基于光流的四旋翼无人机飞行控制方法 .pdfVIP

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(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN103365297A

(43)申请公布日2013.10.23

(21)申请号CN201310273211.8

(22)申请日2013.06.29

(71)申请人天津大学

地址300072天津市南开区卫津路92号

(72)发明人鲜斌刘洋张旭

(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所

代理人杜文茹

(51)Int.CI

G05D1/10

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

基于光流的四旋翼无人机飞行控制

方法

(57)摘要

一种基于光流的四旋翼无人机飞行

控制方法,包括如下步骤:利用基于图像

金字塔的卢卡斯·卡纳德方法进行光流信息

的计算;采用卡尔曼滤波方法处理光流信

息;进行光流和姿态角两者数据融合,以

及无人机水平位移的计算;设计比例-微分

控制器,包括:确定四旋翼无人机动力学

模型和进行控制算法设计。本发明的基于

光流的四旋翼无人机飞行控制方法,利用

机载摄像头获得的图像信息与姿态角信息

进行融合,计算出无人机水平位置信息,

并以此位置信息作为外环PD(比例-微分,

Proportional-Differential)控制器的反馈信息

对小型无人机进行位置控制。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.一种基于光流的四旋翼无人机飞行控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

1)利用基于图像金字塔的卢卡斯卡纳德方法进行光流信息的计算;·

2)采用卡尔曼滤波方法处理光流信息;

3)进行光流和姿态角两者数据融合,以及无人机水平位移的计算;

4)设计比例-微分控制器,包括:

(1)确定四旋翼无人机动力学模型,和(2)进行控制算法设计。

2.根据权利要求1所述的基于光流的四旋翼无人机飞行控制方法,其特征在于,步

骤1)所述的基于图像金字塔的卢卡斯卡纳德方法来完成光流的计算是:·

金字塔的每一层都会得到一个从上一层传递过来的运动估计假设,用于本层光流的

计算,用Lsubm/sub表示金字塔的最高层层数,gsup*/sup表示图像金字

塔第*层的运动估计假设,包含和两个分量,和分别表示图像金字塔第*层在x方向

和y方向上的运动估计假设,Isup*/sup(x,y)表示图像金字塔第*层图像平面坐

标为x和y处的亮度,dsup*/sup表示图像金字塔第*层的光流量,包含和两个

分量,和分别表示图像金字塔第*层在x方向和y方向的光流量,d表示最终光流

计算结果;

在第Lsubm/sub层,初始运动估计假设设为零,即根据基于亮度恒定假设:

并利用卢卡斯卡纳德方法算出本层的光流量传递到第·Lsubm/sub-1层的运动

估计假设为然后同样根据亮度恒定假设:

并利用卢卡斯卡纳德方法计算本层光流·dsupLm-1/sup,其他层的计算方法以

此类推。在计算出图像金字塔最底层的光流dsup0/sup后,最终光流计算结

果:

3.根据权利要求1所述的基于光流的四旋翼无人机飞行控制方法,其特征在于,步

骤2)所述的采用卡尔曼滤波方法处理光流信息是采用卡尔曼滤波器的离散时间过

程方程和测量方程:

Xsubk/sub=AXsubk-1/sub+ωsubk-1/sub

Zsubk/sub=d=HXsubk/sub+υsubk/sub

其中,是k时刻系统状态向量,即为光流估计向量,dsubx/sub和

dsuby/sub分别表示在x方向和y方向上光流的估计值;是k-1时刻系统状态向

量,Zsubk/sub∈Rsup2/sup是k时刻系统观测向量,d是通过步骤1)中

光流信息计算得到的数据结果,即光流的原始数据,随机信号ωsubk-1/s

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