种实施例结构框图，其特征在于：包含两个具有高速多核的CPU处理器、无线网络通信 模块的智能手机，其中，一个航拍智能手机安装在四旋翼机架上，另一个地面控制智能手 机留给地面操控人员进行远程控制；所述航拍智能手机还配置有气压计（本实施型号为 FREESCALE MPX4115A)；
[0036] 所述四旋翼的机架上配置双目摄像头、智能手机接入模块、驱动模块、动力模块、 能源模块；动力模块包括四旋翼的螺旋桨与各旋翼电机，各旋翼的螺旋桨均由一个独立的 旋翼电机驱动；智能手机接入模块为四旋翼与航拍智能手机之间的接口，用于无线接收航 拍智能手机的目标控制命令并计算四旋翼电机的控制量，然后将计算出来的四旋翼电机的 控制量发送给驱动模块，同时还无线下传双目摄像头的航拍视频数据到地面控制智能手机 上；
[0037] 所述驱动模块由单片机与电子调速器组成，接收航拍智能手机接入模块输出的控 制量，并通过电子调速器输出给旋翼电机；
[0038] 能源模块为四旋翼飞行器的电力供应设备，主要包括锂电池；上述各模块采用统 一接口并能组合或拆卸；
[0039] 两个智能手机之间能够通过公共基站无线网络互通：其中，地面控制智能手机用 于选取需要跟踪的运动目标并在目标选定后将该目标发送给航拍智能手机；航拍智能手机 用于接收目标数据并完成目标追踪算法产生目标控制命令，然后将目标控制命令发送给四 旋翼的智能手机接入模块驱动四旋翼开始对目标进行追踪，航拍智能手机还实时接收来自 双目摄像头所捕获的视频信息并将该视频信息通过无线网络传输至地面控制智能手机中。
[0040] 目前智能手机采用了高速多核的CPU处理器能进行复杂的运算，主流的Android 操作系统平台为开源系统，能够在该平台上开发应用程序。同时目前的智能手机能够连接 4G通讯网络，具备了远距离传输能力与较大的网络带宽，能够实现实时传输视频信号。因此 本发明采用智能手机作为目标跟踪算法的运算平台和无线传输平台，具备了很强系统拓展 能力与实用性。
[0041] 上述技术方案中，无线网络为3G或4G网络。
[0042] 上述技术方案中，地面控制智能手机通过触摸屏幕操作选取需要跟踪的运动目 标。
[0043] 本发明在硬件上将双目摄像头搭载至四旋翼平台上，利用双目摄像头具有可测 距、质量轻以及干扰能力强等优点，采用基于双目视觉的目标跟踪与双目测距的方法，实现 四旋翼对指定的运动目标进行追踪。本发明同时利用智能手机替代传统飞行控制器，并采 用简单的接入模块，实现飞行控制的同时还能利用双目摄像头进行很好的图像处理应用。
[0044] 图2为基于智能手机与双目视觉的四旋翼运动目标追踪方法流程图，该追踪方法 的包含了以下步骤
[0045] 步骤S1 :使用气压计采集当前气压信息，根据飞行高度上升气压会下降的原理， 控制四旋翼达到所设定的飞行高度，其具体的实现方法包含了以下步骤：
[0046] 步骤S11 :随着四旋翼飞行高度的上升，大气压强将随之降低，使用公式（1)可得 出标准气压与高度之间的关系：
[0047]
【主权项】
1. 一种基于智能手机与双目视觉的四旋翼运动目标追踪系统，其特征在于：包含两个 智能手机，其中，一个航拍智能手机安装在四旋翼机架上，另一个地面控制智能手机留给地 面操控人员进行远程控制；所述航拍智能手机还配置有气压计； 所述四旋翼的机架上配置双目摄像头、智能手机接入模块、驱动模块、动力模块、能源 模块；动力模块包括四旋翼的螺旋桨与各旋翼电机，各旋翼的螺旋桨均由一个独立的旋翼 电机驱动；智能手机接入模块为四旋翼与航拍智能手机之间的接口，用以无线接收航拍智 能手机的目标控制命令并计算四旋翼电机的控制量，然后将计算出来的四旋翼电机的控制 量发送给驱动模块，同时还无线下传双目摄像头的航拍视频数据到地面控制智能手机上； 所述驱动模块由单片机与电子调速器组成，接收航拍智能手机接入模块输出的控制 量，并通过电子调速器输出给旋翼电机； 能源模块为四旋翼飞行器的电力供应设备，主要包括锂电池；上述各模块采用统一接 口并能组合或拆卸； 两个智能手机之间能够通过公共基站无线网络互通：其中，地面控制智能手机用于选 取需要跟踪的运动目标并在目标选定后将该目标发送给航拍智能手机；航拍智能手机用于 接收目标数据并完成目标追踪算法产生目标控制命令，然后将目标控制命令发送给四旋翼 的智能手机接入模块驱动四旋翼开始对目标进行追踪，航拍智能手机还实时接收来自双目 摄像头所捕获的视频信息并将该视频信息通过无线网络传输至地面控制智能手机中。
2. 根据权利要求1所述的基于智能手机与双目视觉的四旋翼运动目标追踪系统，其特 征在于：无线网络为3G或4G网络。
3. 根据权利要求1所述的基于智能手机与双目视觉的四旋翼运动目标追踪系统，其特 征在于：地面控制智能手机通过触摸屏幕操作选取需要跟踪的运动目标。
4. 根据权利要求1-3之一所述的基于智能手机与双目视觉的四旋翼运动目标追踪系 统，其特征在于：智能手机具有高速多核的CPU处理器、GPU图像处理器和无线网络通信模 块。
5. 根据权利要求1-3之一所述的基于智能手机与双目视觉的四旋翼运动目标追踪系 统，其特征在于：智能手机均为Android操作系统。
6. -种采用上述权利要求之一所述运动目标追踪系统的四旋翼运动目标追踪方法，其 特征在于主要包括如下步骤：地面控制智能手机首先选取需要跟踪的运动目标并在目标选 定后将该目标发送给航拍智能手机；航拍智能手机接收目标数据并完成目标追踪算法产生 目标控制命令，然后将目标控制命令发送给四旋翼的智能手机接入模块驱动四旋翼开始对 目标进行追踪；在对目标进行追踪过程中，双目摄像头将捕获的视频信息实时发送给航拍 智能手机，航拍智能手机实时接收来自双目摄像头所捕获的视频信息并将该视频信息通过 无线网络传输至地面控制智能手机中。
7. 根据权利要求6所述的四旋翼运动目标追踪方法，其特征在于具体包括如下步骤： 步骤Sl:使用四旋翼上的气压计，设定四旋翼的飞行高度； 步骤S2:获取四旋翼上双目摄像头中的双目图像信息； 步骤S3 :应用基于Camshift算法与强跟踪Kalman滤波的目标跟踪算法对双目摄像头 的左目与右目的图像进行目标跟踪，并对下一帧图像中目标出现的位置进行预测； 步骤S4:判断目标是否同时出现在左目和右目中，若目标同时出现在左目和右目中， 则进行下一步算法操作，否则对四旋翼的位置进行调整；若四旋翼位置调整失败，目标无法 同时出现在左目和右目中则跳转至步骤Sl顺序执行； 步骤S5 :将所获取的双目摄像头左目和右目所跟踪到的运动目标的中心点位置坐标 作为追踪目标，应用双目测距原理计算出当前四旋翼与该目标之间的距离； 步骤S6:根据所设定的四旋翼与目标之间的距离阈值，调节四旋翼与目标之间的距离 使四旋翼始终保持在所设定的距离阈值范围内；之后跳转至步骤Sl循环顺序执行，直至航 拍智能手机收到追踪停止命令。
8.根据权利要求7所述的四旋翼运动目标追踪方法，其特征在于步骤S6具体包含如下 三种情况： 步骤S61 :若根据计算得出追踪目标与四旋翼之间的距离大于所设定的阈值范围时， 调整四旋翼的位置，使四旋翼往靠近追踪目标的方向直线飞行，使四旋翼与追踪目标之间 的距离处于所设定的阈值范围内； 步骤S62 :若根据计算得出追踪目标与四旋翼之间的距离小于所设定的阈值范围时， 调整四旋翼的位置，使四旋翼往远离追踪目标的方向直线飞行，使四旋翼与追踪目标之间 的距离处于所设定的阈值范围内； 步骤S63 :无论是步骤S61还是步骤S62 :在调节之后均跳转至步骤Sl循环执行，从而 实现对目标的追踪，直至航拍智能手机收到追踪停止命令。
【专利摘要】本发明公开了一种基于智能手机与双目视觉的四旋翼运动目标追踪系统和方法，通过在四旋翼上安装双目摄像头、航拍智能手机，在航拍智能手机中完成目标追踪算法，并将双目摄像头所捕获的视频信息发送给航拍智能手机，航拍智能手机所获取的视频信息通过网络传输至地面控制智能手机中，地面控制智能手机通过触摸屏选取需要跟踪的运动目标，目标选定后四旋翼立即开始对目标进行追踪。本发明能够保证四旋翼对目标进行准确有效的跟踪，可应用视频跟拍、行人跟踪等领域，具有较好的实用性。
【IPC分类】G05D3-12
【公开号】CN104820435
【申请号】CN201510075277
【发明人】吴怀宇, 钟锐, 滕雄, 李威凌, 陈鹏震
【申请人】武汉科技大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年2月12日