基于ROS的无人机目标检测及视觉定位系统
发布时间：2021-11-01 08:10
无人机技术的飞速发展,使得各行各业对于无人机的自主飞行技术提出了更多的要求,未来无人机的飞行智能化水平也将逐步得到提高。在一些特定的领域,例如洋流勘测、考古探测、地质斟探等,无人机总能在关键时刻起到人类所无法替代的作用。计算机视觉技术不断发展,近些年的深度学习在计算机视觉方面更是发展迅猛,同时伴随硬件的推出,使得在边缘端处理密集型数据计算任务成为趋势。因此在无人机上搭载嵌入式GPU平台TX2,使用计算机视觉的技术,利用深度学习的方法进行目标检测的识别和视觉定位,开发出一种无人机目标检测及视觉定位的系统,其不仅有实际的工程价值,更具有重要的社会意义。本文旨在设计和实现一个基于ROS无人机的目标检测及视觉定位的通用系统,其通过利用大疆的行业应用机M210配备机载相机Zenmuse X5S,搭载英伟达的嵌入式GPU平台TX2核心板套件作为硬件平台,TX2上装配英伟达专属JetPack4.1包,并搭建ROS机器人操作系统的工作空间。以ROS为基础的工作空间上,开发实现的无人机场景应用的所需功能。本文的主要工作包括以下几个方面:首先基于TX2平台搭建ROS环境工作空间,将DJI Onboard ...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２基于ＲＯＳ的移动机器人协作控制??国家信息无障碍工程研发中心对于轮椅室内导航的研宄也是基于Ｒ０Ｓ平台??
?山东大学硕士学位论文???一台可编程机器人于１９５６年诞生，科技的发展使得机器人的演变日新月异，一??直到如今的第三代高级智能机器人。新一代智能机器人正在朝着自治，学习，交??互，适应性和协作的方向发展［６，７］。智能机器人软件系统的作用至关重要［８］，其中??ＲＯＳ［９］占有重要地位［１０，】”。??斯坦福大学的研发人员于２００７年发现运行着ＲＯＳ系统的ＰＲ２机器人的性??能与之前相比得到了大幅提升［１２］，ＲＯＳ便起源于此，同时研发人员还建立了?ＲＯＳ??社区以促进其功能的不断改进。??二—ｒ?－—??图１－１运行ＲＯＳ系统机器人的ＰＲ２机器人??目前，全球从事ＲＯＳ研究的科研机构己经超过５０家。史蒂夫考辛斯于２０１４??年发表了一篇论文，论文阐述了?ＲＯＳ系统分布式架构的特点，并讲解了如何构??建复杂的机器人系统。根据其想法，人们可以设计一种商用医疗机器人，这种机??器人具有远程操作的功能，可以帮助重度残疾患者实现户外运动的梦想［１３］。??如图１－２所示，为解决多机器人协作与控制问题，科英布拉大学研究团队基??于ＲＯＳ网络提出了一种精准灵活的控制算法。其具体研究内容包括优化中心协??作控制算法、建立交互节点、感知环境信息等，实验结果也证明了?ＲＯＳ网络在??处理多机器人协作与控制问题上有着更加高效的性能［１４】。??ｍｍ??图１－２基于ＲＯＳ的移动机器人协作控制??国家信息无障碍工程研发中心对于轮椅室内导航的研宄也是基于Ｒ０Ｓ平台??进行的，另外他们还开发了基于Ｒ０Ｓ平台的自主语音导航系统，这对于导航路??２??
?山东大学硕士学位论文???第２章系统需求分析与方案设计??本章首先阐述场景需求，分析本文系统下的需求任务。然后基于无人机的应??用场景进行系统方案设计，最后介绍本文针对无人机场景下和移动端的通信协议??设计。??２．１无人机目标检测及视觉定位系统需求分析??无人机应用场景主要包括三个方面，一个是对目标物体的实时检测，另一个??是利用视觉对无人机本身的空间位置定位，最后需要将目标检测和视觉定位的结??果发送到移动端，结果将用以后续的使用和云存储。??（１）目标检测。在很多特点场景下，人无法到达或者人工搜寻成本过高，效??率也很低。所以在农业，建筑，公共安全和安全等领域，急需使用无人机对目标??物体进行快速有效的寻找定位，实时获取结果。??…Ｔｉｄ??图２－１无人机视角目标检测??（２）视觉定位。当前无人机的使用都依靠飞手的手动方式进行起飞、控制和??降落，不同环境和不同飞手都存在着巨大的安全隐患。如果无人机可以实现精准??的空间位置定位，无人机将完全可以实现自主起飞、巡航和降落，不仅大大提高??了安全性，更解放了人工飞手。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双目技术的无人机自主三维定位方法研究[J]. 余莎莎,黄浩,刘泱杰,胡永明,顾豪爽. 计算机测量与控制. 2018(09)
[2]无人机的发展现状与趋势[J]. 姚思浩. 电子制作. 2018(01)
[3]基于前后双摄像头的鲁棒视觉里程计算法[J]. 施啸天,张宇,方舟. 计算机工程与科学. 2017(10)
[4]基于动态模板匹配的运动目标识别[J]. 田军委,牛秀娟,赵彦飞. 机械与电子. 2017(01)
[5]基于改进高斯混合模型的自适应前景提取[J]. 赵亚欣,蔡华杰,赵怀勋,谢跃辉. 计算机应用与软件. 2016(11)
[6]多旋翼无人机研究现状与发展趋势探讨[J]. 代君,管宇峰,任淑红. 赤峰学院学报(自然科学版). 2016(16)
[7]基于ROS平台的六自由度机械臂运动规划[J]. 孟韶南,梁雁冰,师恒. 上海交通大学学报. 2016(S1)
[8]基于改进的帧间差分运动目标提取算法[J]. 赵婷,郑紫微. 无线通信技术. 2016(02)
[9]基于改进背景差分法的运动物体检测的研究[J]. 沈剑雷,夏定纯. 通信电源技术. 2016(02)
[10]基于ROS的空间机器人人机交互系统设计[J]. 左轩尘,韩亮亮,庄杰,石琪琦,黄炜. 计算机工程与设计. 2015(12)
博士论文
[1]基于无源信标的移动机器人室内定位技术研究[D]. 李月华.浙江大学 2018
硕士论文
[1]基于前后相机视觉信息融合的移动机器人局部定位算法[D]. 冯振.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于嵌入式异构GPU平台的实时目标检测系统设计[D]. 柳佳园.山东大学 2019
[3]基于ROS的手部运动功能评测及康复训练系统设计[D]. 宋奇.郑州大学 2019
[4]基于TX2的手扶电梯智能视频监控系统的设计与实现[D]. 吴啟超.华南理工大学 2019
本文编号：3469818
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２基于ＲＯＳ的移动机器人协作控制??国家信息无障碍工程研发中心对于轮椅室内导航的研宄也是基于Ｒ０Ｓ平台??
?山东大学硕士学位论文???一台可编程机器人于１９５６年诞生，科技的发展使得机器人的演变日新月异，一??直到如今的第三代高级智能机器人。新一代智能机器人正在朝着自治，学习，交??互，适应性和协作的方向发展［６，７］。智能机器人软件系统的作用至关重要［８］，其中??ＲＯＳ［９］占有重要地位［１０，】”。??斯坦福大学的研发人员于２００７年发现运行着ＲＯＳ系统的ＰＲ２机器人的性??能与之前相比得到了大幅提升［１２］，ＲＯＳ便起源于此，同时研发人员还建立了?ＲＯＳ??社区以促进其功能的不断改进。??二—ｒ?－—??图１－１运行ＲＯＳ系统机器人的ＰＲ２机器人??目前，全球从事ＲＯＳ研究的科研机构己经超过５０家。史蒂夫考辛斯于２０１４??年发表了一篇论文，论文阐述了?ＲＯＳ系统分布式架构的特点，并讲解了如何构??建复杂的机器人系统。根据其想法，人们可以设计一种商用医疗机器人，这种机??器人具有远程操作的功能，可以帮助重度残疾患者实现户外运动的梦想［１３］。??如图１－２所示，为解决多机器人协作与控制问题，科英布拉大学研究团队基??于ＲＯＳ网络提出了一种精准灵活的控制算法。其具体研究内容包括优化中心协??作控制算法、建立交互节点、感知环境信息等，实验结果也证明了?ＲＯＳ网络在??处理多机器人协作与控制问题上有着更加高效的性能［１４】。??ｍｍ??图１－２基于ＲＯＳ的移动机器人协作控制??国家信息无障碍工程研发中心对于轮椅室内导航的研宄也是基于Ｒ０Ｓ平台??进行的，另外他们还开发了基于Ｒ０Ｓ平台的自主语音导航系统，这对于导航路??２??
?山东大学硕士学位论文???第２章系统需求分析与方案设计??本章首先阐述场景需求，分析本文系统下的需求任务。然后基于无人机的应??用场景进行系统方案设计，最后介绍本文针对无人机场景下和移动端的通信协议??设计。??２．１无人机目标检测及视觉定位系统需求分析??无人机应用场景主要包括三个方面，一个是对目标物体的实时检测，另一个??是利用视觉对无人机本身的空间位置定位，最后需要将目标检测和视觉定位的结??果发送到移动端，结果将用以后续的使用和云存储。??（１）目标检测。在很多特点场景下，人无法到达或者人工搜寻成本过高，效??率也很低。所以在农业，建筑，公共安全和安全等领域，急需使用无人机对目标??物体进行快速有效的寻找定位，实时获取结果。??…Ｔｉｄ??图２－１无人机视角目标检测??（２）视觉定位。当前无人机的使用都依靠飞手的手动方式进行起飞、控制和??降落，不同环境和不同飞手都存在着巨大的安全隐患。如果无人机可以实现精准??的空间位置定位，无人机将完全可以实现自主起飞、巡航和降落，不仅大大提高??了安全性，更解放了人工飞手。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双目技术的无人机自主三维定位方法研究[J]. 余莎莎,黄浩,刘泱杰,胡永明,顾豪爽. 计算机测量与控制. 2018(09)
[2]无人机的发展现状与趋势[J]. 姚思浩. 电子制作. 2018(01)
[3]基于前后双摄像头的鲁棒视觉里程计算法[J]. 施啸天,张宇,方舟. 计算机工程与科学. 2017(10)
[4]基于动态模板匹配的运动目标识别[J]. 田军委,牛秀娟,赵彦飞. 机械与电子. 2017(01)
[5]基于改进高斯混合模型的自适应前景提取[J]. 赵亚欣,蔡华杰,赵怀勋,谢跃辉. 计算机应用与软件. 2016(11)
[6]多旋翼无人机研究现状与发展趋势探讨[J]. 代君,管宇峰,任淑红. 赤峰学院学报(自然科学版). 2016(16)
[7]基于ROS平台的六自由度机械臂运动规划[J]. 孟韶南,梁雁冰,师恒. 上海交通大学学报. 2016(S1)
[8]基于改进的帧间差分运动目标提取算法[J]. 赵婷,郑紫微. 无线通信技术. 2016(02)
[9]基于改进背景差分法的运动物体检测的研究[J]. 沈剑雷,夏定纯. 通信电源技术. 2016(02)
[10]基于ROS的空间机器人人机交互系统设计[J]. 左轩尘,韩亮亮,庄杰,石琪琦,黄炜. 计算机工程与设计. 2015(12)
博士论文
[1]基于无源信标的移动机器人室内定位技术研究[D]. 李月华.浙江大学 2018
硕士论文
[1]基于前后相机视觉信息融合的移动机器人局部定位算法[D]. 冯振.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于嵌入式异构GPU平台的实时目标检测系统设计[D]. 柳佳园.山东大学 2019
[3]基于ROS的手部运动功能评测及康复训练系统设计[D]. 宋奇.郑州大学 2019
[4]基于TX2的手扶电梯智能视频监控系统的设计与实现[D]. 吴啟超.华南理工大学 2019
本文编号：3469818
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