本發(fā)明創(chuàng)造涉及無人機(jī)控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于圖像識(shí)別的無人機(jī)自主飛行系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：相關(guān)技術(shù)中的無人機(jī)自主飛行系統(tǒng)，所涉及的地面控制基站程序——無論是單純的借助程序或者是基于智能Agent的分層遞階結(jié)構(gòu)控制體系——底層的導(dǎo)航控制都是借由方向定位系統(tǒng)(主要包括GPS定位系統(tǒng)、羅盤系統(tǒng)以及高度傳感器這三部分)來確定無人機(jī)實(shí)時(shí)位置，再通過預(yù)先設(shè)定的直角坐標(biāo)系進(jìn)行飛行路線的執(zhí)行，從而完成對(duì)預(yù)設(shè)飛行路線的執(zhí)行。然而，面對(duì)現(xiàn)實(shí)中受到多因素影響的復(fù)雜環(huán)境，這種控制模式已經(jīng)不能滿足對(duì)非預(yù)見威脅的有效避免。同時(shí)在一些小范圍復(fù)雜地形環(huán)境中，無人機(jī)躲避障礙物的成功率大幅下降。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于圖像識(shí)別的無人機(jī)自主飛行系統(tǒng)。本發(fā)明創(chuàng)造的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于圖像識(shí)別的無人機(jī)自主飛行系統(tǒng)，包括圖像采集子系統(tǒng)、圖像識(shí)別子系統(tǒng)、視頻顯示器和指令生成子系統(tǒng)；所述圖像采集子系統(tǒng)用于供無人機(jī)采集環(huán)境圖像并將環(huán)境圖像傳送至圖像識(shí)別子系統(tǒng)；所述圖像識(shí)別子系統(tǒng)用于對(duì)接收的環(huán)境圖像進(jìn)行處理獲得圖像幀，再對(duì)所述圖像幀進(jìn)行圖像識(shí)別處理，同時(shí)對(duì)所述圖像幀進(jìn)行組裝形成視頻流后發(fā)送給所述視頻顯示器用于實(shí)時(shí)顯示；所述指令生成子系統(tǒng)用于根據(jù)識(shí)別處理結(jié)果生成指令，并將指令發(fā)送至無人機(jī)，以供無人機(jī)根據(jù)指令執(zhí)行自主飛行任務(wù)。本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果：采用了實(shí)時(shí)圖像信息作為控制調(diào)整依據(jù)，通過圖像識(shí)別技術(shù)讓無人機(jī)更有效地了解復(fù)雜環(huán)境障礙物的情況，并根據(jù)實(shí)時(shí)信息作出飛行調(diào)整，使其能在復(fù)雜地形或多變環(huán)境中，具備更智能靈活的自主飛行控制能力，避免飛行受到影響；無人機(jī)具有的實(shí)時(shí)視頻顯示功也能方便操作人員充分了解具體任務(wù)環(huán)境信息。附圖說明利用附圖對(duì)發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的任何限制，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖像采集子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記：圖像采集子系統(tǒng)1、圖像識(shí)別子系統(tǒng)2、視頻顯示器3、指令生成子系統(tǒng)4、環(huán)境圖像數(shù)據(jù)采集模塊21、圖像預(yù)處理及加密模塊22、圖像傳送模塊23。具體實(shí)施方式結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參見圖1、圖2，本實(shí)施例的一種基于圖像識(shí)別的無人機(jī)自主飛行系統(tǒng)，包括圖像采集子系統(tǒng)1、圖像識(shí)別子系統(tǒng)2、視頻顯示器3和指令生成子系統(tǒng)4；所述圖像采集子系統(tǒng)1用于供無人機(jī)采集環(huán)境圖像并將環(huán)境圖像傳送至圖像識(shí)別子系統(tǒng)2；所述圖像識(shí)別子系統(tǒng)2用于對(duì)接收的環(huán)境圖像進(jìn)行處理獲得圖像幀，再對(duì)所述圖像幀進(jìn)行圖像識(shí)別處理，同時(shí)對(duì)所述圖像幀進(jìn)行組裝形成視頻流后發(fā)送給所述視頻顯示器3用于實(shí)時(shí)顯示；所述指令生成子系統(tǒng)4用于根據(jù)識(shí)別處理結(jié)果生成指令，并將指令發(fā)送至無人機(jī)，以供無人機(jī)根據(jù)指令執(zhí)行自主飛行任務(wù)。優(yōu)選的，所述對(duì)所述圖像幀進(jìn)行圖像識(shí)別處理，包括：對(duì)所接收的圖像幀進(jìn)行二值化處理，獲得黑白圖像；對(duì)所述黑白圖像利用循環(huán)校正算法來獲得識(shí)別目標(biāo)；對(duì)所述識(shí)別目標(biāo)采用質(zhì)心比對(duì)算法獲取目標(biāo)的實(shí)際質(zhì)心，并將所述實(shí)際質(zhì)心與所設(shè)定的質(zhì)心閾值進(jìn)行求差，獲得調(diào)整量。優(yōu)選的，所述根據(jù)識(shí)別處理結(jié)果生成指令，包括：利用監(jiān)視器來接收所述調(diào)整量，并對(duì)所述調(diào)整量進(jìn)行AT指令的轉(zhuǎn)義。本發(fā)明上述實(shí)施例采用了實(shí)時(shí)圖像信息作為控制調(diào)整依據(jù)，通過圖像識(shí)別技術(shù)讓無人機(jī)更有效地了解復(fù)雜環(huán)境障礙物的情況，并根據(jù)實(shí)時(shí)信息作出飛行調(diào)整，使其能在復(fù)雜地形或多變環(huán)境中，具備更智能靈活的自主飛行控制能力，避免飛行受到影響；無人機(jī)具有的實(shí)時(shí)視頻顯示功也能方便操作人員充分了解具體任務(wù)環(huán)境信息。優(yōu)選的，所述圖像采集子系統(tǒng)1包括環(huán)境圖像數(shù)據(jù)采集模塊21、圖像預(yù)處理及加密模塊22、圖像傳送模塊23，圖像識(shí)別子系統(tǒng)2還包括有圖像解密模塊；所述圖像預(yù)處理及加密模塊22與圖像傳送模塊23的接收端連接，所述圖像解密模塊與圖像傳送模塊23的傳送端無線連接。所述環(huán)境圖像數(shù)據(jù)采集模塊21用于通過已校準(zhǔn)的攝像機(jī)對(duì)環(huán)境圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行攝像采集，所述已校準(zhǔn)的攝像機(jī)為已經(jīng)進(jìn)行標(biāo)定處理的攝像機(jī)，攝像機(jī)的標(biāo)定包括：(1)采用國際象棋棋盤作為攝像機(jī)標(biāo)定的參考圖；(2)采用攝像機(jī)對(duì)國際象棋棋盤進(jìn)行圖像采集，以得到棋盤圖像，采集的時(shí)候盡量讓棋盤占據(jù)盡可能多的畫面，采集的棋盤圖像的數(shù)量大于等于10；(3)輸入棋盤方格尺寸大小，設(shè)定棋盤角點(diǎn)搜索窗口方格大小，窗口方格小于棋盤方格大小，提取棋盤圖像中棋盤上所有方格的角點(diǎn)；(4)采用matlab標(biāo)定工具箱對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)取得的角點(diǎn)，運(yùn)行程序得到攝像機(jī)的參數(shù)，完成標(biāo)定。本優(yōu)選實(shí)施例通過已校準(zhǔn)的攝像機(jī)對(duì)環(huán)境圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行攝像采集，能夠更準(zhǔn)確地獲取環(huán)境圖像數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步提高圖像識(shí)別的效率和精度，提高無人機(jī)飛行的精確度。優(yōu)選地，所述圖像預(yù)處理及加密模塊22用于對(duì)需加密的環(huán)境圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，并對(duì)圖像預(yù)處理后的圖像進(jìn)行加密；所述對(duì)需加密的環(huán)境圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括：(1)按照下列灰度化處理公式對(duì)需加密的環(huán)境圖像進(jìn)行灰度化處理：日光條件下：燈光條件下：弱光條件下：Q＝max(r，g，b)上式中，日光條件是指拍攝條件為正常白天，燈光條件指拍攝條件為太陽落山后室內(nèi)燈光條件，弱光條件指拍攝條件為晚上室內(nèi)不開燈，Q為處理后圖像的像素灰度值，r、g、b分別表示圖像像素點(diǎn)的紅色、綠色、藍(lán)色分量；(2)對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，包括：1)將經(jīng)過灰度化處理的圖像的灰度值按照下列公式進(jìn)行增強(qiáng)處理：Q′＝lnQ2)計(jì)算任意像素點(diǎn)(x,y)和鄰域內(nèi)八個(gè)像素點(diǎn)的灰度關(guān)系W：式中，μ、v不能同時(shí)為0；通過該灰度關(guān)系對(duì)初始灰度值進(jìn)行校正，得到校正后的灰度值ψ(x,y)為：本優(yōu)選實(shí)施例根據(jù)不同光照條件對(duì)圖像進(jìn)行灰度處理，減少了計(jì)算量，保證了在弱光條件下圖像的亮度，對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，提高了圖像質(zhì)量，從而進(jìn)一步得到較為清晰的環(huán)境圖像，有利于后續(xù)的圖像識(shí)別處理，讓無人機(jī)能更有效地了解復(fù)雜環(huán)境障礙物的情況。所述對(duì)需加密的環(huán)境圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，還包括：(1)對(duì)灰度值校正后的圖像按照?qǐng)D像要求度進(jìn)行區(qū)分，確定圖像要求高的圖像和圖像要求較低的圖像，并做好標(biāo)記；(2)對(duì)灰度值校正后的圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理：首先進(jìn)行三級(jí)小波分解，提取灰度值校正后的圖像的三級(jí)小波分解低頻近似分量，然后采用下列混沌映射公式對(duì)低頻圖像進(jìn)行位置置亂處理：式中，η1為低頻圖像信息，m1、m2、m3為通過混沌映射生成的三個(gè)變量；為適應(yīng)數(shù)字圖像所要求的數(shù)值范圍，對(duì)m1、m2、m3按照下式進(jìn)行處理，從而將它們的值映射到0-255之間，生成混沌序列F、Z，并進(jìn)一步映射為圖像矩陣：F＝[(m1+m2)*500]mod256，Z＝[(m1+m3)*500]mod256(3)確定待加密圖像：對(duì)于圖像要求較低的圖像，采用預(yù)處理后的圖像作為待加密圖像；對(duì)于圖像要求較高的圖像，對(duì)預(yù)處理后的圖像利用小波逆變換進(jìn)行圖像重構(gòu)，以重構(gòu)后的圖像作為待加密圖像；所述對(duì)圖像預(yù)處理后的圖像進(jìn)行加密，包括：用O1表示待加密圖像，分別在有限域上與混沌序列F執(zhí)行加法運(yùn)算和乘法運(yùn)算，得到新的圖像O2，再將圖像O2使用轉(zhuǎn)置操作得到新的圖像O3，最后將將圖像O3與混沌序列Z執(zhí)行有限域上的加和乘操作，得到最終的圖像O，其中：式中，表示有限域的加法，“·”表示有限域上的乘法。本優(yōu)選實(shí)施例利用小波變換對(duì)圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，去除了圖像本身的冗余性，實(shí)現(xiàn)快速置亂，能夠減少所需的混沌序列，提高加密效率，滿足實(shí)時(shí)通信的要求；按照?qǐng)D像要求的高低進(jìn)行圖像區(qū)分，對(duì)于圖像要求高的圖像先進(jìn)行圖像預(yù)處理再進(jìn)行小波逆變換的圖像重構(gòu)處理，確保無損的同時(shí)提高了置亂的速率；加密時(shí)，將有限域的二進(jìn)制算法與混沌加密技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，保障了圖像加密的安全性的同時(shí)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，提高了圖像加密的速度，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境圖像的安全傳送，提高了系統(tǒng)的安全性。優(yōu)選地，所述解密模塊用于對(duì)加密圖像進(jìn)行解密，其使用與圖像預(yù)處理相同的混沌映射公式以及相應(yīng)的混沌序列，對(duì)加密過程進(jìn)行逆轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)圖像的解密。本優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了圖像識(shí)別子系統(tǒng)2對(duì)加密的環(huán)境圖像的讀取，進(jìn)一步提高了圖像識(shí)別子系統(tǒng)2對(duì)環(huán)境圖像數(shù)據(jù)處理的速度，從而進(jìn)一步提高了無人機(jī)自主飛行的效率?；谏鲜鰧?shí)施例，發(fā)明人進(jìn)行了一系列測試，以下是進(jìn)行測試得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：無人機(jī)自主飛行情況指令生成平均耗時(shí)飛行故障率飛行環(huán)境1：操場，行程500m2s0％飛行環(huán)境2：國道路段，行程500m2s0％飛行環(huán)境3：農(nóng)場，行程1000m3s0％飛行環(huán)境4：沿電網(wǎng)飛行，行程1000m2s0％飛行環(huán)境5：企業(yè)工廠，行程500m2s0％最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3