光電目標(biāo)識(shí)別的救援無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

何瑞　滕道祥　劉愛(ài)云　胡梁倉(cāng)　徐傳杰　周文娟　顧文蓉

【摘 要】光電識(shí)別的救援無(wú)人飛行器實(shí)現(xiàn)投放救援物資，尤其針對(duì)災(zāi)害情況不明、危險(xiǎn)系數(shù)高、偏遠(yuǎn)等情況，使救援行動(dòng)更加靈活、智能、安全，最大程度減少不必要的傷亡。

【關(guān)鍵詞】光電；目標(biāo)識(shí)別；無(wú)人機(jī)

0 導(dǎo)言

無(wú)論是攝影、運(yùn)輸?shù)鹊?，各行各業(yè)都在嘗試無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，其中，應(yīng)用最廣泛的無(wú)人機(jī)機(jī)型是四軸無(wú)人機(jī)，因?yàn)槠浞€(wěn)定、便捷的優(yōu)點(diǎn)獲得了大多數(shù)人的青睞。本設(shè)計(jì)通過(guò)將光電識(shí)別應(yīng)用到四軸無(wú)人機(jī)上，讓無(wú)人機(jī)擁有自主尋址投放救援物資的能力。

1 設(shè)計(jì)原理

光電識(shí)別通過(guò)CMOS攝像頭采集的圖像進(jìn)行識(shí)別分析，本設(shè)計(jì)需要區(qū)分不同顏色和大小的目標(biāo)。

首先通過(guò)檢測(cè)RGB值，可以識(shí)顏色。光的亮度是表示光源及反射面和投射面等二次光源向觀(guān)測(cè)者發(fā)出的光的強(qiáng)度指標(biāo)，通過(guò)RGB值計(jì)算亮度的公式如下：

Y=（0.299R+0.587G+0.114B）

Canny邊緣檢測(cè)算子是一個(gè)多級(jí)邊緣檢測(cè)算法，用于標(biāo)識(shí)出圖像中的實(shí)際邊緣，采集到的圖片通過(guò)邊緣標(biāo)記后輪廓變得更加清晰，只需要再進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)調(diào)整即可識(shí)別出目標(biāo)的相對(duì)位置。

四軸飛行器具有四個(gè)旋翼，飛行時(shí)，相對(duì)旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相同，相鄰方向的旋翼方向相反，陀螺效應(yīng)和扭矩效應(yīng)均被抵消。通過(guò)改變相應(yīng)方向旋翼的轉(zhuǎn)速，可以實(shí)現(xiàn)四軸飛行器的轉(zhuǎn)向。

2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)由飛行部分、控制部分和識(shí)別部分組成。首先通過(guò)光學(xué)高清攝像頭多次進(jìn)行光學(xué)采樣，將采集到的光學(xué)信息傳送給控制終端，采集的圖像以十六進(jìn)制形式儲(chǔ)存在MCU中，處理后獲得一個(gè)二值化的圖像數(shù)據(jù)再進(jìn)一步處理。

2.1 識(shí)別部分

采集部分采用的是OV7670型號(hào)攝像頭，OV7670包含有320128個(gè)像素，支持多種數(shù)據(jù)格式，我們采用的是RAW RGB格式。程序驅(qū)動(dòng)部分流程如下：

2.2 控制部分

本系統(tǒng)采用32位的ARM微控制器STM32作為控制終端，處理速度比傳統(tǒng)的8位、16位單片機(jī)快得多。

2.3 飛行部分

本系統(tǒng)采用QQ飛控作為飛行控制器，QQ飛控給出API接口控制飛行器的以下幾個(gè)參數(shù)：AIL（副翼）、ELE（升降）、RUD（方向）和THR（油門(mén)），這些參數(shù)可以通過(guò)PWM控制。

3 結(jié)果和分析

不同運(yùn)動(dòng)方式的參數(shù)：

由此可以得出，通過(guò)參數(shù)的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)四軸飛行器的控制。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉浩蓬.植保四軸無(wú)人飛行器關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[2]宮琛.四軸飛行器的研究與設(shè)計(jì)[D].安徽理工大學(xué)，2015.

[3]何瑜.四軸飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其姿態(tài)解算和控制算法研究[D].電子科技大學(xué)，2015.

[4]楊浩.基于嵌入式Linux實(shí)時(shí)控制的四軸飛行器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西南交通大學(xué)，2015.

[5]趙海，陳星池，王家亮，曾若凡.基于四軸飛行器的單目視覺(jué)避障算法[J].光學(xué)精密工程，2014（08）：2232-2241.

[6]王東平.基于嵌入式的四軸飛行器控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].華僑大學(xué)，2013.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]