[發(fā)明專利]一種基于機器視覺的夜間作業(yè)無人機系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210764048.4
• 申請日: 2022-07-01
• 公開（公告）號: CN114879744B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉煒;謝德錦;徐正國;周柯江;李兆星
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學湖州研究院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發(fā)明提供了一種基于機器視覺的夜間作業(yè)無人機系統(tǒng)，包括機體和地面上位機，機體包括衛(wèi)星定位系統(tǒng)、通信模塊和飛控模塊，機體分別連接有可變光源、攝像機、處理器和激光雷達，處理器分別與可變光源、攝像機、激光雷達、飛控模塊之間通過通信模塊的串口進行通信，處理器與地面上位機之間通過無線電信號進行通信，可變光源能夠根據(jù)夜間作業(yè)需要通過處理器或地面上位機改變光照波長和光照強度，處理器內(nèi)設(shè)有邊界分類模型，邊界分類模型能夠輔助飛控模塊控制機體進行自主作業(yè)，攝像機能夠?qū)⑴臄z的圖像通過處理器和通信模塊傳輸至地面上位機，上位機能夠根據(jù)圖像遠程檢測農(nóng)作物的病害情況，本發(fā)明實現(xiàn)無人機自主作業(yè)時的實時邊界預警功能和緊急制動與避障功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種夜間飛行無人機技術(shù)，尤其涉及一種夜間作業(yè)的植保無人機系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無人機是無人駕駛飛機的簡稱，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。植保無人機是無人機的一個子類，用于農(nóng)林植物保護作業(yè)，包括播種、噴灑和檢測等作業(yè)。本發(fā)明中植保無人機系統(tǒng)，主要用于對農(nóng)作物的植物病進行檢測。

現(xiàn)有的植保無人機在作業(yè)過程存在以下問題：

1、太陽光線影響。植保無人機一般在白天作業(yè)，其圖像拍攝效果直接受到太陽光線的影響，特別是在檢測作業(yè)中，機載攝像機拍攝的圖片因為太陽光反射和散射的影響而使目標和背景模糊，具有較多的噪音，不利于后續(xù)的處理和檢測；

2、天氣因素影響。檢測作業(yè)過程中，圖像拍攝容易受到拍攝時的光環(huán)境影響，例如晴天、多云與陰天，早上、中午與下午等，光環(huán)境不同導致拍攝效果差異過大，影響檢測精度；

3、導航和定位精度影響。現(xiàn)有的植保無人機在自主作業(yè)時大多利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)（比如GPS）導航，但是由于衛(wèi)星定位系統(tǒng)經(jīng)常會受到衛(wèi)星軌道誤差，電離層，對流層等干擾，同時多云等天氣也會對GPS定位形成一定程度的干擾，造成米級或數(shù)米及以上的定位誤差；并且，衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位精度受限，提高精度的代價高昂。僅靠衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位信息控制無人機飛行而沒有及時的邊界預警功能并及時調(diào)整飛行軌跡，會發(fā)生邊界附近漏檢或越界監(jiān)測的情況。由于拍攝農(nóng)作物圖像的需求，一般無人機飛行高度較低。白天飛行時，在操控人員視野范圍內(nèi)，操控人員還可以結(jié)合目測地從傳回的圖像中判斷邊界；夜間作業(yè)時，操控人員即使對所需檢測的農(nóng)田環(huán)境比較熟悉，也很難做出準確判斷，且依靠人工判斷也很難做出及時的飛行軌跡調(diào)整。無人機在邊界附近漏檢會或越界監(jiān)測（使傳回的圖像為非監(jiān)測范圍的圖像），對圖像分析結(jié)果的準確度有影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于機器視覺的夜間作業(yè)的無人機系統(tǒng)，通過機載可變光源可以提供穩(wěn)定的模擬光，能夠解決植保無人機在白天作業(yè)時拍攝圖像的質(zhì)量受太陽光線影響的問題以及拍攝到最容易區(qū)分目標物的圖像；通過結(jié)合衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位信息和邊界分類模型的邊界信息控制無人機飛行軌跡，能夠解決無人機在自主作業(yè)時容易飛出農(nóng)田邊界導致發(fā)生意外的問題。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于機器視覺的夜間作業(yè)無人機系統(tǒng)，包括機體和地面上位機，所述機體設(shè)有衛(wèi)星定位系統(tǒng)、通信模塊、飛控模塊、激光雷達和攝像機；其特征在于：所述機體還設(shè)有處理器和可變光源；

所述攝像機在所選波長范圍和光照強度的模擬光主動照射下，由處理器控制拍攝圖像，所述處理器獲得圖像后，有兩種處理方式，并根據(jù)其中之一進行處理：

第一方式：所述處理器內(nèi)設(shè)有邊界分類模型，所述邊界分類模型用于對所述圖像進行處理，輔助所述飛控模塊控制所述機體精準地確定無人機作業(yè)范圍，使無人機在目標邊界范圍內(nèi)作業(yè)；

第二方式：所述圖像通過所述處理器和所述通信模塊傳輸至所述地面上位機，所述地面上位機對所述圖像進行處理，基于地面上位機的圖像處理算法，實現(xiàn)遠程檢測農(nóng)作物病害情況；