一种用于多旋翼飞行器的图像程控采集方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种用于多旋翼飞行器的图像程控采集方法，涉及无人机技术领域，能够缓减依靠人员靠近现场再进行手动控制以完成巡检作业的问题。本发明专利技术包括：图像采集设备安装在多旋翼飞行器上，利用图像采集设备采集特定路径上的图像信息，并通过无线网络发送给地面站内的图像接收模块；地面站内的程控飞行模块根据地面站内环境构建模块的输出结果设定航路点；并将航路点信息通过无线网络发送给多旋翼飞行器；多旋翼飞行器上的飞行控制模块跟踪地面站输出的航路点。并通过运动捕捉设备获得精确的环境信息、航路点信息、飞行器的实时位置和姿态信息、采集图像的位置信息。本发明专利技术适用于卫星信号微弱的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种用于多旋翼飞行器的图像程控采集方法。
技术介绍
多旋翼飞行器由于具有结构简单、机动性强、垂直起降等诸多特点、并且在低速飞行和静态悬停等方面具有较大优势，特别适用于一些危险环境和特殊空间内，因此在军/民用领域都得到了广泛的应用。例如：在地震灾害和危化品事故爆炸的救援中，救灾部门已经开始大量使用多旋翼飞行器进行现场勘查、测绘等巡检作业。目前，多旋翼飞行器的飞行主要是通过人员远程控制，依靠卫星定位系统提供部分导航信息。但是，在各种灾害现场，由于辐射、烟雾、塌方地形以及破损后不规则的建筑结构等问题，严重影响了卫星定位系统的信号强度，比如：在高架桥和超长隧道这些区域中难以进行有效的定位导航，使得多旋翼飞行器难以有效用于高架桥和超长隧道的自动巡检作业，还是需要人员靠近现场再进行手动控制以完成巡检作业。这无疑会增加人员作业时的安全风险。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种用于多旋翼飞行器的图像程控采集方法，能够缓减依靠人员靠近现场再进行手动控制以完成巡检作业的问题。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：所述图像程控采集方法用于一种控制系统，所述控制系统包括：多旋翼飞行器、地面站和运动捕捉设备，所述多旋翼飞行器包括驱动模块、飞行控制模块和图像采集设备；所述地面站包括：环境构建模块、程控飞行设计模块、动捕定位导航模块和图像接收模块；所述图像程控采集方法包括：根据所述运动捕捉设备发送的信号，通过所述地面站的环境构建模块获取环境信息，并将所述环境信息向所述地面站的所述动捕定位导航模块、所述程控飞行设计模块和所述图像接收模块传输；通过所述地面站的所述动捕定位导航模块，根据所述环境信息得到所述多旋翼飞行器的飞行状态信息，并根据所述飞行状态信息得到导航信息，再将所述导航信息向所述多旋翼飞行器发送，所述飞行状态信息至少包括：姿态信息和速度信息，所述导航信息至少包括：所述多旋翼飞行器的位置信息、速度信息和姿态信息；通过所述地面站的所述程控飞行设计模块，根据所述环境信息设定航路点，并将设定得到的航路点通过无线网络向所述多旋翼飞行器发送；通过所述多旋翼飞行器的所述飞行控制模块，根据多旋翼飞行器的动力学模型，控制所述多旋翼飞行器按照所述航路点对应的路径飞行；通过所述多旋翼飞行器的所述图像采集设备，实时采集图像信息，并通过无线网络向所述地面站的所述图像接收模块发送。本专利技术实施例提供的用于多旋翼飞行器的图像程控采集方法，将图像采集设备安装在多旋翼飞行器上；地面站内的程控飞行模块根据地面站内环境构建模块的输出结果设定航路点；并将航路点信息通过无线网络发送给多旋翼飞行器；多旋翼飞行器上的飞行控制模块跟踪地面站输出的航路点；利用图像采集设备采集特定路径上的图像信息，并通过无线网络发送给地面站内的图像接收模块，实现多旋翼飞行器对特殊环境的图像程控采集功能。并通过运动捕捉设备获得精确的环境信息、航路点信息、飞行器的实时位置和姿态信息、采集图像的位置信息等。相对于传统需要卫星导航系统进行定位的多旋翼飞行器，本实施例使用运动捕捉设备为多旋翼飞行器提供高精度的环境信息、航路点信息、位置和姿态信息，代替了传统的机载传感器，使得多旋翼飞行器能够用于高架桥和超长隧道等卫星导航系统的信号强度微弱的特殊应用场合的自动巡检作业，缓减了依靠人员靠近现场再进行手动控制以完成巡检作业的问题，从而降低人员作业时的安全风险。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的系统架构示意图；图2a为本专利技术实施例提供的用于多旋翼飞行器的图像程控采集方法的流程示意图；图2b为本专利技术实施例提供的在系统中的具体执行过程的示意图；图3为本专利技术实施例提供的多旋翼飞行的动力学模型的示意图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。下文中将详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。本专利技术实施例提供一种用于多旋翼飞行器的图像程控采集方法，所述图像程控采集方法用于一种如图1所示的控制系统，所述控制系统包括：多旋翼飞行器、地面站和运动捕捉设备，所述多旋翼飞行器包括驱动模块、飞行控制模块和图像采集设备；所述地面站包括：环境构建模块、程控飞行设计模块、动捕定位导航模块和图像接收模块。其中，所述运动捕捉设备为光学式运动捕捉设备，由环绕所述多旋翼飞行器的飞行场地设置的多个高速相机组成。所述多旋翼飞行器的机架的轴距为450mm，并由碳纤维材料制成。所述多旋翼飞行器的处理器单元选用ARM处理器，具体型号为STM32F427ARMcortexM4三十二位处理器，核心频率168MHZ，配置256K的RAM和2MB的闪存。如图2a所示，所述图像程控采集方法包括：S1、根据所述运动捕捉设备发送的信号，通过所述地面站的环境构建模块获取环境信息，并将所述环境信息向所述地面站的所述动捕定位导航模块、所述程控飞行设计模块和所述图像接收模块传输。S2、通过所述地面站的所述动捕定位导航模块，根据所述环境信息得到所述多旋翼飞行器的飞行状态信息，并根据所述飞行状态信息得到导航信息，再将所述导航信息向所述多旋翼飞行器发送。其中，所述飞行状态信息至少包括：姿态信息和速度信息，所述导航信息至少包括：所述多旋翼飞行器的位置信息、速度信息和姿态信息。例如：如图2b所示的，如图1所示的控制系统的具体运行流程包括：飞行控制模块初始化，主要包括陀螺仪，加速度计等传感器的初始化、时钟的初始化和驱动系统的初始化等。图像采集设备初始化，主要包括图像采集系统初始化。环境构建模块初始化，主要包括根据运动捕捉设备的多视觉传感器仿照人类视觉系统对周围环境进行立体构建。在地面站的环境构建模块构建出类似于人类视觉感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多旋翼飞行器的图像程控采集方法，其特征在于，所述图像程控采集方法用于一种控制系统，所述控制系统包括：多旋翼飞行器、地面站和运动捕捉设备，所述多旋翼飞行器包括驱动模块、飞行控制模块和图像采集设备；所述地面站包括：环境构建模块、程控飞行设计模块、动捕定位导航模块和图像接收模块；所述图像程控采集方法包括：根据所述运动捕捉设备发送的信号，通过所述地面站的环境构建模块获取环境信息，并将所述环境信息向所述地面站的所述动捕定位导航模块、所述程控飞行设计模块和所述图像接收模块传输；通过所述地面站的所述动捕定位导航模块，根据所述环境信息得到所述多旋翼飞行器的飞行状态信息，并根据所述飞行状态信息得到导航信息，再将所述导航信息向所述多旋翼飞行器发送，所述飞行状态信息至少包括：姿态信息和速度信息，所述导航信息至少包括：所述多旋翼飞行器的位置信息、速度信息和姿态信息；通过所述地面站的所述程控飞行设计模块，根据所述环境信息设定航路点，并将设定得到的航路点通过无线网络向所述多旋翼飞行器发送；通过所述多旋翼飞行器的所述飞行控制模块，根据多旋翼飞行器的动力学模型，控制所述多旋翼飞行器按照所述航路点对应的路径飞行；通过所述多旋翼飞行器的所述图像采集设备，实时采集图像信息，并通过无线网络向所述地面站的所述图像接收模块发送。...

【技术特征摘要】
1.一种用于多旋翼飞行器的图像程控采集方法，其特征在于，所述图像程控采集方法用于一种控制系统，所述控制系统包括：多旋翼飞行器、地面站和运动捕捉设备，所述多旋翼飞行器包括驱动模块、飞行控制模块和图像采集设备；所述地面站包括：环境构建模块、程控飞行设计模块、动捕定位导航模块和图像接收模块；所述图像程控采集方法包括：根据所述运动捕捉设备发送的信号，通过所述地面站的环境构建模块获取环境信息，并将所述环境信息向所述地面站的所述动捕定位导航模块、所述程控飞行设计模块和所述图像接收模块传输；通过所述地面站的所述动捕定位导航模块，根据所述环境信息得到所述多旋翼飞行器的飞行状态信息，并根据所述飞行状态信息得到导航信息，再将所述导航信息向所述多旋翼飞行器发送，所述飞行状态信息至少包括：姿态信息和速度信息，所述导航信息至少包括：所述多旋翼飞行器的位置信息、速度信息和姿态信息；通过所述地面站的所述程控飞行设计模块，根据所述环境信息设定航路点，并将设定得到的航路点通过无线网络向所述多旋翼飞行器发送；通过所述多旋翼飞行器的所述飞行控制模块，根据多旋翼飞行器的动力学模型，控制所述多旋翼飞行器按照所述航路点对应的路径飞行；通过所述多旋翼飞行器的所述图像采集设备，实时采集图像信息，并通过无线网络向所述地面站的所述图像接收模块发送。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据多旋翼飞行器的动力学模型，控制所述多旋翼飞行器按照所述航路点对应的路径飞行，包括：建立所述多旋翼飞行器的动力学模型；通过所述多旋翼飞行器的所述飞行控制模块，根据所述飞行状态信息，实时更新所述多旋翼飞行器的姿态角；通过所述多旋翼飞行器的动力学模型，根据所述实时更新所述多旋翼飞行器的姿态角信息和所述位置信息，得到所述多旋翼飞行器各个旋翼的转速，并输出到所述多旋翼飞行器的所述驱动模块，由所述驱动模块驱动电机转动，驱使所述多旋翼飞行器跟踪地面站输出的航路点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多旋翼飞行的动力学模型，包括：x··=-(sinφsinψ+cosφsinθcosψ)bmΣi=14ωi2y··=-(-sinφcosψ+cosφsinθsinψ)bmΣi=14ωi2z··=-(cosφcosθ)bmΣi=14ωi2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑华清，曾庆化，陈维娜，赖际舟，陈超，朱华，贾峰，王天宇，戴宇庭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32