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                                                                                  基于视觉的无人直升机移动目的跟踪手艺研究

                                                                                  择要:实现无人直升机对移动方针的跟踪是一个较难的技能,针对这个题目,本文基于计较机视觉对无人直升机移动方针跟踪技能举办了研究。起首,计划了无人直升机跟踪移动方针的总体方案;其次,提出了一种快速辨认定位移动方针的图像处理赏罚算法,该算法运用了RGB三通道颜色疏散和外形匹配道理而且及时性好;最终,将计较机视觉应用到无人直升机对移动方针跟踪上,并通过尝试验证了其可行性,功效表白机载视觉技能可以或许很好地办理于无人直升机对移动方针的跟踪题目。

                                                                                  本文引用地点:

                                                                                  连年来跟着无人直升机节制技能不绝成长以及应用场所不绝扩大,实现无人直升机在移动方针上的自主下降已成为无人直升机成长的趋势,这将大大晋升无人直升机执行多种使命的手段,而实现该技能的要害在于对移动平台的跟踪。在文献和中已经对其举办了研究,但多半逗留在仿真验证阶段,还未在工程上实现。因此,本文把实现小型无人直升机移动方针辨认与跟踪技能作为研究重点。

                                                                                  实现无人直升机对移动方针的跟踪,其重点在于主动获取目尺度确的导航信息。当前用于无人机导航技能首要有惯性导航(INS),环球定位体系导航(GPS)、差分环球定位体系导航(DGPS)以及INS/GPS组合导航等,可是这些技能都不合用于这种场所。因此,本文将计较机视觉应用到无人直升机移动方针辨认定位与跟踪技能上。相对付其他引导方法,计较机视觉可以主动地得到视野内方针的相对行为信息,提供精确的位置信息,而且不依赖其余外部信息。

                                                                                  文中给出了基于呆板视觉的无人直升机移动方针辨认定位与跟踪方案计划,针对当前计较机视觉跟踪行为物体存在的题目,提出了一种快速捕获行为方针的图像处理赏罚算法,而且给出了详细实现进程,计划了小型无人直升机跟踪移动方针的节制布局,最后举办现实航行尝试。尝试功效验证了方案的可行性,表白计较机视觉可以或许很好地满意无人直升机对移动方针的跟踪。

                                                                                  1 方案计划

                                                                                  图1给出了基于计较机视觉的无人直升机跟踪移动方针体系的事变道理框图,该体系首要由两部门使命组成,一是计较机视觉对移动方针的辨认定位,二是节制无人直升机跟踪方针。起首,通过图像对摄像头获取的视频信号举办处理赏罚,到达辨认方针的目标并获得移动方针的行为信息。然后,把方针的行为信息传给无人直升机飞控计较机,颠末航行节制律解算后引导无人直升机跟踪移动方针。

                                                                                  a.jpg

                                                                                  2 方针辨认和定位

                                                                                  方针辨认和定位回收计较机视觉的要领,详细是从图像信号中自动辨认方针、提取和得到方针位置信息,着实现首要包罗图像获取、图像辨认、方针定位3个部门。因为方针移动,就必要动态捕获和跟踪移动方针,大大增进了技能实现的坚苦。一样平常跟踪动态方针的算法,如CAMSHIFT算法和基于粒子群优化的跟踪算法等,存在轻易丢失方针可能处理赏罚时刻较长及时性差的题目。文中提出了一种基于颜色和外形特性的快速辨认动态方针算法,起首计划了方针特性图案,然后给出了详细的实现进程。

                                                                                  2.1 方针特性图案

                                                                                  本文计划的方针特性图案从颜色和外形两方面思量,图2给出了移动方针以及特性图案,特性图案是赤色的凸型。颜色特性是常常用于方针跟踪且结果较好的视觉特性,选择赤色有利于视觉快速的捕获,把方针从配景中疏散出来。凸型外形既可以用作对方针的辨认,又可通过处理赏罚获得移动方针的行为信息。

                                                                                  b.jpg

                                                                                  2.2 图像处理赏罚算法

                                                                                  计较机视觉的处理赏罚进程是先对移动方针举办辨认,再获取方针的行为信息。文中的图像处理赏罚算法操作丌源的图像处理赏罚库函数OPENCV实现,按照提出的算法实现对特定颜色进

                                                                                  行快速捕获,对特性图案举办匹配辨认,最终获得移动方针的行为信息,图像处理赏罚软件流程图如图3所示。

                                                                                  c.jpg

                                                                                  快速捕获方针首要操作特性图案的颜色信息,一样平常摄像头收罗到的图像都是RGB名目标图像,也就是每一个像素都由红(R),绿(G),篮(B)3个因素构成,图像中每一个像素的RGB分量分派一个0~255范畴内的强度值,它们凭证差异的比例殽杂泛起16777216(256x256x256)种颜色,颜色立方体模子如图4所示。

                                                                                  快速捕获方针的图像处理赏罚算法起首通过对收罗的图像信息凭证RGB三通道举办颜色疏散,别离获得赤色R,绿色G,蓝色B单通道图像。然后用赤色R单通道图像值减去绿色G单通道图像值和蓝色B单通道图像值,再把绿色G单通道图像值和蓝色B单通道图像值赋0,最后把R,C,B三个单通道图像组合成一副新的三通道图像,图像中只有原本是赤色的地区照旧赤色,别的都为玄色。图5(a)给出了摄像头收罗的原始图片,图5(b)给出了处理赏罚后的图片,可以清晰地看到疏散出的凸型赤色地区。

                                                                                  d.jpg

                                                                                  对新图颠末灰度化,阈值化处理赏罚,提取出凸型赤色地区的外观,如图5(c)所示,最后通过Hu矩匹配,判定是否为方针的特性图案。假如是方针特性图案,通过外观上每个点在视野中的坐标计较出外观的形心坐标,即方针在视野中的坐标位置,按照图标的几许位置相关,就可以获得凸型符号的

                                                                                  偏向,即移动方针的行为偏向,如图5(d)所示。

                                                                                  文中提到了外观Hu矩匹配的要领,它对包罗缩放、旋转和镜像映射在内的变革具有稳固性,可以或许进步匹配的服从,不会由于直升机高度变革或姿态变革影响对方针的辨认。

                                                                                  3 无人直升机节制布局

                                                                                  在无人直升机跟踪移动方针进程中,我们但愿移动方针始终处在摄像头视野的正中间位置。详细节制进程是,当无人直升机吸取到视觉给出的方针在摄像头视野位置坐标后,飞控计较机按照摄像头成像道理,即小孔成像道理,以及摄像头间隔方针的现实高度,计较出方针与摄像头中心程度偏向XY轴的现实间隔,即现实的相对坐标位置,然后转换为机体坐标系下坐标,与祈望的相对位置坐标形成反馈,颠小节制律解算出舵机输出量,节制无人直升机不绝调解以减小位置偏差,从而最终实现无人直升机跟踪移动方针。其它,按照方针行为偏向可以预估方针的行为趋势,调解无人直升机的航行偏向,图6给出了直升机节制框图。

                                                                                  e.jpg

                                                                                  4 尝试功效及说明

                                                                                  针对提出的基于计较机视觉引导无人直升机跟踪移动方针技能,本文举办了现实夯叫验证。尝试中回收TREX600模子直升机,移动方针如图2所示。