[發(fā)明專利]一種云臺視覺伺服控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010890439.1
• 申請日: 2020-08-29
• 公開（公告）號: CN111966133A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳誠斌;陳思凡;胡廣生;陳柏合
• 申請（專利權(quán)）人: 山東翔邁智能科技有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;H04N5/232
• 代理公司: 濟南信在專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 37271
• 代理人: 黃波

本發(fā)明公開了一種云臺視覺伺服控制系統(tǒng)，包括無人機云臺、圖像處理與目標(biāo)識別模塊、云臺控制與目標(biāo)跟蹤模塊、位置坐標(biāo)監(jiān)控模塊、服務(wù)器處理中心模塊，無人機云臺上固定有傳感器；圖像處理與目標(biāo)識別模塊用于進(jìn)行環(huán)境視頻采集；云臺控制與目標(biāo)跟蹤模塊用于接收相機像素中心位置與目標(biāo)特征點位置的偏差信息，調(diào)節(jié)三軸無人機云臺各軸的角度；位置坐標(biāo)監(jiān)控模塊用于通過傳感器讀取得到無人機云臺當(dāng)前的姿態(tài)及高度信息，并計算出無人機當(dāng)前的經(jīng)緯度，完成導(dǎo)航；利用該系統(tǒng)通過云臺控制相機將目標(biāo)始終保持在相機光軸上，在無人機近距離作業(yè)過程中，獲得無人機世界坐標(biāo)導(dǎo)航信息的方法，從而最大程度的保證目標(biāo)跟蹤的有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機視覺控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種云臺視覺伺服控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

現(xiàn)如今的四旋翼無人機自主巡航工作模式可以描述如下。首先，基于自主巡航要求，控制中心選擇巡航路線及拍攝目標(biāo)，并獲取他們的位置和監(jiān)控服務(wù)時間。然后，指定無人機巡航路線。最后，根據(jù)指定的路線，無人機從停機坪起飛，按照巡航路線找到目標(biāo)，拍攝圖片/視頻并通過無線返回到控制中心溝通，最后返回基地。在工作中，無人機是對單一物體進(jìn)行定時定點的拍攝，例如電力線絕緣子拍攝等等。此類作業(yè)的特點如下：1.已知作業(yè)目標(biāo)地理位置信息。2.每次無人機作業(yè)作業(yè)目標(biāo)位姿不變。3.無人機攜帶相機在作業(yè)過程中始終在拍攝目標(biāo)。

但是，在自主巡航過程中，近目標(biāo)進(jìn)行拍攝的時候，GNSS信號及易受到干擾(例如電力線巡檢，建筑物勘探等)，因此需要通過其他輔助傳感設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航，視覺導(dǎo)航是一種重要的導(dǎo)航方式。目前的視覺導(dǎo)航方式使通過攜帶多余的相機進(jìn)行導(dǎo)航。然而在實際工作中，因無人機荷載能力有限的約束，難以攜帶除工作所需設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，如何能用最低成本的改造當(dāng)前無人機，利用原有無人機所攜帶的作業(yè)相機進(jìn)行導(dǎo)航成為新興問題。

對于無人機而言，需要使用單一相機對場景進(jìn)行判斷。在無人機進(jìn)行拍攝的過程中，經(jīng)常需要實時的獲取拍攝信息而不是只進(jìn)行一次拍攝。同時相機在導(dǎo)航過程中需要對目標(biāo)進(jìn)行實時跟蹤，才可以獲取位置信息。在跟蹤過程中，將面臨兩個挑戰(zhàn)：1.保證鎖定目標(biāo)不丟失；2.保證目標(biāo)拍攝的清晰度。首先，為盡可能物體在不規(guī)則運動中，保證目標(biāo)能被相機實時跟隨，在使用相同相機及擁有同等的跟蹤算法前提上，最好的辦法是讓圖像呈現(xiàn)在視場中心，保證云臺對各個方向的相機的運動都有充足的應(yīng)對時間。再者，跟蹤目標(biāo)拍攝不清晰也是導(dǎo)致目標(biāo)丟失的重要原因。雖然現(xiàn)在有許多理論被提出消除這些影響，但這些理論是不全面的。相機的拍攝方式分為兩種，一種是用 Global shutter方式拍攝，但該方式假如曝光時間過長，照片會產(chǎn)生像糊現(xiàn)象。而另一種用Rolling shutter方式拍攝，但如果逐行掃描速度不夠，拍攝結(jié)果就可能出現(xiàn)“傾斜”、“搖擺不定”或“部分曝光”等任一種情況。而最好的克服拍攝模糊現(xiàn)象最好的辦法就是減少拍攝目標(biāo)與相機的相對運動。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種云臺視覺伺服控制系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)通過云臺控制相機將目標(biāo)始終保持在相機光軸上，在無人機近距離作業(yè)過程中，獲得無人機世界坐標(biāo)導(dǎo)航信息的方法，從而最大程度的保證目標(biāo)跟蹤的有效性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種云臺視覺伺服控制系統(tǒng)，包括無人機云臺、圖像處理與目標(biāo)識別模塊、云臺控制與目標(biāo)跟蹤模塊、位置坐標(biāo)監(jiān)控模塊、服務(wù)器處理中心模塊，所述無人機云臺上固定有傳感器；

所述圖像處理與目標(biāo)識別模塊包括搭載在無人機云臺上的相機，用于進(jìn)行環(huán)境視頻采集，并將采集到的視頻傳輸至服務(wù)器處理中心模塊進(jìn)行處理，識別作業(yè)目標(biāo)是否出現(xiàn)在圖像中；

所述云臺控制與目標(biāo)跟蹤模塊用于接收相機像素中心位置與目標(biāo)特征點位置的偏差信息，并通過偏差值輸入，調(diào)節(jié)三軸無人機云臺各軸的角度；

所述位置坐標(biāo)監(jiān)控模塊用于通過傳感器讀取得到無人機云臺當(dāng)前的姿態(tài)及高度信息，并計算出無人機當(dāng)前的經(jīng)緯度，完成導(dǎo)航。

優(yōu)選的，計算目標(biāo)特征點位置的坐標(biāo)具體步驟如下：