無人機室內(nèi)編隊飛行計算機視覺定位

1、無人機室內(nèi)編隊飛行計算機視覺定位方案設(shè)計目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 1：項目需求3 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 2：系統(tǒng)整體設(shè)計3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3：標識設(shè)計6 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 4：目標定位跟蹤7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 5：研究基礎(chǔ)和團隊71:項目需求本項

2、目是針對室內(nèi)多機編隊飛行而生。飛行環(huán)境1、飛行空間：長8米，寬4米，高2.8米2、飛機尺寸：長10cm，寬10cm；3、飛機數(shù)量：16架；4、飛行高度1.5米5、飛行間距40cm視覺定位要求1、平面定位精度5cm；2、飛機頭尾方位角1；3、輸出速率大于30hz；4、延遲小于100ms；2：系統(tǒng)整體設(shè)計室內(nèi)導航與定位是無人機編隊飛行的核心技術(shù)，一旦無人機像人 一樣室內(nèi)活動自如，將開啟一個比現(xiàn)有規(guī)模還大的室內(nèi)市場，對于室 外環(huán)境，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)諸如美國的全球定位系統(tǒng)(Global Positioning Syst

3、em, GPS 我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)能夠為用戶提供較高精度的定位服務，基本滿足了用戶在室外場 景中對基于位置服務的需求。然而，個人用戶、服務機器人、掃地機 器人等有大量的定位需求發(fā)生在室內(nèi)場景。而室內(nèi)場景受到建筑物的 遮擋，GNSS信號快速衰減，甚至完全拒止，無法滿足室內(nèi)場景中導 航定位的需要。因此，室內(nèi)定位技術(shù)成為工業(yè)界與學術(shù)界研究的熱點。 在各行業(yè)應用需求的推動下，室內(nèi)定位技術(shù)得到了快速的發(fā)展。目前， 國內(nèi)外研究已提出了射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification, RFID)

4、、藍牙、WLAN(Wireless Local Area Networks)、 超寬帶(Ultra-Wideband, UWB)，光流技術(shù)和運動捕捉等室內(nèi)定位技 術(shù)及系統(tǒng)，其中部分定位技術(shù)已經(jīng)商用。但是，由于室內(nèi)場景的復雜 性和多樣性，不同的室內(nèi)定位技術(shù)也具有不同的缺點和局限性，尚未 形成與GPS類似的普適解決方案。射頻，WLAN和UWB技術(shù)由于射頻的不確定性，適應于范圍大， 精度要求較低的場合，光流法定位精度高，適合于無人機在室內(nèi)的空 中精確懸浮和定位。運動捕捉技術(shù)是目前最成功的無人機室內(nèi)編隊飛 行動態(tài)定位技術(shù)，代表有英國Oxford Metrics Limited公司，英國Oxford M

5、etrics Limited公司是世界上一家非常著名的 光學動作捕捉(Motion Capture)系統(tǒng)供應商，它的這項技術(shù)在70 年代服務于英國海軍，從事遙感、測控技術(shù)設(shè)備的研究與生產(chǎn)。進入 80年代他們將自己在軍事領(lǐng)域里的高新技術(shù)，逐漸用于民用方面， 在醫(yī)療、運動、工程、生物等諸多領(lǐng)域生產(chǎn)制造用于動作捕捉的 Motion Capture系統(tǒng)。80年代末，OML又將動作捕捉系統(tǒng)技術(shù)應用 于影視的動畫制作領(lǐng)域。應用領(lǐng)域涉及動畫制作、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、機 器人遙控、互動式游戲、體育訓練、人體工程學研究、生物力學研究 等方面。我們實驗室提出的無人機實時定位解決方案，利用高精度的 OptiTrack三維

6、運動捕捉系統(tǒng)，以每秒數(shù)百幀的拍攝速率捕捉無人機 上固定的特制的標記點，能夠?qū)崟r精確地構(gòu)建出標記點三維空間位置 信息，實現(xiàn)無人機的位置和姿態(tài)信息的捕捉，是無人機飛行控制研究 領(lǐng)域的先進的助力設(shè)備。圖1整體設(shè)計方案如上圖所示，系統(tǒng)主要有8臺攝像機系統(tǒng)，攝像機的接口為千兆網(wǎng)或者cameralink接口，幀率可以達到150fps，不到10ms 一張 圖像，每一臺攝像機和其相鄰的相機組成一個雙目視覺系統(tǒng)，可以實 現(xiàn)景深，也就是高度的測量，系統(tǒng)使用兩臺服務器，每一臺服務器采 集4路視頻進行處理，服務器之間通過千兆網(wǎng)進行通信，減小時間延。3：標識設(shè)計本系統(tǒng)中需要實時定位無人機的位置和姿態(tài)，因此設(shè)計穩(wěn)定簡單

7、魯邦的標識是視覺跟蹤和定位的關(guān)鍵，我們結(jié)合二維碼技術(shù)和字母識 別技術(shù)的優(yōu)點設(shè)計了一套非常易于定位和識別的標識，如圖所示標識系統(tǒng)利用了二維碼的快速定位點，同時在二維碼的中心標識字符以區(qū)分不同的無人機，不采用二維碼的原因在于二維碼的識別速度比 字符識別的速度要慢，不利于本項目的實時控制。4：目標定位跟蹤相機指標如下所示:1、相機的幀率大于150fps2、相機的分辨率大于1280*10245:研究基礎(chǔ)和團隊肖瀟，2009年9月獲得光電信息工程博士學位。2009年7月 開始在西安電子科技大學通信工程學院任教，擔任西安電子科技大學 深度智能實驗室主任，現(xiàn)在主要研究方向為計算機視覺，目標跟蹤識 別，雷達信號處理和軟件無線電等。一、承擔和完成的科研項目1、西安電子科技大學基本科研業(yè)務項目