基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，属于无人机目标跟踪领域。一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统包括飞行控制制模块，激光测距模块，目标跟踪模块，无线传输模块、电源模块。飞行控制模块包括微控制器，气压计，三轴陀螺仪，加速度计，磁力计。激光测距模块能精确测量高度。目标跟踪模块包括图像处理嵌入式开发板、双摄像头。该发明专利技术采用无头模式飞行，通过双摄像头扩大了视觉范围，不仅可以保持四旋翼无人机对目标实时性一致跟踪运动，双摄像头可以检查目标是否丢失，使得目标丢失时搜索目标更加快捷方便。

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统
本专利技术属于目标跟踪领域，涉及飞行器领域，更为具体说，是一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统。
技术介绍
小型无人机能够轻松完成多种不同的飞行方式，具有良好的飞行优势和广阔的飞行范围，从而可以方便地完成航拍、搜救、地形勘测、监控侦察等任务，在诸多领域有着越来越广泛的应用。安装了视觉传感器平台的小型无人机可以在低空飞行时对地面目标进行持续监视并获取高分辨率的视频图像，通过图像处理的方法进行自动化分析有助于实现军事侦查、交通流量监控、目标追踪等任务。因此小型无人机航拍视频图像中的目标检测、跟踪技术研究有着重要的理论及工程价值。由于小型无人机的运动特性，可以扩大对目标的追踪范围，同时可以主动的对目标采取多角度、多方位的追踪拍摄。小型无人机低空航拍视频图像中目标检测技术的相关研究，在军事领域以及民用领域如追踪监控、交通控制等方面，都具有重要的实用价值。跟踪技术可起到一种持续检测锁定目标的作用，因而同样具有很高的研究价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是。提供了一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统。可以实现自动对目标的跟踪，双摄像头可以检查目标是否丢失。本专利技术实现目的而采用的技术方案为：根据本专利技术提出的一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，包括飞行控制系统、激光测距模块、目标跟踪模块、无线传输模块、电源模块。其特征在于还包括机架、机臂、桨叶、遥控接收机、起落架、电机、PC上位机。所述机臂与机架固定连接，机臂对称放置四角。所述起落架与与机架固定连接。所述机臂与电机固定连接。所述电机与桨叶固定连接。所述飞行控制模块包括微控制器、气压计、三轴陀螺仪、三轴加速度计、磁力计。所述激光测距模块为超小体积LIDARLiteV3激光测距仪模块。激光测距模块通过I2C总线接口与飞行控制系统相连。所述目标跟踪系统包括摄像头模块、图像处理嵌入式开发板。所述摄像头模块包括摄像头1、摄像头2。所述无线传输模块包括数据传输模块和图像传输模块。图像发送模块通过USB与图像处理嵌入式开发板连接，数据发送模块通过UART串口与飞行控制模块连接。图像接收模块和数据接收模块位于地面并通过USB与PC上位机相连。所述飞行控制模块与遥控接收机连接、电机与电调连接、电调与飞行控制模块连接。所述电源模块包括锂电池和稳压模块，电源模块给电机、飞行控制模块、目标跟踪模块供电。所述摄像头1和摄像头2均水平固定在起落架两个横杠上，摄像头1朝向前面，摄像头2朝向后面。摄像头模块通过USB与图像处理嵌入式开发板相连，图像处理嵌入式开发板通过USB转TTL方式与飞行控制系统相连。具体实施中，飞行器采用四旋翼飞行器，通过激光测距模块进行定高和测距。摄像模块采用感光芯片OV2710摄像头模块，200万像素，镜头焦距3.6毫米，帧率为高速640*480@120fps。USB2.0接口确保高传输速率。摄像头1和摄像头2采集图像后通过USB传入嵌入式开发板进行图像处理。图像处理是一项复杂的系统工程，处理的特点是信息量大、实时性强。第一摄像头或第二摄像头获得图像后，由于图像中含有噪声，因此首先进行预处理，滤掉噪声和其他的干扰等，对有用的信息加强，提高信号的信噪比，同时使原始图像变成有利于计算机特征提取的形式。图像经过预处理后就进行图像分割，图像分割主要是依据一定的阈值把待识别的图像目标从图像中分离出来。图像分割通常是目标识别算法中的一个重要环节，主要包括两个过程即阈值计算和目标分割。在整个识别系统中，图像分割既是基本技术又是关键技术之一，后续的所有算法都是在分割以后的图像处理的基础上进行的。目标图像分割后，要从得到的图像信息中提取能够反映目标本质的特征，即为特征提取。特征选择应根据目标识别及跟踪的需要，并应有可分性和相对的稳定性，且在保证识别精度与可靠性的要求下，尽量减少特征数目。当提取了特征值后，根据算法中选择的分类判别规则和判决函数对提取的特征进行分类，从而判别目标。当识别到要跟踪的目标后，采用适当的跟踪算法对其进行跟踪，该算法要同时考虑到跟踪的精度和速度。本专利技术相对现有技术具有如下的优点：（1）本专利技术采用无人机前后双摄像头式跟踪，双摄像头可以检查目标是否丢失，使得目标丢失时搜索目标更加快捷方便，结构简单，实时性好。（2）本专利技术采用LIDARLiteV3激光测距仪模块，是一款高集成度，高性能光学测距模块。确保了激光测距模块在跟踪过程中所获取四旋翼无人机高度的精确性，有效地提高了跟踪的精度与稳定性。（3）利用机载嵌入式开发板对图像进行处理，提高了纠正无人机姿态的实时性。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的工作原理图。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术进一步说明。如图1所示，本专利技术包括飞行控制系统、激光测距模块、目标跟踪模块、无线传输模块、电源模块。其特征在于还包括机架、机臂、桨叶、遥控接收机、起落架、电机、电调、PC上位机。所述机臂与机架固定连接，机臂对称放置四角。所述起落架与与机架固定连接。所述机臂与电机固定连接。所述电机与桨叶固定连接。飞行控制模块，用于负责无人机飞行姿态的计算、导航计算、控制算法应用、控制输出等与飞行控制相关的任务。激光测距模块通过I2C总线接口与飞行控制系统相连，用于获取四旋翼无人机实时的飞行高度。目标跟踪系统包括摄像头模块、图像处理嵌入式开发板。所述摄像头模块包括摄像头1、摄像头2。摄像头用于采集图像，并通过USB将图像传给嵌入式开发板。嵌入式开发板用于对摄像头采集的图像进行图像处理得到目标特征，将信息输出至飞行控制模块。飞行控制子系统主要负责飞机追踪过程中的平稳飞行，通过系统中各类传感器的参数对飞行状态进行监测，若接收到相关指令，通过计算对机体动力子系统发出相关指令信号，调节飞行状态，该系统接收到的信号既可来自地面站系统人工操作发出，也可来自目标跟踪系统微处理器目标跟踪计算所发生。无线传输模块包括数据传输模块和图像传输模块。图像发送模块通过USB与图像处理嵌入式开发板连接，数据发送模块通过UART串口与飞行控制模块连接，图像接收模块和数据接收模块位于地面并通过USB与PC上位机相连。数据传输模块用于将飞行控制模块发出的四旋翼无人机飞行参数经地面站数据传输模块输出至PC上位机。图像传输模块用于将图像处理过的带有目标特征的图像经地面站图像传输模块输出至PC上位机。电源模块包括锂电池和稳压模块，电源模块负责给电机、飞行控制模块、目标跟踪模块供电。遥控接收机用于对发射电路发出的无线电载波信号进行接收、放大、解调，将其还原为控制信号，飞行控制模块接收到控制信号后输出控制信号至电调。电调输入端输入直流电源，在接收到飞行控制系统发来的PWM信号后，会根据PWM信号特点控制电调内的MOS管调节输出的电压大小，以此达到控制电机速度大小和频率高低的目的。地面站PC上位机通过数据传输模块可以观测其位置信息、姿态角、剩余电量等信息。通过图像传输模块可以实时显示经嵌入式开发板图像处理后带有目标特征信息的图像。如图2表示，本专利技术的具体实施例如下：具体实施中，飞行器采用四旋翼飞行器，通过激光测距模块进行定高和测距。摄像模块采用感光芯片OV2710摄像头模块，200万像素，镜头焦距3.6毫米，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，包括飞行控制模块、激光测距模块（8）、目标跟踪模块、无线传输模块、电源模块，其特征在于还包括机架（1）、机臂（2）、桨叶（3）、遥控接收机（6）、起落架（9）、电机（15）、PC上位机，所述机臂（2）与机架（1）固定连接，机臂对称放置四角，所述起落架（9）与机架（1）固定连接，所述机臂（2）与电机（15）固定连接，所述电机（15）与桨叶（3）固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，包括飞行控制模块、激光测距模块（8）、目标跟踪模块、无线传输模块、电源模块，其特征在于还包括机架（1）、机臂（2）、桨叶（3）、遥控接收机（6）、起落架（9）、电机（15）、PC上位机，所述机臂（2）与机架（1）固定连接，机臂对称放置四角，所述起落架（9）与机架（1）固定连接，所述机臂（2）与电机（15）固定连接，所述电机（15）与桨叶（3）固定连接。2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，其特征在于，飞行控制模块（4）包括微控制器、气压计、三轴陀螺仪、三轴加速度计、磁力计。3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，其特征在于，激光测距模块（8）为超小体积LIDARLiteV3激光测距仪模块，激光测距模块（8）通过I2C总线接口与飞行控制系统相连。4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，其特征在于，目标跟踪系统包括摄像头模块、图像处理嵌入式开发板（5），所述摄像头模块包括摄像头1（10）、摄像头2（11）。5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，其特征在于，无线传输模块包括数据传输模块（12）和图像传输模块（13），图像发送模块（13）通过USB与图像处理嵌入式开发板（5）连接，数据发送模块（12）通过UART串口与飞行控制模块（4）连接，图像接收模块和数据接收模块位于地面并通过USB与PC上位机相连。6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，其特征在于，飞行控制模块（4）与遥控接收机（6）连接、电机（15）与电调（7）连接、电调（7）与飞行控制模块（4）连接。7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统，其特征在于，电源模块包括锂电池（14）和稳压模块（16），电源模块给电机、飞行...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑恩辉，刘宇皓，王谈谈，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33