[发明专利]多旋翼无人飞行器控制系统

权利要求书

1.一种多旋翼无人飞行器控制系统，其特征在于，包括：

图像采集模块，用于采集图像；其包括两个光轴平行，且相同规格参数的摄像头，两个摄像头均朝下放置于多旋翼无人飞行器下方；

计算模块，用于根据两个摄像头采集到的图像来计算水平与垂直方向的光流，从而获得多旋翼无人飞行器的运动信息，以及利用双目图像匹配算法并结合两个摄像头采集到的图像，计算多旋翼无人飞行器距离地面的高度；

控制模块，用于根据多旋翼无人飞行器的运动信息以及距离地面的高度，进行飞行器姿态与位置的控制；

其中，所述根据两个摄像头采集到的图像来计算水平与垂直方向的光流，从而获得多旋翼无人飞行器的运动信息包括：

一个摄像头中的摄像头芯片sensor1水平放置，另一个摄像头中的摄像头芯片sensor2垂直放置；

利用摄像头芯片sensor1采集的连续两帧图像P11和P12的亮度值I11和I12计算水平方向的光流；利用sensor2的连续两帧图像P21和P22的亮度值I21和I22计算垂直方向的光流，计算公式如下：

a、计算图像P11的水平方向的梯度图像的亮度值Ix

b.计算图像P21的垂直方向的梯度图像的亮度值Iy

c.采用最小二乘法求取光流约束方程：

Ix×u+It1＝0

Iy×v+It2＝0

其中，u，v分别为水平和垂直方向的光流，It1＝I12－I11，It2＝I22－I21；

再根据水平与垂直方向的光流得到飞行器的飞行速度与方向；

所述利用双目图像匹配算法并结合两个摄像头采集到的图像，计算多旋翼无人飞行器距离地面的高度包括：

利用摄像机标定参数，对摄像头芯片sensor1采集的图像P11和摄像头芯片sensor2采集的图像P21分别进行畸变校正；

然后，再分别对两幅图像进行滤波，去除噪声；

再利用双目图像匹配算法对两幅图像进行立体匹配，得到视差d；

最后，利用三角测距原理并结合视差d，求取深度图像，得到多旋翼无人飞行器距离地面的高度；

所述利用双目图像匹配算法对两幅图像进行立体匹配的步骤如下：

计算N×N窗口内中心像素的特征，N×N窗口内的N²个像素亮度值分别为Q1，Q2，…，QN²，求取它们的均值为m，然后将Q1，Q2，…，QN²分别与m比较，如果大于等于m，则为1，小于m，则为0；从而在N×N窗口内得到一个N²位的数据，作为中心像素的特征；以此类推，分别得到图像P11和图像P21的特征图像C11和C21，即特征图像C11和C21中每个像素都是N²位的数据；

在预先设定的视差范围内，计算图像C11与C21每个像素的最小汉明距离，在距离最小时对应的视差，即为图像P11和P21的视差d。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人飞行器控制系统，其特征在于，两个摄像头芯片通过设置寄存器，配置为中间行部分输出图像，达到高帧率输出；或者，采用摄像头芯片的下采样模式和binning模式来提高帧率；

帧率的计算公式如下：

其中，Frame_rate表示帧率，PCLK为时钟频率，VSize为图像高度，VBlank为场消隐，HSize为图像宽度，HBlankTime为行消隐时间。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人飞行器控制系统，其特征在于，所述利用三角测距原理并结合视差d，求取深度图像，得到多旋翼无人飞行器距离地面的高度包括：

设，D为多旋翼无人飞行器距离地面的高度，B为两摄像头光心之间的距离，F为摄像头焦距，x1与x2分别为物体在两摄像机图像上的位置，x1-x2即为视差d，则根据相似三角形原理，得到

其中，M是为了相似三角形计算引入的中间参数；

经过整理得到：