基于图像处理的无人机飞行降落系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于图像处理的无人机飞行降落系统及方法；它包括：无人机和无人机起落站，所述无人机起落站包括载物台，所述载物台安放在地面上，所述载物台上面安装辅助无人机降落的精确定位及固定装置，所述辅助无人机降落的精确定位及固定装置上安装云台，所述云台上安装摄像头，所述摄像头镜头朝上，所述摄像头和云台均与计算机连接，所述计算机通过控制云台转动来带动摄像头转动，从而调整摄像头拍摄方向；所述计算机控制摄像头进行拍照；所述计算机通过第一无线数据传输模块与无人机进行通信；所述计算机还与显示终端连接；本发明专利技术的有益效果：依靠图像处理，采用多段式PID控制技术，实现了多旋翼无人机全天候厘米级精准降落功能。

Unmanned aerial vehicle landing system and method based on image processing

The present invention discloses the image processing based on the UAV flight landing system and method; it includes: UAV and UAV landing station, the UAV landing station comprises a stage, the stage is placed on the ground, the carrier mounted auxiliary UAV landing and accurate positioning fixing device, the auxiliary platform installed without precise positioning and fixing device on the landing UAV, the PTZ camera mounted on the camera lens upward, the camera and head are connected with the computer, the computer controlled by head rotation to drive the camera to rotate, so as to adjust the direction of the computer camera; control the camera to take pictures; the computer communicates with the UAV via the first wireless data transmission module; the computer is connected with the display terminal of the invention; Beneficial effects: by means of image processing and multi segment PID control technology, the precise landing function of multi rotor UAV with all-weather and centimeter level is realized.

【技术实现步骤摘要】
基于图像处理的无人机飞行降落系统及方法
本专利技术属于无人机控制
，涉及基于图像处理的无人机飞行降落系统及方法。
技术介绍
无人机广泛应用于军事，公安，农业，电力巡线，森林防火等方面，根据任务不同，搭载不同的任务载荷，可以根据规划完成各种各样的任务。但是无人机，尤其是充电式旋翼无人机，由于其续航距离和时间的限制，大大的降低了任务能力。为了提高续航能力，无人机充电是一个较为简便的解决方案，而为了实现充电、任务过程的全自动化，无人机的精准降落是不可或缺的一环。目前现有的无人机降落技术，如亚马逊无人机的机载摄像头定位降落，无法达到降落位置精度毫米级的要求，也就无法实现无人机执行任务的全自动化。与此同时，现有的民用无人机任务系统，一方面没有实现任务过程的全自动化，一方面没有实现自动化任务系统的全天候化，尤其对夜间无人机精准降落涉及很少。现有技术存在的技术问题是：第一，现有技术都是将摄像头安装在无人机上，通过无人机搭载摄像头来拍摄周围的照片，决定无人机是否降落，这样对无人机提出更高的要求，因为摄像头本身的重量比较重，无人机自身的重量，电池的重量，再加上摄像头的重量，对无人机来说，需要很重的电池才能保证无人机执行任务的往返；摄像头安装在无人机上影响无人机的续航距离；第二，现有技术计算过程都是在无人机上，无人机来进行算法的计算，算法需要很大的功耗，这样对无人机的电池也提出了很大的挑战；第三，现有技术的摄像头安装在无人机上，无人机在飞行的过程中，若遇到风沙环境，会造成无人机飞行不稳，从而影响摄像头的拍照角度和拍照精度，从而对无人机的精准降落带来影响。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供基于图像处理的无人机飞行降落系统及方法，依靠图像处理方法，实现了多旋翼无人机全天候厘米级精准降落功能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于图像处理的无人机飞行降落系统，包括：无人机和无人机起落站，所述无人机起落站包括载物台，所述载物台安放在地面上，所述载物台上面安装辅助无人机降落的精确定位及固定装置，所述辅助无人机降落的精确定位及固定装置上安装云台，所述云台上安装摄像头，所述摄像头镜头朝上，所述摄像头的光轴竖直向上，所述摄像头与计算机连接；所述计算机控制摄像头进行拍照；所述计算机通过第一无线数据传输模块与无人机进行通信；所述计算机还与显示终端连接；所述无人机包括机载数据处理模块，所述机载数据处理模块与飞行控制系统和第二无线数据传输模块连接，所述飞行控制系统与无人机上搭载的GPS接收模块连接，所述无人机机臂上全部覆盖荧光贴纸，在无人机垂直下降的过程中，无人机向计算机发出降落引导请求，计算机接收到降落引导请求后，计算机控制摄像头拍摄无人机的图像，然后计算机对图像进行处理，得到无人机当前位置，计算机根据无人机当前位置向无人机发出降落指令；所述无人机依据降落指令最后降落在辅助无人机降落的精确定位及固定装置上，所述机载数据处理模块还通过第二无线数据传输模块与无人机起落站的第一无线数据传输模块通信；所述无人机还包括电池，所述电池为机载数据处理模块、飞行控制系统和第二无线数据传输模块供电。所述云台为自稳定云台。所述摄像头拍摄照片的上方为实际方向南方。所述摄像头的广角为90度或90度以上，所述摄像头的分辨率为800*600。所述无人机为多旋翼无人机，无人机的轴距为L1。所述无人机起落站设有雾灯光源，所述雾灯光源的照射方向是正上方在起落站检测到背景能见度差时打开。所述荧光贴纸起到反光作用。一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，该装置包括定位槽，通过多个限位槽的设置，对无人机的机翼位置进行准确定位。一种辅助无人机降落的精确定位及固定装置，包括至少两个的一种辅助无人机降落的精确限位槽，限位槽的底部设于固定台上，在固定台的中部设置有标识点，无人机通过标识点对无人机机芯进行定位，固定台为凹槽结构设置，便于对后续固定桩、滑杆的容纳，竖直面或者支架沿着固定台的圆周方向布置。该定位装置中，无人机利用控制系统实现了粗定位，粗定位在距离降落平台垂直距离5--10cm的区间内自由下落。精确定位装置中的限位槽可引导无人机利用惯性降落达到精确定位并固定，这样在两个限位槽之间，可人工或者采用机械设备对无人机的电池进行更换，或者进行其他的后续工作。作为最优方案中，所述限位槽的数量与无人机机臂的数量相同，通过对每一个机翼的限位，可保证无人机位置降落的精度，控制在亚毫米级别。另一实施方式中，所述限位槽为两个时，相邻的两个限位槽间隔一无人机机臂设置，如四翼无人机，限位槽可对称设置两个，若为六翼无人机，限位槽可设置两个或者三个，间隔一个机翼或者两个机翼进行设置。若无人机携带摄像设备，在所述固定台的中部设置固定桩，所述标识点设于固定桩上，无人机携带的设想设备对标识点进行识别，识别速度快，或者，在固定桩表面设置摄像设备，摄像设备与控制器连接，以对无人机机芯进行粗定位，进一步地，所述固定台的底部与旋转机构固定以通过固定台的旋转来调节限位槽的位置，旋转机构可以是旋转电机，无人机通过标识点进行一个点的定位，相比于传统技术中对无人机机臂四个点、或者六个点均进行定位控制，实现降落速度快，有效保证了降落后的后续工作开展。该摄像设备设于固定桩上，有效减轻了无人机的重量，提高了无人机设备的飞行时间，控制器通过摄像设备对无人机机芯位置进行定位，以对无人机机芯进行定位，一个点的定位相对四个点的定位来说，定位相对容易，再配合四个机臂的粗定位，降落位置准确度较高。进一步地，为了提高该定位装置的适应性，适应不同机臂长度的无人机，在所述固定桩的圆周固定有滑杆，滑杆与滑块固定，滑块相对于滑杆可滑动，所述的限位槽固定于滑块上，以通过滑块的移动调节限位槽与固定桩之间的距离。所述滑块上设置紧固件，紧固件穿过滑块将滑块固定于滑杆上，这样的结构设置，可根据机臂的长度，调整滑块相对于滑杆的位置，也就实现了限位槽相对于固定桩也就是无人机机芯的位置。一种辅助无人机降落的精确限位槽，用于对无人机机臂进行限位，限位槽包括底部设置的平撑，平撑一侧与降落面连接，降落面为平面或曲面，降落面与平撑倾斜设置，无人机机臂支撑腿与降落面发生接触后，顺着降落面落入到平撑上实现精确定位，通过限位槽中降落面的设置，对无人机机臂进行限位，以提高降落的精度，该定位槽结构简单，定位精度高，可以达到亚毫米级。此外，在所述限位槽中平撑的另一侧设置第二降落面，第二降落面与平撑倾斜设置，降落面、平撑与第二降落面形成V型形状，这样两降落面从两个方向对无人机机臂的支撑腿进行限位控制，拓宽了应用范围，所述限位槽为空心倒立的圆台形状。或者，所述限位槽为U型，当无人机机臂支撑腿与U型的限位槽内壁发生碰撞，无人机机臂支撑腿顺着限位槽内部滑落至底部。所述降落面与所述第二降落面之间设置竖直面；进一步地，在一所述竖直面的顶部开有用于支撑无人机机臂的卡槽，通过卡槽的设置，无人机落入后，对无人机进行固定，卡槽的高度可以根据无人机的具体型号进行调节，一般情况下，卡槽的高度与大于等于无人机机臂的半径。所述竖直面与所述降落面连接，上述限位槽构成一个顶部开口的容纳空间，或者，所述竖直面设于所述降落面与所述第二降落面之间，当无人机降落时，若无人机机臂支撑腿位置发生偏本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于图像处理的无人机飞行降落系统，其特征是，包括：无人机和无人机起落站，所述无人机起落站包括载物台，所述载物台安放在地面上，所述载物台上面安装辅助无人机降落的精确定位及固定装置，所述辅助无人机降落的精确定位及固定装置上安装云台，所述云台上安装摄像头，所述摄像头镜头朝上，所述摄像头的光轴竖直向上，所述摄像头与计算机连接；所述计算机控制摄像头进行拍照；所述计算机通过第一无线数据传输模块与无人机进行通信；所述计算机还与显示终端连接；所述无人机包括机载数据处理模块，所述机载数据处理模块与飞行控制系统和第二无线数据传输模块连接，所述飞行控制系统与无人机上搭载的GPS接收模块连接，所述无人机机臂上全部覆盖荧光贴纸，在无人机垂直下降的过程中，无人机向计算机发出降落引导请求，计算机接收到降落引导请求后，计算机控制摄像头拍摄无人机的图像，然后计算机对图像进行处理，得到无人机当前位置，计算机根据无人机当前位置向无人机发出降落指令；所述无人机依据降落指令最后降落在辅助无人机降落的精确定位及固定装置上，所述机载数据处理模块还通过第二无线数据传输模块与无人机起落站的第一无线数据传输模块通信；所述无人机还包括电池，所述电池为机载数据处理模块、飞行控制系统和第二无线数据传输模块供电。...

【技术特征摘要】
1.基于图像处理的无人机飞行降落系统，其特征是，包括：无人机和无人机起落站，所述无人机起落站包括载物台，所述载物台安放在地面上，所述载物台上面安装辅助无人机降落的精确定位及固定装置，所述辅助无人机降落的精确定位及固定装置上安装云台，所述云台上安装摄像头，所述摄像头镜头朝上，所述摄像头的光轴竖直向上，所述摄像头与计算机连接；所述计算机控制摄像头进行拍照；所述计算机通过第一无线数据传输模块与无人机进行通信；所述计算机还与显示终端连接；所述无人机包括机载数据处理模块，所述机载数据处理模块与飞行控制系统和第二无线数据传输模块连接，所述飞行控制系统与无人机上搭载的GPS接收模块连接，所述无人机机臂上全部覆盖荧光贴纸，在无人机垂直下降的过程中，无人机向计算机发出降落引导请求，计算机接收到降落引导请求后，计算机控制摄像头拍摄无人机的图像，然后计算机对图像进行处理，得到无人机当前位置，计算机根据无人机当前位置向无人机发出降落指令；所述无人机依据降落指令最后降落在辅助无人机降落的精确定位及固定装置上，所述机载数据处理模块还通过第二无线数据传输模块与无人机起落站的第一无线数据传输模块通信；所述无人机还包括电池，所述电池为机载数据处理模块、飞行控制系统和第二无线数据传输模块供电。2.如权利要求1所述的基于图像处理的无人机飞行降落系统，其特征是，所述辅助无人机降落的精确定位及固定装置，该装置包括定位槽，通过多个限位槽的设置，对无人机的机翼位置进行准确定位。3.如权利要求1所述的基于图像处理的无人机飞行降落系统，其特征是，所述辅助无人机降落的精确定位及固定装置，包括至少两个的一种辅助无人机降落的精确限位槽，限位槽的底部设于固定台上，在固定台的中部设置有标识点，无人机通过标识点对无人机机芯进行定位，固定台为凹槽结构设置，便于对后续固定桩、滑杆的容纳，竖直面或者支架沿着固定台的圆周方向布置；所述固定台的中部设置固定桩；在所述固定桩的圆周固定有滑杆，滑杆与滑块固定，滑块相对于滑杆可滑动，所述的限位槽固定于滑块上，以通过滑块的移动调节限位槽与固定桩之间的距离；所述滑块上设置紧固件，紧固件穿过滑块将滑块固定于滑杆上。4.如权利要求3所述的基于图像处理的无人机飞行降落系统，其特征是，限位槽，用于对无人机机臂进行限位，限位槽包括底部设置的平撑，平撑一侧与降落面连接，降落面为平面或曲面，降落面与平撑倾斜设置，无人机机臂支撑腿与降落面发生接触后，顺着降落面落入到平撑上实现精确定位，通过限位槽中降落面的设置，对无人机机臂进行限位，以提高降落的精度，该定位槽结构简单，定位精度高，可以达到亚毫米级；此外，在所述限位槽中平撑的另一侧设置第二降落面，第二降落面与平撑倾斜设置，降落面、平撑与第二降落面形成V型形状，这样两降落面从两个方向对无人机机臂的支撑腿进行限位控制，拓宽了应用范围，所述限位槽为空心倒立的圆台形状；或者，所述限位槽为U型，当无人机机臂支撑腿与U型的限位槽内壁发生碰撞，无人机机臂支撑腿顺着限位槽内部滑落至底部；所述降落面与所述第二降落面之间设置竖直面；进一步地，在一所述竖直面的顶部开有用于支撑无人机机臂的卡槽，通过卡槽的设置，无人机落入后，对无人机进行固定，卡槽的高度可以根据无人机的具体型号进行调节，一般情况下，卡槽的高度与大于等于无人机机臂的半径；所述竖直面与所述降落面连接，上述限位槽构成一个顶部开口的容纳空间，或者，所述竖直面设于所述降落面与所述第二降落面之间，当无人机降落时，若无人机机臂支撑腿位置发生偏斜，限位槽中的降落面内表面与无人机机臂支撑腿底部发生接触，支撑腿受力向下降落落入到平撑上进行支撑，而两边的降落面也就是V型形状设置的原因，对支撑腿进行限位，实现了无人机的精确定位，支架顶部的卡槽在无人机位置降落后，对机臂进行有效支撑和固定，有效保障无人机降落的位置。5.基于图像处理的无人机飞行降落方法，其特征是，包括如下步骤：步骤(a1)：无人机进...

【专利技术属性】
技术研发人员：马思乐，丁为杰，王军峰，孙文旭，王兴元，陈祥海，丁为飞，陈远方，赵月，马晓静，张佰顺，李金刚，王勇，
申请(专利权)人：山东大学，济南华奥控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37