基于圖像處理的無人機飛行降落系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了基于圖像處理的無人機飛行降落系統及方法；它包括：無人機和無人機起落站，所述無人機起落站包括載物臺，所述載物臺安放在地面上，所述載物臺上面安裝輔助無人機降落的精確定位及固定裝置，所述輔助無人機降落的精確定位及固定裝置上安裝云臺，所述云臺上安裝攝像頭，所述攝像頭鏡頭朝上，所述攝像頭和云臺均與計算機連接，所述計算機通過控制云臺轉動來帶動攝像頭轉動，從而調整攝像頭拍攝方向；所述計算機控制攝像頭進行拍照；所述計算機通過第一無線數據傳輸模塊與無人機進行通信；所述計算機還與顯示終端連接；本發明專利技術的有益效果：依靠圖像處理，采用多段式PID控制技術，實現了多旋翼無人機全天候厘米級精準降落功能。

Unmanned aerial vehicle landing system and method based on image processing

The present invention discloses the image processing based on the UAV flight landing system and method; it includes: UAV and UAV landing station, the UAV landing station comprises a stage, the stage is placed on the ground, the carrier mounted auxiliary UAV landing and accurate positioning fixing device, the auxiliary platform installed without precise positioning and fixing device on the landing UAV, the PTZ camera mounted on the camera lens upward, the camera and head are connected with the computer, the computer controlled by head rotation to drive the camera to rotate, so as to adjust the direction of the computer camera; control the camera to take pictures; the computer communicates with the UAV via the first wireless data transmission module; the computer is connected with the display terminal of the invention; Beneficial effects: by means of image processing and multi segment PID control technology, the precise landing function of multi rotor UAV with all-weather and centimeter level is realized.

【技術實現步驟摘要】
基于圖像處理的無人機飛行降落系統及方法
本專利技術屬于無人機控制
，涉及基于圖像處理的無人機飛行降落系統及方法。
技術介紹
無人機廣泛應用于軍事，公安，農業，電力巡線，森林防火等方面，根據任務不同，搭載不同的任務載荷，可以根據規劃完成各種各樣的任務。但是無人機，尤其是充電式旋翼無人機，由于其續航距離和時間的限制，大大的降低了任務能力。為了提高續航能力，無人機充電是一個較為簡便的解決方案，而為了實現充電、任務過程的全自動化，無人機的精準降落是不可或缺的一環。目前現有的無人機降落技術，如亞馬遜無人機的機載攝像頭定位降落，無法達到降落位置精度毫米級的要求，也就無法實現無人機執行任務的全自動化。與此同時，現有的民用無人機任務系統，一方面沒有實現任務過程的全自動化，一方面沒有實現自動化任務系統的全天候化，尤其對夜間無人機精準降落涉及很少。現有技術存在的技術問題是：第一，現有技術都是將攝像頭安裝在無人機上，通過無人機搭載攝像頭來拍攝周圍的照片，決定無人機是否降落，這樣對無人機提出更高的要求，因為攝像頭本身的重量比較重，無人機自身的重量，電池的重量，再加上攝像頭的重量，對無人機來說，需要很重的電池才能保證無人機執行任務的往返；攝像頭安裝在無人機上影響無人機的續航距離；第二，現有技術計算過程都是在無人機上，無人機來進行算法的計算，算法需要很大的功耗，這樣對無人機的電池也提出了很大的挑戰；第三，現有技術的攝像頭安裝在無人機上，無人機在飛行的過程中，若遇到風沙環境，會造成無人機飛行不穩，從而影響攝像頭的拍照角度和拍照精度，從而對無人機的精準降落帶來影響。
技術實現思路
本專利技術的目的就是為了解決上述問題，提供基于圖像處理的無人機飛行降落系統及方法，依靠圖像處理方法，實現了多旋翼無人機全天候厘米級精準降落功能。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：基于圖像處理的無人機飛行降落系統，包括：無人機和無人機起落站，所述無人機起落站包括載物臺，所述載物臺安放在地面上，所述載物臺上面安裝輔助無人機降落的精確定位及固定裝置，所述輔助無人機降落的精確定位及固定裝置上安裝云臺，所述云臺上安裝攝像頭，所述攝像頭鏡頭朝上，所述攝像頭的光軸豎直向上，所述攝像頭與計算機連接；所述計算機控制攝像頭進行拍照；所述計算機通過第一無線數據傳輸模塊與無人機進行通信；所述計算機還與顯示終端連接；所述無人機包括機載數據處理模塊，所述機載數據處理模塊與飛行控制系統和第二無線數據傳輸模塊連接，所述飛行控制系統與無人機上搭載的GPS接收模塊連接，所述無人機機臂上全部覆蓋熒光貼紙，在無人機垂直下降的過程中，無人機向計算機發出降落引導請求，計算機接收到降落引導請求后，計算機控制攝像頭拍攝無人機的圖像，然后計算機對圖像進行處理，得到無人機當前位置，計算機根據無人機當前位置向無人機發出降落指令；所述無人機依據降落指令最后降落在輔助無人機降落的精確定位及固定裝置上，所述機載數據處理模塊還通過第二無線數據傳輸模塊與無人機起落站的第一無線數據傳輸模塊通信；所述無人機還包括電池，所述電池為機載數據處理模塊、飛行控制系統和第二無線數據傳輸模塊供電。所述云臺為自穩定云臺。所述攝像頭拍攝照片的上方為實際方向南方。所述攝像頭的廣角為90度或90度以上，所述攝像頭的分辨率為800*600。所述無人機為多旋翼無人機，無人機的軸距為L1。所述無人機起落站設有霧燈光源，所述霧燈光源的照射方向是正上方在起落站檢測到背景能見度差時打開。所述熒光貼紙起到反光作用。一種輔助無人機降落的精確定位及固定裝置，該裝置包括定位槽，通過多個限位槽的設置，對無人機的機翼位置進行準確定位。一種輔助無人機降落的精確定位及固定裝置，包括至少兩個的一種輔助無人機降落的精確限位槽，限位槽的底部設于固定臺上，在固定臺的中部設置有標識點，無人機通過標識點對無人機機芯進行定位，固定臺為凹槽結構設置，便于對后續固定樁、滑桿的容納，豎直面或者支架沿著固定臺的圓周方向布置。該定位裝置中，無人機利用控制系統實現了粗定位，粗定位在距離降落平臺垂直距離5--10cm的區間內自由下落。精確定位裝置中的限位槽可引導無人機利用慣性降落達到精確定位并固定，這樣在兩個限位槽之間，可人工或者采用機械設備對無人機的電池進行更換，或者進行其他的后續工作。作為最優方案中，所述限位槽的數量與無人機機臂的數量相同，通過對每一個機翼的限位，可保證無人機位置降落的精度，控制在亞毫米級別。另一實施方式中，所述限位槽為兩個時，相鄰的兩個限位槽間隔一無人機機臂設置，如四翼無人機，限位槽可對稱設置兩個，若為六翼無人機，限位槽可設置兩個或者三個，間隔一個機翼或者兩個機翼進行設置。若無人機攜帶攝像設備，在所述固定臺的中部設置固定樁，所述標識點設于固定樁上，無人機攜帶的設想設備對標識點進行識別，識別速度快，或者，在固定樁表面設置攝像設備，攝像設備與控制器連接，以對無人機機芯進行粗定位，進一步地，所述固定臺的底部與旋轉機構固定以通過固定臺的旋轉來調節限位槽的位置，旋轉機構可以是旋轉電機，無人機通過標識點進行一個點的定位，相比于傳統技術中對無人機機臂四個點、或者六個點均進行定位控制，實現降落速度快，有效保證了降落后的后續工作開展。該攝像設備設于固定樁上，有效減輕了無人機的重量，提高了無人機設備的飛行時間，控制器通過攝像設備對無人機機芯位置進行定位，以對無人機機芯進行定位，一個點的定位相對四個點的定位來說，定位相對容易，再配合四個機臂的粗定位，降落位置準確度較高。進一步地，為了提高該定位裝置的適應性，適應不同機臂長度的無人機，在所述固定樁的圓周固定有滑桿，滑桿與滑塊固定，滑塊相對于滑桿可滑動，所述的限位槽固定于滑塊上，以通過滑塊的移動調節限位槽與固定樁之間的距離。所述滑塊上設置緊固件，緊固件穿過滑塊將滑塊固定于滑桿上，這樣的結構設置，可根據機臂的長度，調整滑塊相對于滑桿的位置，也就實現了限位槽相對于固定樁也就是無人機機芯的位置。一種輔助無人機降落的精確限位槽，用于對無人機機臂進行限位，限位槽包括底部設置的平撐，平撐一側與降落面連接，降落面為平面或曲面，降落面與平撐傾斜設置，無人機機臂支撐腿與降落面發生接觸后，順著降落面落入到平撐上實現精確定位，通過限位槽中降落面的設置，對無人機機臂進行限位，以提高降落的精度，該定位槽結構簡單，定位精度高，可以達到亞毫米級。此外，在所述限位槽中平撐的另一側設置第二降落面，第二降落面與平撐傾斜設置，降落面、平撐與第二降落面形成V型形狀，這樣兩降落面從兩個方向對無人機機臂的支撐腿進行限位控制，拓寬了應用范圍，所述限位槽為空心倒立的圓臺形狀。或者，所述限位槽為U型，當無人機機臂支撐腿與U型的限位槽內壁發生碰撞，無人機機臂支撐腿順著限位槽內部滑落至底部。所述降落面與所述第二降落面之間設置豎直面；進一步地，在一所述豎直面的頂部開有用于支撐無人機機臂的卡槽，通過卡槽的設置，無人機落入后，對無人機進行固定，卡槽的高度可以根據無人機的具體型號進行調節，一般情況下，卡槽的高度與大于等于無人機機臂的半徑。所述豎直面與所述降落面連接，上述限位槽構成一個頂部開口的容納空間，或者，所述豎直面設于所述降落面與所述第二降落面之間，當無人機降落時，若無人機機臂支撐腿位置發生偏本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于圖像處理的無人機飛行降落系統，其特征是，包括：無人機和無人機起落站，所述無人機起落站包括載物臺，所述載物臺安放在地面上，所述載物臺上面安裝輔助無人機降落的精確定位及固定裝置，所述輔助無人機降落的精確定位及固定裝置上安裝云臺，所述云臺上安裝攝像頭，所述攝像頭鏡頭朝上，所述攝像頭的光軸豎直向上，所述攝像頭與計算機連接；所述計算機控制攝像頭進行拍照；所述計算機通過第一無線數據傳輸模塊與無人機進行通信；所述計算機還與顯示終端連接；所述無人機包括機載數據處理模塊，所述機載數據處理模塊與飛行控制系統和第二無線數據傳輸模塊連接，所述飛行控制系統與無人機上搭載的GPS接收模塊連接，所述無人機機臂上全部覆蓋熒光貼紙，在無人機垂直下降的過程中，無人機向計算機發出降落引導請求，計算機接收到降落引導請求后，計算機控制攝像頭拍攝無人機的圖像，然后計算機對圖像進行處理，得到無人機當前位置，計算機根據無人機當前位置向無人機發出降落指令；所述無人機依據降落指令最后降落在輔助無人機降落的精確定位及固定裝置上，所述機載數據處理模塊還通過第二無線數據傳輸模塊與無人機起落站的第一無線數據傳輸模塊通信；所述無人機還包括電池，所述電池為機載數據處理模塊、飛行控制系統和第二無線數據傳輸模塊供電。...

【技術特征摘要】
1.基于圖像處理的無人機飛行降落系統，其特征是，包括：無人機和無人機起落站，所述無人機起落站包括載物臺，所述載物臺安放在地面上，所述載物臺上面安裝輔助無人機降落的精確定位及固定裝置，所述輔助無人機降落的精確定位及固定裝置上安裝云臺，所述云臺上安裝攝像頭，所述攝像頭鏡頭朝上，所述攝像頭的光軸豎直向上，所述攝像頭與計算機連接；所述計算機控制攝像頭進行拍照；所述計算機通過第一無線數據傳輸模塊與無人機進行通信；所述計算機還與顯示終端連接；所述無人機包括機載數據處理模塊，所述機載數據處理模塊與飛行控制系統和第二無線數據傳輸模塊連接，所述飛行控制系統與無人機上搭載的GPS接收模塊連接，所述無人機機臂上全部覆蓋熒光貼紙，在無人機垂直下降的過程中，無人機向計算機發出降落引導請求，計算機接收到降落引導請求后，計算機控制攝像頭拍攝無人機的圖像，然后計算機對圖像進行處理，得到無人機當前位置，計算機根據無人機當前位置向無人機發出降落指令；所述無人機依據降落指令最后降落在輔助無人機降落的精確定位及固定裝置上，所述機載數據處理模塊還通過第二無線數據傳輸模塊與無人機起落站的第一無線數據傳輸模塊通信；所述無人機還包括電池，所述電池為機載數據處理模塊、飛行控制系統和第二無線數據傳輸模塊供電。2.如權利要求1所述的基于圖像處理的無人機飛行降落系統，其特征是，所述輔助無人機降落的精確定位及固定裝置，該裝置包括定位槽，通過多個限位槽的設置，對無人機的機翼位置進行準確定位。3.如權利要求1所述的基于圖像處理的無人機飛行降落系統，其特征是，所述輔助無人機降落的精確定位及固定裝置，包括至少兩個的一種輔助無人機降落的精確限位槽，限位槽的底部設于固定臺上，在固定臺的中部設置有標識點，無人機通過標識點對無人機機芯進行定位，固定臺為凹槽結構設置，便于對后續固定樁、滑桿的容納，豎直面或者支架沿著固定臺的圓周方向布置；所述固定臺的中部設置固定樁；在所述固定樁的圓周固定有滑桿，滑桿與滑塊固定，滑塊相對于滑桿可滑動，所述的限位槽固定于滑塊上，以通過滑塊的移動調節限位槽與固定樁之間的距離；所述滑塊上設置緊固件，緊固件穿過滑塊將滑塊固定于滑桿上。4.如權利要求3所述的基于圖像處理的無人機飛行降落系統，其特征是，限位槽，用于對無人機機臂進行限位，限位槽包括底部設置的平撐，平撐一側與降落面連接，降落面為平面或曲面，降落面與平撐傾斜設置，無人機機臂支撐腿與降落面發生接觸后，順著降落面落入到平撐上實現精確定位，通過限位槽中降落面的設置，對無人機機臂進行限位，以提高降落的精度，該定位槽結構簡單，定位精度高，可以達到亞毫米級；此外，在所述限位槽中平撐的另一側設置第二降落面，第二降落面與平撐傾斜設置，降落面、平撐與第二降落面形成V型形狀，這樣兩降落面從兩個方向對無人機機臂的支撐腿進行限位控制，拓寬了應用范圍，所述限位槽為空心倒立的圓臺形狀；或者，所述限位槽為U型，當無人機機臂支撐腿與U型的限位槽內壁發生碰撞，無人機機臂支撐腿順著限位槽內部滑落至底部；所述降落面與所述第二降落面之間設置豎直面；進一步地，在一所述豎直面的頂部開有用于支撐無人機機臂的卡槽，通過卡槽的設置，無人機落入后，對無人機進行固定，卡槽的高度可以根據無人機的具體型號進行調節，一般情況下，卡槽的高度與大于等于無人機機臂的半徑；所述豎直面與所述降落面連接，上述限位槽構成一個頂部開口的容納空間，或者，所述豎直面設于所述降落面與所述第二降落面之間，當無人機降落時，若無人機機臂支撐腿位置發生偏斜，限位槽中的降落面內表面與無人機機臂支撐腿底部發生接觸，支撐腿受力向下降落落入到平撐上進行支撐，而兩邊的降落面也就是V型形狀設置的原因，對支撐腿進行限位，實現了無人機的精確定位，支架頂部的卡槽在無人機位置降落后，對機臂進行有效支撐和固定，有效保障無人機降落的位置。5.基于圖像處理的無人機飛行降落方法，其特征是，包括如下步驟：步驟(a1)：無人機進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬思樂，丁為杰，王軍峰，孫文旭，王興元，陳祥海，丁為飛，陳遠方，趙月，馬曉靜，張佰順，李金剛，王勇，
申請(專利權)人：山東大學，濟南華奧控制系統有限公司，
類型：發明
國別省市：山東,37