[发明专利]多旋翼无人飞行器控制系统

说明书

本发明公开了一种多旋翼无人飞行器控制系统，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。该系统旨在解决无人飞行器在复杂环境与室内自主飞行的问题，并且利用普通摄像头芯片实现高帧率，将光流与双目测距集成在一起，成本较低，并且减轻了飞行器载荷。

技术领域

本发明涉及图像处理及飞行器控制技术领域，尤其涉及一种多旋翼无人飞行器控制系统。

背景技术

目前，常见的无人飞行器导航是利用GPS(Global Positioning System)和IMU(Inertial Measurement Unit)的组合导航来实现的。但由于GPS在低空和室内定位缺陷和IMU的累积误差，导致无人飞行器在复杂环境下与室内的自主飞行较难实现。多数解决方案是引入双目视觉系统与光流传感器融合的方式，实现无人飞行器的精确控制。但是，双目视觉系统包含两个摄像头，光流传感器(一个摄像头)有高帧率的需求，成本较高，而且需要三个摄像头，增加了飞行器载荷。

发明内容

本发明的目的是提供一种多旋翼无人飞行器控制系统，旨在解决无人飞行器在复杂环境与室内自主飞行的问题，并且利用普通摄像头芯片实现高帧率，将光流与双目测距集成在一起，成本较低，并且减轻了飞行器载荷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多旋翼无人飞行器控制系统，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；

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。

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：

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