体的机臂上的超声波接收器与机臂之间采用可拆卸连接。
所述摄像头采用两个机载CCD摄像头组成双目视觉图像采集模块。
参照图4，具体的实施例如下：
a.无人机的图像采集单元摄像头开始图像采集；
b.摄像头传输给图像处理芯片，图像处理芯片对图像进行处理；
b.将处理结果传输到图像发送单元；
d.图像发送器把需要发送的信号进行调制，传输信号，将发送到图像接收单元；
e.图像接收单元对信号进行解调，还原信号；
f.图像存储模块包括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；
g.图像处理模块的图像处理芯片进行视频图像处理，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；
h.当图像处理单元发现相似引导物时，报警系统单元发出警报并向飞行控制模块发出悬停控制指令；
i.声音接收单元的麦克风采集声音信息并且将语音信息传送到语音识别单元；
j.语音识别单元的语音识别芯片根据预先训练的声学模型对所述声音信息进行识别，获取语音控制指令，并且将语音控制指令发送到语音发送单元；
k.语音发送单元将语音信息调制后发送到信号接收单元，同时向信号接收单元发送所述语音控制指令；
l.运动感应单元的运动方位感应器通过预设的运动信息传感采集；
m.运动识别单元用于根据预先训练的运动模型对所述运动信息进行识别，获取运动控制指令，运动发送单元向信号接收单元发送运动控制指令；
n.信号接收单元接收声音控制单元和运动发送单元的运动控制模块给出的信号进行解调处理，传输给云台控制单元；
o.云台控制单元根据发出运动控制指令，调节无人机的飞行轨迹或摄像头的拍摄角度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种基于视觉传达的无人机引导系统，其特征在于，主要包括飞行控制模块和图像处理模块，所述飞行控制单元，用于接收无人机控制终端发送的控制指令，根据所述控制指令调整电机参数，调整所述无人机的飞行和摄像头的角度，所述图像处理单元，用于将飞行控制模块的飞行数据与摄像头拍摄的视频图像进行整合生成包含所述飞行数据的视频图像；所述图像处理单元主要分为图像采集单元、图像发送单元、图片接收单元、图像存储单元、图像处理单元、报警系统模块，所述飞行控制单元主要分为语音控制单元、运动控制单元、信号接收单元、云台控制单元，所述主要载体包括无人机和控制器，无人机和控制器通过模块之间的通信传输进行操作控制，所述图像处理单元和飞行控制单元通过芯片传输控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉传达的无人机引导系统，其特征在于，所述图片处理模块主要包括图像采集单元、图像发送单元、图片接收单元、图像存储单元、图像处理单元、报警系统模块，所述图像采集单元主要包括摄像头和图像处理芯片，摄像头拍摄标识物的视频图像，传输给图像处理芯片，图像处理芯片对图像进行处理，将处理结果传输到图像发送单元，所述图像发送单元主要包括图像信号发送器，图像发送器把需要发送的信号进行调制，传输信号，将发送到图像接收单元，图像接收单元对信号进行解调，还原信号，图像存储模块包括存储器和显示屏，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，图像处理模块连接显示屏和图像处理芯片，所述图像处理芯片进行视频图像处理，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，所述报警系统模块用于当图像处理模块发现相似引导物时，发出警报并向飞行控制模块发出悬停控制指令，所述无人机上包括图像采集单元、图像发送单元，所述控制器包括图片接收单元、图像存储单元、图像处理单元、报警系统模块，其中，所述视频图像中包含有所述飞行过程中的飞行数据；并将信息传送到图像存储模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉传达的无人机引导系统，其特征在于，所述飞行控制模块主要包括语音控制单元、运动控制单元、信号接收单元、云台控制单元，所述语音控制单元主要有语音接收单元，所述声音接收单元主要包括麦克风和声音处理器，用于采集声音信息并且将语音信息传送到语音识别单元，所述语音识别单元主要有语音识别芯片，用于根据预先训练的声学模型对所述声音信息进行识别，获取语音控制指令，并且将语音控制指令发送到语音发送单元；语音发送单元将语音信息调制后发送到信号接收单元，同时向信号接收单元发送所述语音控制指令，所述运动控制单元包括：运动感应单元主要包括运动方位感应器，用于通过预设的运动信息传感采集，运动识别单元用于根据预先训练的运动模型对所述运动信息进行识别，获取运动控制指令，运动指令发送单元，用于向信号接收单元发送运动控制指令，所述信号接收单元把声音控制单元，运动控制模块给出的信号进行解调处理，传输给云台控制单元，云台控制单元根据发出运动控制指令，调节无人机的飞行轨迹或摄像头的拍摄角度，所述控制台上设置声音控制单元和运动控制单元，所述无人机上设置信号接收单元、云台控制单元。
4.根据权利要求2所述的一种基于视觉传达的无人机引导系统，其特征在于，所述图像处理模块采用FPGA+DSP架构，所述显示屏用LCD显示所述视频图像；其中，所述视频图像中包含有所述飞行控制模块中的飞行数据。
5.根据权利要求1一种基于视觉传达的无人机引导系统，其特征在于，所述无人机为多旋翼无人机，且旋翼的个数不少于4个。
6.根据权利要求1所述的一种基于视觉传达的无人机引导系统，其特征在于，所述无人机机体的机臂上的超声波接收器与机臂之间采用可拆卸连接。
7.根据权利要求2所述的一种基于视觉传达的无人机引导系统，其特征在于，所述摄像头采用两个机载CCD摄像头组成双目视觉图像采集模块。
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