[发明专利]一种基于图像识别的无人机自主飞行系统

说明书

技术领域

本发明属于无人机控制与决策领域。具体地说是一种基于图像识别的无人机自主飞行系统。

背景技术

近年来，无人机因其在枯燥、恶劣的环境中出色的执行高危险任务，已被广泛运用到通信、气象、军事等领域。无人机技术在小型化、隐身化以及智能化方向得到了快速的发展。

但是，目前主流设计的无人机自主飞行系统，所涉及的地面控制基站程序——无论是单纯的借助程序或者是基于智能Agent的分层递阶结构控制体系——底层的导航控制都是借由方向定位系统(主要包括GPS定位系统、罗盘系统以及高度传感器这三部分)来确定无人机实时位置，再通过预先设定的直角坐标系进行飞行路线的执行，从而完成对预设飞行路线的执行。

然而，面对现实中受到多因素影响的复杂环境，这种控制模式已经不能满足对非预见威胁的有效避免。同时在一些小范围复杂地形环境中，无人机躲避障碍物的成功率大幅下降。

发明内容

本发明是为了克服现有技术存在的不足之处，提供一种基于图像识别的无人机自主飞行系统，以期无人机在自主飞行时，能根据随机发生的环境变化做出更及时应答和调整，以确保无人机自主飞行的稳定与灵活。

本发明为达到上述发明目的采用如下技术方案：

本发明一种基于图像识别的无人机自主飞行系统，是应用于由n个无人机和一个地面指挥中心构成的自主飞行任务中；其特点是包括：飞行通信模块、地面通信模块、输入模块、FFMPEG模块、视频显示模块、图像识别模块、指令生成模块和输出模块；所述飞行通信模块和地面通信模块均包括UDP5556端口与TCP5555端口；

所述n个无人机通过自带的前置摄像头各自获取环境图像，并通过各自的飞行通信模块进行编码和封装形成TCP包后利用自身的TCP5555端口发送给所述地面通信模块的TCP5555端口；

所述地面通信模块TCP5555端口接收所述TCP包并传递给所述输入模块进行预处理，获得H264基本图像，并将所述H264基本图像发送给FFMPEG模块；

所述FFMPEG模块通过调用FFMPEG解码包对所接收的H264基本图像进行解码处理获得图像帧，再将所述图像帧发送给图像识别模块，同时所述FFMPEG模块对所述图像帧进行组装形成视频流后发送给所述视频显示模块用于实时显示；

所述图像识别模块对所接收的图像帧进行二值化处理，获得黑白图像；对所述黑白图像利用循环校正算法来获得识别目标；对所述识别目标采用质心比对算法获取目标的实际质心，并将所述实际质心与所设定的质心阈值进行求差，获得调整量后发送给所述指令生成模块；

所述指令生成模块利用监视器来接收所述调整量并对所述调整量进行AT指令的转义后发送给所述输出模块；

所述输出模块对所接收到的转义后的AT指令进行封装，形成指令数据包后利用所述地面通信模块的UDP5556端口发送给所述飞行通信模块的UDP5556端口；

所述飞行通信模块的UDP5556端口从所接收的指令数据包中提取AT指令，并根据所述AT指令执行自主飞行任务。

本发明所述的基于图像识别的无人机自主飞行系统的特点也在于，所述n个飞行通信模块和一个地面通信模块按如下步骤建立通信连接：

步骤2.1、所述n个飞行通信模块各自创建一个SSID网络的名称，并设置所述SSID网络的IP地址；

步骤2.2、所述地面通信模块连接到所述IP地址中，从而获得所述飞行通信模分配的地面IP地址；

步骤2.3、所述n个飞行通信模块为所述地面通信模块分配相应的UDP5556端口与TCP5555端口，从而实现数据传输；并有，所述UDP5556端口负责发送包含AT指令的指令数据包；所述TCP5555端口负责传输包含环境图像的TCP包。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明通过设置一个地面基站控制n台无人机的功能来及时了解多个任务区域实时环境，采用了实时图像信息作为控制调整依据，通过图像识别技术让飞行器能使其有效地了解复杂环境障碍物的情况，并根据实时信息作出飞行调整，使其能在复杂地形或多变环境中，具备更智能灵活的自主飞行控制能力，避免飞行受到影响；飞行器具有的实时视频显示功也能方便方便操作人员充分了解具体任务环境信息。

2、本发明通过循环校正算法对所获取实时图像信息来帮助无人机更快速辨识任务目标，方便后续自主飞行决策的调整，通过TCP协议来高速传输高清摄像头获取的图像信息，从而确保数据传输的高效稳定，达到飞行控制的稳定。