基于视觉引导的多旋翼无人机地面动目标跟踪技术研究

• 作 者: 谈青艳
• 出 处: 南京航空航天大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: 多旋翼无人机 视觉导航 运动目标检测 速度控制 边界控制 目标跟踪控制

近年来,无人机因其成本低、机动性好、飞行稳定等特点受到越来越多的关注,并且随着图像处理技术的迅速发展,除了传统的GPS导航、惯性导航,利用视觉技术来对无人机进行自主导航也是当前研究的一个热点。针对在特定区域自主跟踪特定运动目标的需求,本文以多旋翼无人机为验证平台,设计了一种基于视觉引导的多旋翼无人机室内地面移动目标跟踪系统,并进行了飞行测试。本文主要研究内容和成果如下:首先,依据功能需求分析,设计了多旋翼无人机地面运动目标跟踪系统的硬件设计方案,确定了视觉采集与处理模块和飞行控制模块;设计了目标跟踪总体软件系统方案,给出了视觉采集与处理模块和飞行控制模块的功能及通信协议。其次,设计了基于HSV颜色特征和轮廓特征的运动目标提取及多旋翼无人机与运动目标相对位置解算算法,在此基础上,基于卡尔曼滤波算法对运动目标进行了轨迹预测,给出了一种实用的运动目标检测与轨迹预测实时算法。然后,基于图像处理所获取的信息,设计了基于稀疏光流的飞行速度控制、基于灰度直方图匹配的场地边界控制以及基于运动目标位置的跟踪控制等多旋翼无人机自动飞行控制系统。最后,建立了多旋翼无人机地面运动目标跟踪控制飞行试验平台,进行了速度控制、边界控制、跟踪控制等飞行试验验证,试验结果表明,本文设计的多旋翼无人机地面目标跟踪系统具有较好的实时性、快速性和稳定性,具有重要的工程应用参考价值。