四旋翼飛行器面向全景視圖構(gòu)建的飛行控制.pdf

1、四旋翼飛行器機(jī)身結(jié)構(gòu)輕巧，具有靈活的機(jī)動(dòng)性能，可實(shí)現(xiàn)垂直起降、自由懸停，十分適合在近地面環(huán)境中完成監(jiān)控偵查等任務(wù)。由于四旋翼飛行器載荷有限，通常只能利用單目攝像頭來完成環(huán)境信息采集。為保證利用圖像拼接方法所獲得的全景視圖具有完整性和一致性，就要求飛行器能夠按照設(shè)定路線導(dǎo)航并定點(diǎn)采集圖像。
　　為保證飛行器能夠具有自主飛行控制和環(huán)境感知能力，本文首先完成了四旋翼飛行器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建，并開發(fā)了配套軟件系統(tǒng)。飛行器上搭載了機(jī)載計(jì)算機(jī)，可

2、完成聲納、光流、慣導(dǎo)單元以及視覺傳感器數(shù)據(jù)的在線采集及處理工作。通過集成聲納的光流模塊可為飛行器實(shí)時(shí)提供高度和速度信息，同時(shí)防抖攝像頭保證飛行器在運(yùn)動(dòng)中依然能獲得清晰圖像，無線通信模塊則保證傳感器數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)提供給地面工作站。開發(fā)的上位機(jī)和地面站軟件系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)飛行器-上位機(jī)-地面站三者之間的相互通信，還能完成地面站對(duì)飛行器的自主控制。
　　自主懸停是四旋翼飛行器自主飛行控制的基礎(chǔ)。在不依靠GPS定位或輔助定位標(biāo)志的情況下，飛行器

3、無法獲得機(jī)體相對(duì)地面的位置。借助聲納光流傳感器可直接獲得精確的高度與速度信息，因此采用基于PID的高度控制器和速度控制器可實(shí)現(xiàn)飛行器自主懸停。為使飛行器具備按設(shè)定路線導(dǎo)航的能力，需要實(shí)時(shí)計(jì)算飛行器相對(duì)于地面的位置信息。飛行器的位移可通過對(duì)速度積分求得，位移累加后得到機(jī)體相對(duì)地面位置。本文設(shè)計(jì)了一種串級(jí)PID控制器，將位置控制器輸出作為速度控制器期望值，再通過速度控制飛行速到達(dá)期望位置。
　　為構(gòu)建全景視圖，需將飛行器采集的圖像序列

4、進(jìn)行拼接。由于ORB(Oriented FASTand Rotated BRIEF)特征具有旋轉(zhuǎn)尺度不變性，特征提取耗時(shí)短，研究中使用基于ORB特征點(diǎn)的圖像配準(zhǔn)方法得到圖像之間的變換矩陣。為了消除多幅圖像拼接時(shí)存在的累計(jì)誤差，使用捆綁調(diào)整法對(duì)圖像變換矩陣進(jìn)行優(yōu)化。最后使用多頻段圖像融合方法消除圖像重疊區(qū)域的接縫和重影現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在采集的原始圖像存在旋轉(zhuǎn)、縮放、光照變化的情況下，本文所提方法仍能有效構(gòu)建出無錯(cuò)位且無拼接痕跡的全景視