[发明专利]多旋翼无人飞行器控制系统

摘要

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。

主权项

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Ixb.计算图像P21的垂直方向的梯度图像的亮度值Iyc.采用最小二乘法求取光流约束方程：Ix×u+It1＝0Iy×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。