CN111717390A - 一种多功能无人机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多功能无人机系统，包括机身、电源、摄像头、动力装置、第一控制模块、第二控制模块及控制终端；且其工作模式包括目标跟踪模式及口罩识别模式；在目标跟踪模式下，控制终端用于通过SSD算法处理摄像头拍摄到的目标图像信息，以产生相应的控制信号来控制无人机实现目标跟踪飞行；在口罩识别模式下，控制终端用于控制摄像头拍摄图像，并识别图像中是否存在人物面部图像，若存在，则将每个人物面部图像信息与预存在数据库中佩戴有口罩的人物面部图形信息进行对比，以判断被拍摄到的人物是否佩戴口罩，若被无人机拍摄到的人物中存在未佩戴口罩者，则发出语音提示信息。
Description
技术领域
本发明涉及无人飞行器领域，具体涉及一种多功能无人机系统。
背景技术
随着科学技术的发展进步，无人飞行器(无人机)在社会生产生活中得到了广泛的应用。民用无人机通常带有摄像头，以实现航拍的功能，其具有体积小、结构简单紧凑、可垂直起降、获取影像机动灵活等特点。
然而，传统的无人机只能通过手持遥控器来控制其运行，由于无人机飞行控制方式的复杂性，因此对无人机操作者的操作水平提出了较高的要求。在一些情况下，人们希望无人机能够实现出行者的自动跟拍。尤其是对于老年人、儿童、残疾人等有出行安全隐患或出行障碍的人群，他们在跌倒或遭遇其他意外后若得不到及时的救助，往往会造成更加严重的后果。
另外，疫情期间，控制传染源、切断传播途径和排查易感人群是打赢抗疫的三种手段。其中切断传播途径中，佩戴口罩已经几乎成为了最重要的举措之一。但是在实际场景中，仍然有不重视、不注意、侥幸心理的人员不戴口罩，尤其在公众场合，给个人和公众造成极大的风险隐患。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种多功能无人机系统。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：
一种多功能无人机系统，包括机身、电源、摄像头、动力装置、第一控制模块、第二控制模块及控制终端；且该多功能无人机系统的工作模式包括目标跟踪模式及口罩识别模式；
所述摄像头设置于所述机身的机头处；
所述电源、第一控制模块和第二控制模块均设置于所述机身内；
所述动力装置包括多个旋翼及多个旋翼驱动电机，所述的多个旋翼均匀分设在所述机身的四周，且每个旋翼均对应与一个旋翼驱动电机相连；
所述第一控制模块分别与电源、摄像头及第二控制模块电连接，并与所述控制终端无线通信连接；
所述第二控制模块与所述动力装置的每个旋翼驱动电机电连接；
摄像头用于获取出行者的图像信息；
第一控制模块用于管理电源以及用于将摄像头获取的图像信息发送至控制终端进行处理，以及接收控制终端对摄像头获取的图像信息经过处理后发送回来的控制信号，并再将接收到的所述控制信号发送至第二控制模块；
第二控制模块用于根据第一控制模块发送过来的控制信号控制动力装置的每个旋翼驱动电机的工作；
在目标跟踪模式下，控制终端用于通过SSD算法处理摄像头拍摄到的目标图像信息，以产生相应的控制信号来控制无人机实现目标跟踪飞行；
在口罩识别模式下，控制终端用于控制摄像头拍摄图像，并识别图像中是否存在人物面部图像，若存在，则将每个人物面部图像信息与预存在数据库中佩戴有口罩的人物面部图形信息进行对比，以判断被拍摄到的人物是否佩戴口罩，若摄像头拍摄到人物面部图像信息与预存在数据库中佩戴有口罩的人物面部图形信息不匹配，则判定被无人机拍摄到的人物中存在未佩戴口罩者，并发出语音提示信息。
在一些实施例中，所述机身上还设置有与所述第一控制模块电连接的语音报警器；或者所述控制终端具有报警提示功能。
在一些实施例中，所述动力装置包括四个旋翼及与所述四个旋翼一一对应的四个旋翼驱动电机。
在一些实施例中，所述动力装置的每个旋翼的外周侧均设置有圆形的保护圈。
在一些实施例中，所述机身上还设置有姿态传感器和气压传感器。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明提供的多功能无人机系统，能够为疫情的控制贡献一份力量，是对日后疫情的再次出现的未雨绸缪之计；且能在平日有效解决老人、小孩和弱视力群体的日常户外步行安全问题，提高出行安全系数。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1为本发明提供的多功能无人机系统中的机身的外观示意图；
图2为本发明提供的多功能无人机系统的模块连接示意图；
附图标记说明：
1、机身；2、电源；3、摄像头；4、动力装置；5、保护圈；6、第一控制模块；7、第二控制模块；8、控制终端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
参照图1和图2，本发明提供了一种多功能无人机系统，包括机身1、电源2、摄像头3、动力装置4、第一控制模块6、第二控制模块7及控制终端8(如智能手机)；且该无人机系统的工作模式包括目标跟踪模式及口罩识别模式。
如图1所示，摄像头3设置于机身1的机头处；电源2、第一控制模块6和第二控制模块7设置于机身1内；动力装置4包括多个旋翼与对应的多个旋翼驱动电机，多个旋翼及多个旋翼驱动电机均匀分设在机身1的四周，且每个旋翼均对应与一个旋翼驱动电机相连。
如图2所示，第一控制模块6与电源2、摄像头3及第二控制模块7电连接，且第一控制模块6能够与控制终端8无线通信连接；第二控制模块7与动力装置4的每个旋翼驱动电机电连接。
进一步地，摄像头3用于获取出行者的图像信息。第一控制模块6用于管理电源2，还用于将摄像头3获取的图像信息发送至控制终端8进行处理，并接收控制终端8经过处理后发来的控制信号，再将控制信号发送至第二控制模块7。第二控制模块7用于根据第一控制模块6发送过来的控制信号控制动力装置4的每个旋翼驱动电机的工作。
在目标跟踪模式下，控制终端8用于通过SSD算法处理摄像头3拍摄得到的目标的图像信息，以产生相应的控制信号来控制无人机实现目标跟踪飞行。
在口罩识别模式下，控制终端8用于控制摄像头3拍摄图像，并识别图像中是否存在人物面部图像，若存在，则将每个人物面部图像信息与预存在数据库中佩戴有口罩的人物面部图形信息进行对比，以判断被拍摄到的人物是否佩戴口罩，若摄像头3拍摄到人物面部图像信息与预存在数据库中佩戴有口罩的人物面部图形信息不匹配，则判定被无人机拍摄到的人物中存在未佩戴口罩者，并发出语音提示信息。
当然，目标跟踪模式及口罩识别模式可同时执行，即无人机在自动跟踪目标飞行的同时，拍摄目标周围的图像，以判断被拍摄人物周围的人是否佩戴口罩。
进一步地，机身1上还设置有与第一控制模块6电连接的语音报警器；或者控制终端8具有报警提示功能(如语音报警提示)。在口罩识别模式下，报警模块或者具有报警提示功能的控制终端8可用于提示未佩戴口罩的人。另外，报警模块或者具有报警提示功能的控制终端8还可用于在检测到出行者的图像发生异常变化时，进行报警提示。该无人机系统可供老年人、儿童、残疾人等有出行安全隐患或出行障碍的人群使用，出行前将需要跟随的人定为目标，无人机跟随目标飞行并不断拍摄图片，并通过第一控制模块将图片发送至控制终端；当检测到目标的图像发生异常变化，如图片中目标的位置及姿态在短时间内出现大幅度变化时，譬如发生了意外摔倒或其他意外情况，则无人机可以在此时发出语音，以向附近人群求救；以及同时通过控制终端8向出行者的亲属发出提示信号，譬如自动拨打系统预存的亲属手机号或自动发送短信至系统预存的亲属手机，以提示其亲属进行救援；若事故是由其他人的责任引起，则无人机即时拍摄的视频图像信息能够作为责任判定的证据。
本实施例中，动力装置4包括四个旋翼与对应的四个电机，即该无人机为四旋翼无人机。优选地，如图1所示，每个动力装置4的旋翼的外周侧均设置有圆形的保护圈5。
具体地，第一控制模块6可采用NRF51822芯片；第二控制模块7可采用STM32F411CEU6芯片。STM32F411CEU6芯片可负责传感器读取，数据融合，PID控制和电机控制等功能；NRF51822芯片可负责无线通信和电源管理功能。STM32F411CEU6芯片与NRF51822芯片之间可通过UART串口进行相互通信。
进一步地，该无人机还可包括与第二控制模块7连接的姿态传感器和气压传感器。姿态传感器可采用MPU9250九轴姿态传感器，其内部集成有与电机对应的3轴陀螺仪传感器、3轴加速度计传感器和3轴磁力计，用于测量姿态数据；气压传感器可采用BMP280气压传感器，其同时支持温度和气压测量，温度分辨率达0.01℃，气压相对精度为±0.12hPa。
具体实施例中，在目标跟踪模式下，根据如下步骤实现目标跟踪：S1、开始跟踪前，先通过无人机的摄像头3获取多组被跟踪目标(即出行者)的视频图像信息，再利用这些视频图像信息训练得到被跟踪目标的跟踪模型；S2、开始跟踪后，利用当前的跟踪模型，使无人机的摄像头检测到被跟踪目标，并不断实时获取被跟踪目标的图像信息；S3、根据被跟踪目标的图像信息变化调整无人机的运动；S4，重复步骤S2和S3，以实现无人机对目标的视觉跟踪。
其中，步骤S2中，将实时获取的每一帧的图像信息均储存入训练集中，并利用训练集中的图像信息训练新的跟踪模型，当训练集中储存的图像信息的帧数达到预设的阈值时，使用新的跟踪模型代替原有的跟踪模型以作为当前的跟踪模型，并清空训练集中的图像信息。步骤S3中，若被跟踪目标的图像大小发生变化，则控制无人机相对于被跟踪目标向前或向后飞行；若被跟踪目标的图像位置发生变化，则控制无人机的机头朝向相应变化。
进一步地，步骤S1中，通过单图多检测框探测器(Single Shot multiboxDetector，SSD)算法训练得到被跟踪目标的跟踪模型；步骤S2中，通过SSD算法使无人机的摄像头3检测到被跟踪目标，且通过SSD算法训练得新的跟踪模型。SSD算法进行目标检测时，首先产生多个不同尺度、不同长宽比的矩形的假设目标框；然后，再将多个不同的卷积滤波器应用于各个卷积层上，从而得出各个假设目标框的分值和位置偏移，确定一系列候选目标框；然后再通过非极大值抑制策略来从候选目标框中确定最终的检测结果，即得到了最优的矩形目标框。
SSD算法可在控制终端中执行，第一控制模块6能将摄像头3采集到的图像信息发送至控制终端进行处理，且第一控制模块6能接收控制终端8发来的控制信号，以控制无人机的运转。
具体地，步骤S1中，开始跟踪前，先在控制终端8的app中创建训练集，将多组图像信息储存入训练集中，然后通过单图多检测框探测器(Single Shotmultibox Detector，SSD)算法对训练集中的每一帧图像信息进行处理，并综合考虑后得到跟踪模型。步骤S2中，通过SSD算法对实时采集的图像信息进行处理，并与跟踪模型进行对比，使无人机的摄像头3检测到被跟踪目标，同时，在控制终端8的app中创建新的训练集，将实时获取的每一帧的图像信息均储存入新的训练集中，并通过SSD算法，利用新的训练集中的图像信息训练新的跟踪模型，当新的训练集中储存的图像信息的帧数达到预设的阈值时，即使用新的跟踪模型代替原有的跟踪模型以作为当前的跟踪模型，并清空训练集中的图像信息。步骤S3中，通过SSD算法对最新一帧的图像信息进行处理，并与当前跟踪模型进行对比，若该帧图像对应的矩形目标框变小或变大，即说明目标距离无人机变远或变近，则发出控制信号，控制无人机对于被跟踪目标向前或向后飞行；若该帧图像对应的矩形目标框的位置向左或向右偏移，即说明被跟踪目标的位置发生变化，则发出控制信号，控制无人机的机头朝向相应变化。另外，若矩形目标框的变化程度超过了预设阈值，则说明可能已发生了意外，则发出报警信息。
在口罩识别模式下，具体可通过如下步骤实现：先在控制终端8中，基于PaddlePaddle(飞桨)平台的PaddleHub库，训练口罩识别模型，此模型基于主干网络FaceBoxes，对于光照、口罩遮挡、表情变化、尺度变化等常见问题具有很强的鲁棒性，并在主干网络FaceBoxes中加入了超过10万张口罩人脸数据训练。经过试验，该口罩识别模型的口罩判别准确率达96.5％，满足常规口罩检测需求。
并且，基于SSD算法建立多目标检测模型，从而自动识别摄像头3拍摄到的图像中的一个或多个人脸图像目标，并将一个或多个人脸图像信息送入口罩识别模型，即可实现周围人群的口罩识别。
综上，本发明提供的多功能无人机系统，能够为疫情的控制贡献一份力量，是对日后疫情的再次出现的未雨绸缪之计；且能在平日有效解决老人、小孩和弱视力群体的日常户外步行安全问题，提高出行安全系数。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多功能无人机系统，其特征在于，包括机身(1)、电源(2)、摄像头(3)、动力装置(4)、第一控制模块(6)、第二控制模块(7)及控制终端(8)；且该多功能无人机系统的工作模式包括目标跟踪模式及口罩识别模式；
所述摄像头(3)设置于所述机身(1)的机头处；
所述电源(2)、第一控制模块(6)和第二控制模块(7)均设置于所述机身(1)内；
所述动力装置(4)包括多个旋翼及多个旋翼驱动电机，所述的多个旋翼均匀分设在所述机身(1)的四周，且每个旋翼均对应与一个旋翼驱动电机相连；
所述第一控制模块(6)分别与电源(2)、摄像头(3)及第二控制模块(7)电连接，并与所述控制终端(8)无线通信连接；
所述第二控制模块(7)与所述动力装置(4)的每个旋翼驱动电机电连接；
摄像头(3)用于获取出行者的图像信息；
第一控制模块(6)用于管理电源(2)以及用于将摄像头(3)获取的图像信息发送至控制终端(8)进行处理，以及接收控制终端(8)对摄像头(3)获取的图像信息经过处理后发送回来的控制信号，并再将接收到的所述控制信号发送至第二控制模块(7)；
第二控制模块(7)用于根据第一控制模块(6)发送过来的控制信号控制动力装置(4)的每个旋翼驱动电机的工作；
在目标跟踪模式下，控制终端(8)用于通过SSD算法处理摄像头(3)拍摄到的目标图像信息，以产生相应的控制信号来控制无人机实现目标跟踪飞行；
在口罩识别模式下，控制终端(8)用于控制摄像头(3)拍摄图像，并识别图像中是否存在人物面部图像，若存在，则将每个人物面部图像信息与预存在数据库中佩戴有口罩的人物面部图形信息进行对比，以判断被拍摄到的人物是否佩戴口罩，若摄像头(3)拍摄到人物面部图像信息与预存在数据库中佩戴有口罩的人物面部图形信息不匹配，则判定被无人机拍摄到的人物中存在未佩戴口罩者，并发出语音提示信息。
2.根据权利要求1所述的多功能无人机系统，其特征在于，所述机身(1)上还设置有与所述第一控制模块(6)电连接的语音报警器；或者所述控制终端(8)具有报警提示功能。
3.根据权利要求1所述的多功能无人机系统，其特征在于，所述动力装置(4)包括四个旋翼及与所述四个旋翼一一对应的四个旋翼驱动电机。
4.根据权利要求1所述的多功能无人机系统，其特征在于，所述动力装置(4)的每个旋翼的外周侧均设置有圆形的保护圈(5)。
5.根据权利要求1所述的多功能无人机系统，其特征在于，所述机身(1)上还设置有姿态传感器和气压传感器。
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Cited By (3)
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