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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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  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。



本文编号:287185

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