[发明专利]一种旋翼飞行器自主循迹控制方法

摘要

本发明公开了一种旋翼飞行器自主循迹飞行方法。飞行器装载有高度测量模块和摄像头，达到预设高度后保持悬停；采用主要由基于机器视觉的方法控制飞行，飞行器正下方布有带有黑线的特殊轨迹图案，飞行器飞行时通过摄像头朝下正下方采集地面上的轨迹图案图像，将图像信息传输到机载处理器模块采用以下方式处理生成角度和距离偏差信息：将角度和距离的偏差信息转换成控制飞行器飞行的PWM信号，通过信号接收机传输到飞行器上的飞行器控制模块，实现飞行器的自主循迹飞行。本发明自主循迹飞行下的视觉导航具有精度高、体积小、信息量大、无源性和信息丰富的优点，能使得飞行器在外界干扰强的地区工作，能够在完成管道巡检、电力巡检等方面。

主权项

1.一种旋翼飞行器自主循迹飞行方法，其特征在于包括：1)飞行器装载有高度测量模块和摄像头，通过高度测量模块检测到飞行器达到预设高度后保持悬停；2)悬停后采用主要由基于机器视觉的方法控制飞行：飞行器正下方的地面上布置有带有黑线的特殊轨迹图案，飞行器飞行时通过摄像头朝下正下方采集地面上的轨迹图案图像，然后将图像信息传输到机载处理器模块采用以下方式处理生成飞行器相对于轨迹的角度和距离偏差信息：2.1)对采集的图像序列以每隔50ms保存一帧图像，针对每一帧图像进行高斯滤波，再通过自动阈值算法得到二值化图像，由二值化图像提取图像的第1行到第50行像素点信息；2.2)针对每一行，记录每行像素点中由黑变白的像素点A和由白到黑的像素点B作为边缘像素点，从而记录获得第1行的边缘像素点(A1，B1)到第50行的边缘像素点(A50，B50)；2.3)比较得到前50行的100个边缘像素点，采用以下公式计算得到飞行器机体中心纵坐标与黑线中心纵坐标之间的偏差Ad，其中飞行器机体中心坐标为图像正中心(Ox，Oy)：其中，A1y、B1y、A50y、B50y分别是边缘像素点A11、B11、A50、B50的纵坐标分量，y表示纵坐标方向；2.4)根据高度测量模块检测到的高度h采用以下公式计算获得得飞行器机体中心与黑线中心之间的实际距离偏差d：其中，f为摄像头内参中的焦距，h为飞行器到地面的距离；2.5)分别取图像第11行、第18行和第25行的边缘像素点(A11，B11)、(A18，B18)和(A25，B25)，根据这六个像素点纵坐标分量采用以下公式求出飞行器机头方向与黑线之间的角度偏差angle：其中，k1、k2分别为第一、第二权重系数，A11y、B11y、A18y、B18y、A25y、B25y分别为边缘像素点A11、B11、A18、B18、A25、B25的纵坐标分量；3)最后将角度和距离的偏差信息转换成控制飞行器飞行的PWM信号，通过信号接收机传输到飞行器上的飞行器控制模块，实现飞行器的自主循迹飞行。