基于智能手機與雙目視覺的四旋翼運動目標追蹤系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像模式識別領(lǐng)域，尤其涉及一種基于智能手機與雙目視覺的四旋翼 運動目標追蹤系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對視頻序列中感興趣的目標進行準確有效的跟蹤，在視頻監(jiān)控、人機交互、虛擬現(xiàn) 實等領(lǐng)域得到了廣泛了的應(yīng)用，使用四旋翼飛行器（以下簡稱四旋翼）對運動的目標進行 追蹤可廣泛的應(yīng)用于視頻跟拍、安防巡邏等領(lǐng)域，具有較好的實用價值。
[0003] 由于四旋翼與目標都處于運動中，傳統(tǒng)的目標跟蹤方法僅是對視頻序列中的目標 進行檢測標記，當被跟蹤目標的運動狀態(tài)發(fā)生突變時，將可能丟失跟蹤目標，最終導(dǎo)致四旋 翼對目標的跟蹤失敗。針對于該問題，通常的解決辦法是將目標檢測與跟蹤濾波算法相結(jié) 合，提高算法的跟蹤效率與精確度。
[0004] 由于四旋翼的運動空間為三維空間，準確的對目標進行識別，并獲取目標的距離 信息對于四旋翼完成目標跟蹤任務(wù)具有重要的意義。傳統(tǒng)的激光傳感器質(zhì)量過大，容易超 出四旋翼的負載范圍，而單目攝像頭無法獲取當前位置到目標的深度距離信息，在實際的 四旋翼跟蹤方法中得不到應(yīng)用。雙目視覺具有質(zhì)量小，抗干擾能力強等特點，由于使用了左 目和右目攝像頭，根據(jù)左右攝像頭的視差，應(yīng)用雙目測距原理，能夠準確測量四旋翼與目標 之間距離。因此使用雙目攝像頭采集的視頻圖像中能夠準確的對目標進行跟蹤與測量，雙 目攝像頭的使用是實現(xiàn)四旋翼對運動目標追蹤的關(guān)鍵所在，對于提高四旋翼跟蹤算法的執(zhí) 行效率與精確度具有重要意義。
[0005] 采用雙目視覺對目標進行跟蹤與距離測量，其計算量較大，傳統(tǒng)的圖像處理模塊 無法實時有效的對如此大量的視頻信號進行處理，同時傳統(tǒng)的無線傳輸模塊的傳輸距離和 帶寬均非常有限。
[0006] 同時由于四旋翼運動目標追蹤在日常作業(yè)和生活中使用越來越頻繁，而專業(yè)的飛 行控制器操控方法非常專業(yè)，實際控制程序繁瑣，同時由于價格非常昂貴，這就限制了對四 旋翼運動目標追蹤技術(shù)的應(yīng)用和進一步研宄。因此，采用日常生活中方便且易獲取的控制 器來進行四旋翼運動目標追蹤，就顯得非常有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供一種基于智能手機與雙目視覺的四旋翼運動 目標追蹤系統(tǒng)和方法，不需要專用的飛行控制器即可簡單易操作的實現(xiàn)飛行和目標追蹤控 制，成本低具有較好的可拓展性和實用性、且控制方法簡單方便，便于普及。
[0008] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種基于智能手機與雙目視覺的四旋翼運動目標追蹤系統(tǒng)，其特征在于：包含兩 個智能手機，其中，一個航拍智能手機安裝在四旋翼機架上，另一個地面控制智能手機留給 地面操控人員進行遠程控制；所述航拍智能手機還配置有氣壓計；
[0010] 所述四旋翼的機架上配置雙目攝像頭、智能手機接入模塊、驅(qū)動模塊、動力模塊、 能源模塊；動力模塊包括四旋翼的螺旋槳與各旋翼電機，各旋翼的螺旋槳均由一個獨立的 旋翼電機驅(qū)動；智能手機接入模塊為四旋翼與航拍智能手機之間的接口，用以無線接收航 拍智能手機的目標控制命令并計算四旋翼電機的控制量，然后將計算出來的四旋翼電機的 控制量發(fā)送給驅(qū)動模塊，同時還無線下傳雙目攝像頭的航拍視頻數(shù)據(jù)到地面控制智能手機 上；
[0011] 所述驅(qū)動模塊由單片機與電子調(diào)速器組成，接收航拍智能手機接入模塊輸出的控 制量，并通過電子調(diào)速器輸出給旋翼電機；
[0012] 能源模塊為四旋翼飛行器的電力供應(yīng)設(shè)備，主要包括鋰電池；上述各模塊采用統(tǒng) 一接口并能組合或拆卸；
[0013] 兩個智能手機之間能夠通過公共基站無線網(wǎng)絡(luò)互通：其中，地面控制智能手機用 于選取需要跟蹤的運動目標并在目標選定后將該目標發(fā)送給航拍智能手機；航拍智能手機 用于接收目標數(shù)據(jù)并完成目標追蹤算法產(chǎn)生目標控制命令，然后將目標控制命令發(fā)送給四 旋翼的智能手機接入模塊驅(qū)動四旋翼開始對目標進行追蹤，航拍智能手機還實時接收來自 雙目攝像頭所捕獲的視頻信息并將該視頻信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至地面控制智能手機中。
[0014] 上述技術(shù)方案中，無線網(wǎng)絡(luò)為3G或4G網(wǎng)絡(luò)。
[0015] 上述技術(shù)方案中，地面控制智能手機通過觸摸屏幕操作選取需要跟蹤的運動目 標。
[0016] 上述技術(shù)方案中，智能手機具有高速多核的CPU處理器、GPU圖像處理器和無線網(wǎng) 絡(luò)通信模塊。
[0017] 上述技術(shù)方案中，智能手機均為Android操作系統(tǒng)。
[0018] 一種采用上述運動目標追蹤系統(tǒng)的四旋翼運動目標追蹤方法，主要包括如下步 驟：地面控制智能手機首先選取需要跟蹤的運動目標并在目標選定后將該目標發(fā)送給航拍 智能手機；航拍智能手機接收目標數(shù)據(jù)并完成目標追蹤算法產(chǎn)生目標控制命令，然后將目 標控制命令發(fā)送給四旋翼的智能手機接入模塊驅(qū)動四旋翼開始對目標進行追蹤；在對目標 進行追蹤過程中，雙目攝像頭將捕獲的視頻信息實時發(fā)送給航拍智能手機，航拍智能手機 實時接收來自雙目攝像頭所捕獲的視頻信息并將該視頻信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至地面控 制智能手機中。
[0019] 上述技術(shù)方案中，具體包括如下步驟：
[0020] 步驟S1 :使用四旋翼上的氣壓計，設(shè)定四旋翼的飛行高度；
[0021] 步驟S2 :獲取四旋翼上雙目攝像頭中的雙目圖像信息；
[0022] 步驟S3 :應(yīng)用基于Camshift算法與強跟蹤Kalman濾波的目標跟蹤算法對雙目攝 像頭的左目與右目的圖像進行目標跟蹤，并對下一幀圖像中目標出現(xiàn)的位置進行預(yù)測；
[0023] 步驟S4:判斷目標是否同時出現(xiàn)在左目和右目中，若目標同時出現(xiàn)在左目和右目 中，則進行下一步算法操作，否則對四旋翼的位置進行調(diào)整；若四旋翼位置調(diào)整失敗，目標 無法同時出現(xiàn)在左目和右目中則跳轉(zhuǎn)至步驟S1順序執(zhí)行；
[0024] 步驟S5:將所獲取的雙目攝像頭左目和右目所跟蹤到的運動目標的中心點位置 坐標作為追蹤目標，應(yīng)用雙目測距原理計算出當前四旋翼與該目標之間的距離；
[0025] 步驟S6 :根據(jù)所設(shè)定的四旋翼與目標之間的距離閾值，調(diào)節(jié)四旋翼與目標之間的 距離使四旋翼始終保持在所設(shè)定的距離閾值范圍內(nèi)；之后跳轉(zhuǎn)至步驟S1循環(huán)順序執(zhí)行，直 至航拍智能手機收到追蹤停止命令。
[0026] 上述技術(shù)方案中，步驟S6具體包含如下三種情況：
[0027] 步驟S61 :若根據(jù)計算得出追蹤目標與四旋翼之間的距離大于所設(shè)定的閾值范圍 時，調(diào)整四旋翼的位置，使四旋翼往靠近追蹤目標的方向直線飛行，使四旋翼與追蹤目標之 間的距離處于所設(shè)定的閾值范圍內(nèi)；
[0028] 步驟S62 :若根據(jù)計算得出追蹤目標與四旋翼之間的距離小于所設(shè)定的閾值范圍 時，調(diào)整四旋翼的位置，使四旋翼往遠離追蹤目標的方向直線飛行，使四旋翼與追蹤目標之 間的距離處于所設(shè)定的閾值范圍內(nèi)；
[0029] 步驟S63 :無論是步驟S61還是步驟S62 :在調(diào)節(jié)之后均跳轉(zhuǎn)至步驟S1循環(huán)執(zhí)行， 從而實現(xiàn)對目標的追蹤，直至航拍智能手機收到追蹤停止命令。
[0030] 本發(fā)明所提出的基于智能手機與雙目視覺的四旋翼運動目標追蹤系統(tǒng)和方法，利 用了智能手機的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了雙目視頻圖像的無線傳輸，使地面控制智能手機能夠?qū)崟r獲取 當前雙目攝像頭的視頻信息，并能夠設(shè)定四旋翼所要跟蹤的運動目標。同時采用航拍智能 手機作為整個跟蹤系統(tǒng)的運算核心，利用航拍智能手機上的高速CPU與GPU (圖像處理器） 實現(xiàn)基于雙目視覺圖像的目標追蹤算法，根據(jù)所追蹤到的目標在圖像中的位置信息，應(yīng)用 雙目測距原理即可計算出四旋翼與目標之間距離，從而實現(xiàn)四旋翼對運動目標的實時追 蹤，本發(fā)明的提出讓四旋翼對運動目標的追蹤變得簡單方便，具有較好的可拓展性和實用 性。相對于現(xiàn)有技術(shù)，不需要專用的飛行控制器即可簡單易操作的實現(xiàn)飛行和目標追蹤控 制，成本低具有較好的可拓展性和實用性、且控制方法簡單方便，便于普及。本發(fā)明能夠保 證四旋翼對目標進行準確有效的跟蹤，可應(yīng)用視頻跟拍、行人跟蹤等領(lǐng)域，具有較好的實用 性。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明基于智能手機與雙目視覺的四旋翼運動目標追蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0032] 圖2是本發(fā)明的基于智能手機與雙目視覺的四旋翼運動目標追蹤方法流程圖。
[0033] 圖3是本發(fā)明的雙目測距原理圖。
【具體實施方式】
[0034] 為了進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，通過附圖1-3對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0035] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施的基于智能手機與雙目視覺的四旋翼運動目標追蹤系統(tǒng) 一