[发明专利]放牧无人机及牧群跟踪方法

权利要求书

1.一种基于无人机的牧群跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)通过摄取的整个牧群的图像，对图像进行分析处理，计算牧群的质心，并对牧群的质心进行跟踪；

(2)对相对牧群有移动的目标牲畜设置标签及编号；

(3)设输入牧群的初始数目为V，计算无人机监察到的牧群的实际数目为S，比较V和S的大小，如果V>S，则发出警报，并执行下一步；如果V≤S，则继续跟踪；

(4)判断失踪的目标牲畜的标签和编号，估计目标牲畜所在的区域，并将估计区域传送给收发设备。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的牧群跟踪方法，其特征在于，步骤(1)中所述的计算牧群的质心包括以下过程：

(11)将彩色图像转化为二值图像，然后运用Sobel算法检测出边缘特征点C₁＝{x₁,x₂,…x_m}，其中x_i(i＝1,2,…m)是边缘特征点的位置向量；

(12)利用提取出的边缘特征点计算图像的质心，质心μ₁的计算公式为，

其中，|C₁|代表边缘特征点的个数。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的牧群跟踪方法，其特征在于，步骤(1)中所述的对牧群的质心进行跟踪，采用的是标准卡尔曼滤波算法对目标位姿进行滤波，通过状态转移矩阵对目标下一个时刻的位姿进行估计和检测，再通过飞控部分调整无人机的飞行参数来实现跟踪。

4.根据权利要求1所述的基于无人机的牧群跟踪方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下过程：

(21)将彩色图像转化为二值图像，采用Sobel算法检测出边缘特征点，然后计算出边缘特征点的光流矢量；

(22)用meanshift算法获得运动一致的光流矢量并在光流矢量图中去掉，提取出相对移动的目标光流矢量；

(23)将目标光流矢量图变换为二值图像，在二值图中找出连通区域，通过计算每一个连通区域的面积检测出运动目标，并对其设置标签及编号。

5.根据权利要求1所述的基于无人机的牧群跟踪方法，其特征在于，步骤(3)中所述的计算牧群的实际数目包括以下过程：

(3.1)采用光流法和meanshift算法提取环境对应的背景光流矢量并去除，从原始图像中提取出牧群；

(3.2)将图片转变成二值图像，先进行图像腐蚀操作，然后遍历像素，具有相同值并相互连通的像素视为“团”，不同的团作不同的标记，标记的总个数即为牧群中牲畜的实际数目。

6.根据权利要求1所述的基于无人机的牧群跟踪方法，其特征在于，步骤(4)中所述的估计目标牲畜所在的区域，包括以下过程：

(4.1)根据采集图像计算出目标牲畜最后出现在无人机视野中的位置A点以及相对于地面的逃离速度

(4.2)假设失踪牲畜以匀速直线运动进行逃跑，在警报声响起的t时间后，目标牲畜在距离A点L处的B点，其中以目标牲畜每秒运动偏离的方向角度为10度，每秒的加速度为1m/s²，计算出以B点为中心的区域，每5s更新该估计区域。

7.一种放牧无人机，包括动力模块、飞控模块、摄像模块、姿态测量模块、测速模块、无线模块和遥控器，其特征在于：所述飞控模块中还包括用于检测牧群的质点、牲畜数目以及检测相对牧群移动的目标牲畜的图像处理模块。