简论直升机小型无人直升机航拍系统设计与实现

论文导读：-273.2.2航拍云台273.2.3ArduinoMega2560273.2.4图像处理器27-293.2.5无线通信29-303.2.6地面站303.3本章总结30-314关键技术31-474.1航拍云台制约31-374.1.1Arduino介绍314.1.2航拍云台姿态31-324.1.3Arduino制约32-334.1.4云台制约软件33-354.1.5云台制约实验35-374.2基于图像自主降落37-464.2.1像素坐
摘要：无人直升机与固定翼飞机相比，有很多优点：不受地形限制，能够垂直起飞和降落，能够迅速转变航向且能在定点悬停，能够贴地飞行。这些优点使得直升机在军事侦察、地形测绘、喷洒农药等方面有着广泛的运用前景。航拍系统是自主飞行小型无人直升机的一个重要任务系统。它能够拍摄直升机周围环境，将视频图像传输回地面站显示，并且可以制约航拍云台姿态，转变航拍范围；它能够识别图像中的特定目标，实现目标追踪。本论文的主要探讨内容和成果有：1)航拍系统设计。包括：图像采集模块、主控模块、通信模块、地面监控模块、航拍云台制约模块、基于图像自主降落模块、目标追踪模块。在本航拍系统中采取两套航拍设计案例。其一是采取模拟摄像头进行视频的拍摄与传输，其二是采取数字摄像头进行视频的拍摄、处理与传输。2)航拍云台制约，能够实时、精确的制约航拍云台的姿态，可以拍摄、显示指定范围航拍图像。航拍云台制约也是基于图像自主降落和目标追踪技术实现的基础。3)基于图像的自主降落技术，直升机降落时，航拍系统能够实时监测直升机与目标降落点的距离和高度。航拍系统通过识别二维码判断直升机要降落的地点，并通过识别二维码计算出直升机与地面的距离和高度，制约直升机自主降落。4)航拍系统软件的设计与实现。包括图像处理算法、制约算法、数据传输算法以及地面站制约监控系统软件。本论文设计与实现的小型无人直升机航拍系统，能够流畅传输视频图像，精确制约航拍云台，拍摄直升机周围环境。而基于图像的直升机降落制约策略，为增强无人直升机的机动适应性创造了条件。关键词：小型无人直升机论文航拍系统论文图像识别论文拍摄云台论文
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ABSTRACT4-9
1 绪论9-17

1.1 引言9

1.2 论文探讨目标9-10

1.3 国内外探讨与进展近况10-14

1.4 关键技术介绍14-15

1.5 章节安排15-17

2 相关技术介绍17-23

2.1 云台制约相关技术17-19

2.

1.1 PWM 信号17-18

2.

1.2 舵机制约原理18

2.

1.3 角度传感器18-19

2.2 基于图像自主降落相关技术19-20

2.3 软件相关技术20-21

2.3.1 OpenCV 与 Qt20-21

2.3.2 无线通信21

2.4 本章小结21-23

3 航拍系统硬件架构设计23-31

3.1 模拟视频航拍系统23-25

3.

1.1 模拟摄像头23-24

3.

1.2 视频发射器、视频接收器24-25

3.2 数字视频航拍系统25-30
3.

2.1 数字摄像头26-27

3.

2.2 航拍云台27

3.

2.3 Arduino Mega 256027

3.

2.4 图像处理器27-29

3.

2.5 无线通信29-30

3.

2.6 地面站30

3.3 本章总结30-31
4 关键技术31-47

4.1 航拍云台制约31-37

4.

1.1 Arduino 介绍31

4.

1.2 航拍云台姿态31-32

4.

1.3 Arduino 制约32-33

4.

1.4 云台制约软件33-35

4.

1.5 云台制约实验35-37

4.2 基于图像自主降落37-46
4.

2.1 像素坐标系到相机坐标系的转换37-40

4.

2.2 相机坐标系原点在 QR 坐标系中的坐标40-42

4.

2.3 QR 坐标系原点在直升机坐标系中的位置42

4.

2.4 制约直升机降落42-44

4.

2.5 软件实现44-45

4.

2.6 基于图像自主降落的精度45-46

4.3 本章小结46-47
5 航拍系统软件设计与实现47-61

5.1 机载软件的设计与实现47-54

5.

1.1 机载软件架构图与类图47-48

5.

1.2 visualserver 类-主控模块48-49

5.

1.3 tranerdaemon 类-通信模块49-50

5.

1.4 cameradaemon 类-图像采集模块50-51

5.

1.5 targettrack 类-目标追踪模块51-53

5.

1.6 ptzControl 类-云台制约模块53

5.

1.7 callLandTarget 类-基于图像降落模块53-54

5.2 地面站软件的设计与实现54-59
5.

2.1 主界面54-55

5.2论文导读：图像显示模块56-585.2.4locapmageview类-本地图像显示模块585.2.5地面站软件信号和槽的连接58-595.3本章小结59-616航拍系统实验验证61-756.1基于图像的自主降落精度实验61-626.2基于图像降落识别范围实验62-676.2.1x轴方向QR二维码宽度对识别范围的影响62-636.2.2y轴方向QR二维码宽度对识别范围的影响63-646
.2 cpenttraner 类-通信模块55-56
5.

2.3 remoteimageview 类-远程图像显示模块56-58

5.

2.4 locapmageview 类-本地图像显示模块58

5.

2.5 地面站软件信号和槽的连接58-59

5.3 本章小结59-61
6 航拍系统实验验证61-75

6.1 基于图像的自主降落精度实验61-62

6.2 基于图像降落识别范围实验62-67

6.

2.1 x 轴方向 QR 二维码宽度对识别范围的影响62-63

6.

2.2 y 轴方向 QR 二维码宽度对识别范围的影响63-64

6.

2.3 z 轴方向 QR 二维码宽度对识别范围的影响64-65

6.

2.4 QR 二维码宽度与识别范围的联系65-67

6.3 基于图像降落路径实验67-68

6.4 模拟视频航拍系统性能测试68-69

6.5 数字视频航拍系统性能测试与验证69-73

6.6 本章小结73-75

7 总结和展望75-77

7.1 本论文总结75

7.2 未来工作展望75-77

参考文献77-80
致谢80-81
攻读学位期间发表的学术论文目录81-83