无人机室内编队飞行计算机视觉定位

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1、无人机室内编队飞行计算机视觉定位方案设计目录1：项目需求32：系统整体设计33：标识设计64：目标定位跟踪75：研究基础和团队71:项目需求本项目是针对室内多机编队飞行而生。飞行环境1、飞行空间：长8米，宽4米，高2.8米2、飞机尺寸：长10cm，宽10cm；3、飞机数量：16架；4、飞行高度1.5米5、飞行间距40cm视觉定位要求1、平面定位精度5cm；2、飞机头尾方位角1；3、输出速率大于30hz；4、延迟小于100ms；2：系统整体设计室内导航与定位是无人机编队飞行的核心技术，一旦无人机像人 一样室内活动自如，将开启一个比现有规模还大的室内市场，对于室 外环境，全球导航卫星系统(Glob

2、al Navigation Satellite System, GNSS)诸如美国的全球定位系统(Global Positioning System, GPS 我国的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)能够为用户提供较高精度的定位服务，基本满足了用户在室外场 景中对基于位置服务的需求。然而，个人用户、服务机器人、扫地机 器人等有大量的定位需求发生在室内场景。而室内场景受到建筑物的 遮挡，GNSS信号快速衰减，甚至完全拒止，无法满足室内场景中导 航定位的需要。因此，室内定位技术成为工业界与学术界研究的热点。 在各行业应用需求的推动下，

3、室内定位技术得到了快速的发展。目前， 国内外研究已提出了射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)、蓝牙、WLAN(Wireless Local Area Networks)、 超宽带(Ultra-Wideband, UWB)，光流技术和运动捕捉等室内定位技 术及系统，其中部分定位技术已经商用。但是，由于室内场景的复杂 性和多样性，不同的室内定位技术也具有不同的缺点和局限性，尚未 形成与GPS类似的普适解决方案。射频，WLAN和UWB技术由于射频的不确定性，适应于范围大， 精度要求较低的场合，光流法定位精度高，适合于无人机在室内的空 中精确悬浮和定

4、位。运动捕捉技术是目前最成功的无人机室内编队飞 行动态定位技术，代表有英国Oxford Metrics Limited公司，英国Oxford Metrics Limited公司是世界上一家非常著名的 光学动作捕捉(Motion Capture)系统供应商，它的这项技术在70 年代服务于英国海军，从事遥感、测控技术设备的研究与生产。进入 80年代他们将自己在军事领域里的高新技术，逐渐用于民用方面， 在医疗、运动、工程、生物等诸多领域生产制造用于动作捕捉的 Motion Capture系统。80年代末，OML又将动作捕捉系统技术应用 于影视的动画制作领域。应用领域涉及动画制作、虚拟现实系统、机 器

5、人遥控、互动式游戏、体育训练、人体工程学研究、生物力学研究 等方面。我们实验室提出的无人机实时定位解决方案，利用高精度的 OptiTrack三维运动捕捉系统，以每秒数百帧的拍摄速率捕捉无人机 上固定的特制的标记点，能够实时精确地构建出标记点三维空间位置 信息，实现无人机的位置和姿态信息的捕捉，是无人机飞行控制研究 领域的先进的助力设备。图1整体设计方案如上图所示，系统主要有8台摄像机系统，摄像机的接口为千兆网或者cameralink接口，帧率可以达到150fps，不到10ms 一张 图像，每一台摄像机和其相邻的相机组成一个双目视觉系统，可以实 现景深，也就是高度的测量，系统使用两台服务器，每一

6、台服务器采 集4路视频进行处理，服务器之间通过千兆网进行通信，减小时间延。3：标识设计本系统中需要实时定位无人机的位置和姿态，因此设计稳定简单 鲁邦的标识是视觉跟踪和定位的关键，我们结合二维码技术和字母识 别技术的优点设计了一套非常易于定位和识别的标识，如图所示标识系统利用了二维码的快速定位点，同时在二维码的中心标识字符以区分不同的无人机，不采用二维码的原因在于二维码的识别速度比 字符识别的速度要慢，不利于本项目的实时控制。4：目标定位跟踪相机指标如下所示:1、相机的帧率大于150fps2、相机的分辨率大于1280*10245:研究基础和团队肖潇，2009年9月获得光电信息工程博士学位。2009年7月 开始在西安电子科技大学通信工程学院任教，担任西安电子科技大学 深度智能实验室主任，现在主要研究方向为计算机视觉，目标跟踪识 别，雷达信号处理和软件无线电等。一、承担和完成的科研项目1、西安电子科技大学基本科研业务项目智能驾驶中基于全景环带 成像的三维动态场景分析2、西安电子科技大学基本科研业务项目基于人类视觉特征描述子 的全景目标实时跟踪3、国家自然科学基金青年基金项目这反射全景成像中的目标压缩 跟踪研究（项目批准号：61403291）