[發明專利]一種基于微型無人機的室內電磁分布3D測量系統和方法

在審

• 申請號: 201810917150.7
• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109218962A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 王超;皇甫江濤
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/33;H04W24/02;H04W64/00;G01R33/10;H04B17/318;H04N13/239
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于微型無人機的室內電磁分布3D測量系統，其特征在于：包括搭載電磁信號強度檢測模塊(5)和發光光源(8)的微型無人機(1)、雙目攝像機(3)和測控平臺(4)；雙目攝像機(3)安裝在室內空間中，雙目攝像機(3)的鏡頭視野覆蓋完整室內空間，雙目攝像機(3)和測控平臺(4)連接；控制微型無人機(1)在室內空間飛行并遍歷無障礙室內空間的各個位置，通過搭載在微型無人機(1)上的電磁信號強度檢測模塊對室內空間中各個位置的空間電磁輻射強度進行檢測，并將空間電磁輻射強度數據無線發送至測控平臺(4)；同時雙目攝像機(3)拍攝微型無人機(1)上發光光源(3)的圖像并將拍攝圖像發送至與雙目攝像機(3)相連的測控平臺(4)；測控平臺(4)根據雙目攝像機(3)拍攝的圖像計算微型無人機(1)在室內空間的三維坐標位置信息，并與同時接收到的空間電磁輻射強度數據映射，通過色彩和空間位置組合描繪三維空間電磁信號強度信息顯示輸出。

2.根據權利要求1所述的一種基于微型無人機的室內電磁分布3D測量系統，其特征在于：所述的微型無人機(1)底部固定有剛性懸掛桿(6)，剛性懸掛桿(6)下端固定安裝發光光源(8)，所述的微型無人機(1)頂部安裝電磁信號強度檢測模塊(5)。

3.根據權利要求1所述的一種基于微型無人機的室內電磁分布3D測量系統，其特征在于：所述的電磁信號強度檢測模塊(5)包括電磁輻射功率檢測天線、電磁信號強度檢測電路、無線收發電路和數據收發天線；電磁輻射功率檢測天線依次經電磁信號強度檢測電路、無線收發電路后和數據收發天線連接，電磁輻射功率檢測天線接收室內空間中所在位置特定頻率的空間電磁信號并發送到電磁信號強度檢測電路，通過電磁信號強度檢測電路檢測獲得空間電磁信號的空間電磁輻射強度數據，將空間電磁輻射強度數據通過無線收發電路發送到數據收發天線，由數據收發天線發送至測控平臺(4)進行處理。

4.根據權利要求1所述的一種基于微型無人機的室內電磁分布3D測量系統，其特征在于：所述的測控平臺(4)包括數據收發模塊、數據處理模塊和顯示輸出模塊；數據收發模塊經數據處理模塊和顯示輸出模塊連接，數據收發模塊通過有線和無線的方式分別接收來自雙目攝像機(3)的圖像和來自電磁信號強度檢測模塊(5)測得的空間電磁輻射強度數據，數據處理模塊計算獲得微型無人機(1)實時位置的三維坐標，并將空間電磁輻射強度數據的電磁輻射功率值與三維坐標相映射，并轉換為三維坐標與色彩映射，顯示輸出室內電磁分布3D圖。

5.根據權利要求1所述的一種基于微型無人機的室內電磁分布3D測量方法，其特征在于：控制微型無人機(1)沿直線在室內空間飛行并遍歷無障礙室內空間的各個位置，通過搭載在微型無人機(1)上的電磁信號強度檢測模塊對室內空間中各個位置的空間電磁輻射強度進行檢測，并將空間電磁輻射強度數據無線發送至測控平臺(4)；同時雙目攝像機(3)拍攝微型無人機(1)上發光光源(3)的圖像并將拍攝圖像發送至與雙目攝像機(3)相連的測控平臺(4)；測控平臺(4)根據雙目攝像機(3)拍攝的圖像計算微型無人機(1)在室內空間的三維坐標位置信息，并與同時接收到的空間電磁輻射強度數據映射，通過色彩和空間位置組合描繪三維空間電磁信號強度信息，顯示輸出室內電磁分布3D圖。

6.根據權利要求5所述的一種基于微型無人機的室內電磁分布3D測量方法，其特征在于：通過雙目攝像機(3)拍攝的微型無人機(1)上發光光源(3)的圖像計算處理獲得微型無人機(1)在室內空間的三維坐標位置信息，具體為：

首先，進行圖像處理獲得圖像中的發光光源位置，作為目標點；

接著，建立三維坐標系，X和Y分別為沿圖像成像面的橫向方向和縱向方向，Z垂直于圖像成像面；

然后，采用以下公式計算獲得目標點到成像面的距離Z，作為三維坐標系的Z方向坐標：

Z＝fT/d

d＝|X_l-X_r|

其中，f表示焦距，T為雙目攝像機(3)中兩個攝像機中心間距，d表示視差，X_l為雙目攝像機(3)中左攝像頭成像目標點的橫向坐標位置，X_r為雙目攝像機(3)中右攝像頭成像目標點的橫向坐標位置；

最后，求得目標點到成像面的距離Z后，采用以下公式計算得到微型無人機(1)在三維坐標系的X方向坐標和Y方向坐標：

X＝ZX_l/f

Y＝ZY_l/f

其中，X_l為雙目攝像機(3)中左攝像頭成像目標點的橫向坐標位置，Y_l為雙目攝像機(3)中左攝像頭成像目標點的縱向坐標位置。