小型无人直升机航拍系统设计与实现

发布时间：2017-04-05 15:03

  本文关键词：小型无人直升机航拍系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无人直升机与固定翼飞机相比，有很多优点：不受地形限制，能够垂直起飞和降落，能够迅速改变航向且能在定点悬停，能够贴地飞行。这些优点使得直升机在军事侦察、地形测绘、喷洒农药等方面有着广泛的应用前景。 航拍系统是自主飞行小型无人直升机的一个重要任务系统。它能够拍摄直升机周围环境，将视频图像传输回地面站显示，并且可以控制航拍云台姿态，改变航拍范围；它能够识别图像中的特定目标，实现目标追踪。 本文的主要研究内容和成果有： 1)航拍系统设计。包括：图像采集模块、主控模块、通信模块、地面监控模块、航拍云台控制模块、基于图像自主降落模块、目标追踪模块。在本航拍系统中采用两套航拍设计方案。其一是采用模拟摄像头进行视频的拍摄与传输，其二是采用数字摄像头进行视频的拍摄、处理与传输。 2)航拍云台控制，能够实时、精确的控制航拍云台的姿态，可以拍摄、显示指定范围航拍图像。航拍云台控制也是基于图像自主降落和目标追踪技术实现的基础。 3)基于图像的自主降落技术，直升机降落时，航拍系统能够实时监测直升机与目标降落点的距离和高度。航拍系统通过识别二维码判断直升机要降落的地点，，并通过识别二维码计算出直升机与地面的距离和高度，控制直升机自主降落。 4)航拍系统软件的设计与实现。包括图像处理算法、控制算法、数据传输算法以及地面站控制监控系统软件。 本文设计与实现的小型无人直升机航拍系统，能够流畅传输视频图像，精确控制航拍云台，拍摄直升机周围环境。而基于图像的直升机降落控制方法，为增强无人直升机的机动适应性创造了条件。
【关键词】：小型无人直升机 航拍系统 图像识别 拍摄云台
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V245.6;V275.1
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 论文研究目标9-10
• 1.3 国内外研究与发展现状10-14
• 1.4 关键技术介绍14-15
• 1.5 章节安排15-17
• 2 相关技术介绍17-23
• 2.1 云台控制相关技术17-19
• 2.1.1 PWM 信号17-18
• 2.1.2 舵机控制原理18
• 2.1.3 角度传感器18-19
• 2.2 基于图像自主降落相关技术19-20
• 2.3 软件相关技术20-21
• 2.3.1 OpenCV 与 Qt20-21
• 2.3.2 无线通信21
• 2.4 本章小结21-23
• 3 航拍系统硬件架构设计23-31
• 3.1 模拟视频航拍系统23-25
• 3.1.1 模拟摄像头23-24
• 3.1.2 视频发射器、视频接收器24-25
• 3.2 数字视频航拍系统25-30
• 3.2.1 数字摄像头26-27
• 3.2.2 航拍云台27
• 3.2.3 Arduino Mega 256027
• 3.2.4 图像处理器27-29
• 3.2.5 无线通信29-30
• 3.2.6 地面站30
• 3.3 本章总结30-31
• 4 关键技术31-47
• 4.1 航拍云台控制31-37
• 4.1.1 Arduino 简介31
• 4.1.2 航拍云台姿态31-32
• 4.1.3 Arduino 控制32-33
• 4.1.4 云台控制软件33-35
• 4.1.5 云台控制实验35-37
• 4.2 基于图像自主降落37-46
• 4.2.1 像素坐标系到相机坐标系的转换37-40
• 4.2.2 相机坐标系原点在 QR 坐标系中的坐标40-42
• 4.2.3 QR 坐标系原点在直升机坐标系中的位置42
• 4.2.4 控制直升机降落42-44
• 4.2.5 软件实现44-45
• 4.2.6 基于图像自主降落的精度45-46
• 4.3 本章小结46-47
• 5 航拍系统软件设计与实现47-61
• 5.1 机载软件的设计与实现47-54
• 5.1.1 机载软件架构图与类图47-48
• 5.1.2 visualserver 类-主控模块48-49
• 5.1.3 transferdaemon 类-通信模块49-50
• 5.1.4 cameradaemon 类-图像采集模块50-51
• 5.1.5 targettrack 类-目标追踪模块51-53
• 5.1.6 ptzControl 类-云台控制模块53
• 5.1.7 callLandTarget 类-基于图像降落模块53-54
• 5.2 地面站软件的设计与实现54-59
• 5.2.1 主界面54-55
• 5.2.2 clienttransfer 类-通信模块55-56
• 5.2.3 remoteimageview 类-远程图像显示模块56-58
• 5.2.4 localimageview 类-本地图像显示模块58
• 5.2.5 地面站软件信号和槽的连接58-59
• 5.3 本章小结59-61
• 6 航拍系统实验验证61-75
• 6.1 基于图像的自主降落精度实验61-62
• 6.2 基于图像降落识别范围实验62-67
• 6.2.1 x 轴方向 QR 二维码宽度对识别范围的影响62-63
• 6.2.2 y 轴方向 QR 二维码宽度对识别范围的影响63-64
• 6.2.3 z 轴方向 QR 二维码宽度对识别范围的影响64-65
• 6.2.4 QR 二维码宽度与识别范围的关系65-67
• 6.3 基于图像降落路径实验67-68
• 6.4 模拟视频航拍系统性能测试68-69
• 6.5 数字视频航拍系统性能测试与验证69-73
• 6.6 本章小结73-75
• 7 总结和展望75-77
• 7.1 本文总结75
• 7.2 未来工作展望75-77
• 参考文献77-80
• 致谢80-81
• 攻读学位期间发表的学术论文目录81-83

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