小型無(wú)人直升機(jī)航拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
本文關(guān)鍵詞:小型無(wú)人直升機(jī)航拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】:無(wú)人直升機(jī)與固定翼飛機(jī)相比,有很多優(yōu)點(diǎn):不受地形限制,能夠垂直起飛和降落,能夠迅速改變航向且能在定點(diǎn)懸停,能夠貼地飛行。這些優(yōu)點(diǎn)使得直升機(jī)在軍事偵察、地形測(cè)繪、噴灑農(nóng)藥等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。 航拍系統(tǒng)是自主飛行小型無(wú)人直升機(jī)的一個(gè)重要任務(wù)系統(tǒng)。它能夠拍攝直升機(jī)周圍環(huán)境,將視頻圖像傳輸回地面站顯示,并且可以控制航拍云臺(tái)姿態(tài),改變航拍范圍;它能夠識(shí)別圖像中的特定目標(biāo),實(shí)現(xiàn)目標(biāo)追蹤。 本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果有: 1)航拍系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括:圖像采集模塊、主控模塊、通信模塊、地面監(jiān)控模塊、航拍云臺(tái)控制模塊、基于圖像自主降落模塊、目標(biāo)追蹤模塊。在本航拍系統(tǒng)中采用兩套航拍設(shè)計(jì)方案。其一是采用模擬攝像頭進(jìn)行視頻的拍攝與傳輸,其二是采用數(shù)字?jǐn)z像頭進(jìn)行視頻的拍攝、處理與傳輸。 2)航拍云臺(tái)控制,能夠?qū)崟r(shí)、精確的控制航拍云臺(tái)的姿態(tài),可以拍攝、顯示指定范圍航拍圖像。航拍云臺(tái)控制也是基于圖像自主降落和目標(biāo)追蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。 3)基于圖像的自主降落技術(shù),直升機(jī)降落時(shí),航拍系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)直升機(jī)與目標(biāo)降落點(diǎn)的距離和高度。航拍系統(tǒng)通過識(shí)別二維碼判斷直升機(jī)要降落的地點(diǎn),,并通過識(shí)別二維碼計(jì)算出直升機(jī)與地面的距離和高度,控制直升機(jī)自主降落。 4)航拍系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。包括圖像處理算法、控制算法、數(shù)據(jù)傳輸算法以及地面站控制監(jiān)控系統(tǒng)軟件。 本文設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的小型無(wú)人直升機(jī)航拍系統(tǒng),能夠流暢傳輸視頻圖像,精確控制航拍云臺(tái),拍攝直升機(jī)周圍環(huán)境。而基于圖像的直升機(jī)降落控制方法,為增強(qiáng)無(wú)人直升機(jī)的機(jī)動(dòng)適應(yīng)性創(chuàng)造了條件。
【關(guān)鍵詞】:小型無(wú)人直升機(jī) 航拍系統(tǒng) 圖像識(shí)別 拍攝云臺(tái)
【學(xué)位授予單位】:上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2013
【分類號(hào)】:V245.6;V275.1
【目錄】:
- 摘要3-4
- ABSTRACT4-9
- 1 緒論9-17
- 1.1 引言9
- 1.2 論文研究目標(biāo)9-10
- 1.3 國(guó)內(nèi)外研究與發(fā)展現(xiàn)狀10-14
- 1.4 關(guān)鍵技術(shù)介紹14-15
- 1.5 章節(jié)安排15-17
- 2 相關(guān)技術(shù)介紹17-23
- 2.1 云臺(tái)控制相關(guān)技術(shù)17-19
- 2.1.1 PWM 信號(hào)17-18
- 2.1.2 舵機(jī)控制原理18
- 2.1.3 角度傳感器18-19
- 2.2 基于圖像自主降落相關(guān)技術(shù)19-20
- 2.3 軟件相關(guān)技術(shù)20-21
- 2.3.1 OpenCV 與 Qt20-21
- 2.3.2 無(wú)線通信21
- 2.4 本章小結(jié)21-23
- 3 航拍系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)23-31
- 3.1 模擬視頻航拍系統(tǒng)23-25
- 3.1.1 模擬攝像頭23-24
- 3.1.2 視頻發(fā)射器、視頻接收器24-25
- 3.2 數(shù)字視頻航拍系統(tǒng)25-30
- 3.2.1 數(shù)字?jǐn)z像頭26-27
- 3.2.2 航拍云臺(tái)27
- 3.2.3 Arduino Mega 256027
- 3.2.4 圖像處理器27-29
- 3.2.5 無(wú)線通信29-30
- 3.2.6 地面站30
- 3.3 本章總結(jié)30-31
- 4 關(guān)鍵技術(shù)31-47
- 4.1 航拍云臺(tái)控制31-37
- 4.1.1 Arduino 簡(jiǎn)介31
- 4.1.2 航拍云臺(tái)姿態(tài)31-32
- 4.1.3 Arduino 控制32-33
- 4.1.4 云臺(tái)控制軟件33-35
- 4.1.5 云臺(tái)控制實(shí)驗(yàn)35-37
- 4.2 基于圖像自主降落37-46
- 4.2.1 像素坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換37-40
- 4.2.2 相機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)在 QR 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)40-42
- 4.2.3 QR 坐標(biāo)系原點(diǎn)在直升機(jī)坐標(biāo)系中的位置42
- 4.2.4 控制直升機(jī)降落42-44
- 4.2.5 軟件實(shí)現(xiàn)44-45
- 4.2.6 基于圖像自主降落的精度45-46
- 4.3 本章小結(jié)46-47
- 5 航拍系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)47-61
- 5.1 機(jī)載軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)47-54
- 5.1.1 機(jī)載軟件架構(gòu)圖與類圖47-48
- 5.1.2 visualserver 類-主控模塊48-49
- 5.1.3 transferdaemon 類-通信模塊49-50
- 5.1.4 cameradaemon 類-圖像采集模塊50-51
- 5.1.5 targettrack 類-目標(biāo)追蹤模塊51-53
- 5.1.6 ptzControl 類-云臺(tái)控制模塊53
- 5.1.7 callLandTarget 類-基于圖像降落模塊53-54
- 5.2 地面站軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)54-59
- 5.2.1 主界面54-55
- 5.2.2 clienttransfer 類-通信模塊55-56
- 5.2.3 remoteimageview 類-遠(yuǎn)程圖像顯示模塊56-58
- 5.2.4 localimageview 類-本地圖像顯示模塊58
- 5.2.5 地面站軟件信號(hào)和槽的連接58-59
- 5.3 本章小結(jié)59-61
- 6 航拍系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證61-75
- 6.1 基于圖像的自主降落精度實(shí)驗(yàn)61-62
- 6.2 基于圖像降落識(shí)別范圍實(shí)驗(yàn)62-67
- 6.2.1 x 軸方向 QR 二維碼寬度對(duì)識(shí)別范圍的影響62-63
- 6.2.2 y 軸方向 QR 二維碼寬度對(duì)識(shí)別范圍的影響63-64
- 6.2.3 z 軸方向 QR 二維碼寬度對(duì)識(shí)別范圍的影響64-65
- 6.2.4 QR 二維碼寬度與識(shí)別范圍的關(guān)系65-67
- 6.3 基于圖像降落路徑實(shí)驗(yàn)67-68
- 6.4 模擬視頻航拍系統(tǒng)性能測(cè)試68-69
- 6.5 數(shù)字視頻航拍系統(tǒng)性能測(cè)試與驗(yàn)證69-73
- 6.6 本章小結(jié)73-75
- 7 總結(jié)和展望75-77
- 7.1 本文總結(jié)75
- 7.2 未來(lái)工作展望75-77
- 參考文獻(xiàn)77-80
- 致謝80-81
- 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄81-83
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