本发明涉及无人机控制技术领域，特别涉及一种基于led面板灯和机载摄像头的无人机控制装置和方法。
背景技术：
无人机全称为无人驾驶飞机，为利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵运动的不载人飞机，无人机作为一个新兴行业得到快速发展且应用于各个领域。
目前，无人机主要有两种飞行控制方式，其中一种是设定目标空速，但这种控制方式对于高度的控制是间接控制，因此存在一定的滞后或波动；另一种则是预先设定平飞时的迎角，这种控制方式能够对高度变化做出第一时间反应，但当油门失效时，由于高度降低飞控将使飞机保持经过限幅的最大仰角，最终会因动力的缺乏而导致失速。
即便是专业的操作人员，无人机控制也是比较困难的，尤其是沿着预先设定的飞行路径或在特定的位置、角度执行拍摄任务时，常常会受到各种因素影响。此外，如果无人机与控制者距离过远时，容易出现由于控制错误或无法接收到无线电而导致的事故。因此，很有必要开发出无人机自动驾驶控制或飞行辅助系统。
近年来，被誉为“绿色照明”的半导体器件led迅速发展，相比传统白炽灯照明光源，led具有低能耗、寿命长、绿色环保等特点。同时，led还具有调制性能好、响应灵敏度高、无电磁干扰等优势，将若干个led灯制成显示面板，能稳定传输图像，且对比度高，图像易被识别。
qr码是二维条码的一种，使用横纵两个方向处理数据，在3个角落设置了定位图案，边缘留有4码元的空白。qr码具有自动纠错、支持所有类型的数据、任意角度快速读取等优点。微qr码与qr码功能类似，结构较为简单，边缘只留2码元空白，且只有一个定位图案，可在更小空间内打印，但存储信息较少。
ar标记是触发显示虚拟信息的视觉提示，标记是预先训练的正常图像，以便在相机流中识别。识别标记后，其位置、比例和旋转角度从视觉提示导出，并转移到虚拟信息中。ar矩形标记为方形标记，且带有显著的黑色(或白色)的边框，是ar标记的一种类型。经过多年发展，ar矩形标记的实时识别已经得到完善，即使图像经过旋转或倾斜，也能很好地实现识别。在跟踪阶段，系统先搜索一个黑色矩形，只有当检验该边框为内部的边界后，系统才确定该图像为标记。根据边框倾斜的方式，系统可以提取标记相对于相机的位置和旋转，即可得相机的相对位置及姿态。
技术实现要素：
本发明的主要目的是提出一种基于led面板灯和机载摄像头的无人机控制装置和方法，旨在实现无人机与地面的信息传输和自动反馈，进而在环境干扰等情况下，更好地判断无人机位置及姿态，进行更加准确的无人机飞行控制。
为实现上述目的，本发明提出的一种基于led面板灯和机载摄像头的无人机控制装置，包括装载于无人机上且相互电连接的摄像头和无线图像发射器，所述无人机下方设有led面板灯与微型计算机电连接，所述无人机下方还设有计算机、无线图像接收器以及无线电控制器；所述计算机分别与所述无线图像接收器以及所述无线电控制器电连接，所述无线图像发射器和所述无线图像接收器以无线通信相连，所述无线电控制器与所述无人机以无线通信相连。
优选地，所述led面板灯由遮光板和若干个排列有序的led灯组成，每个所述led灯分别与所述微型计算机电连接。
优选地，所述led面板灯显示图像采用qr码、微qr码和ar码驱动标记。
本发明还提出一种使用所述基于led面板灯和机载摄像头的无人机控制装置的方法，包括以下步骤：
s1：所述微型计算机控制所述led面板灯显示所需图像；
s2：所述摄像头拍摄采集所述led面板灯显示的图像并通过所述无线图像发射器将采集到的图像传输至所述无线图像接收器；
s3：所述无线图像接收器接收并将图像传输至所述计算机处理；
s4：所述计算机分析处理图像后显示分析结果并向所述无线电控制器传输分析结果，所述无线电控制器发出指令控制所述无人机飞行。
优选地，所述步骤s3所述无线图像接收器对所述led面板灯扫描图像的接收扫描包括奇数扫描和偶数扫描。
本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：
(1)本发明技术方案相对现有控制技术，能够提高无人机的3d位置和姿态判断精度，使得位置判断更加简便。
(2)本发明技术方案结合使用了可见光通信技术中的可见光数据传输方法，通过对led面板灯显示图像的捕获，获取led灯发出的可见光通信数据，增强了无人机收发数据和指令的实时性，提高了无人机飞行控制的效率。并且本发明技术方案对led面板灯作出了改进，加装遮光板，增强了机载摄像头对图像捕获的抗干扰性，使得在强光环境下系统也能正常工作。
(3)本发明技术方案通过对捕获的图像奇偶场划分进行隔行扫描，弥补了摄像头逐行扫描的运动模糊。
(4)本发明技术方案结合使用ar标记和qr码，利用两种模式的优势，提高捕获图像的识别率，进一步提高在复杂条件下无人机位置的可判断性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明基于led面板灯和机载摄像头的无人机控制装置的结构示意图；
图2为本发明led面板灯外形结构示意图；
图3为本发明led面板灯内部结构示意图；
图4为本发明led面板灯显示图像效果图；
图5为本发明图像捕获到数据获取的流程图；
图6为本发明led面板灯图像检测原理图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种基于led面板灯和机载摄像头的无人机控制装置。
请参见图1，本发明实施例的无人机控制装置包括，包括装载于无人机6上且相互电连接的摄像头61和无线图像发射器62，无人机6下方设有led面板灯2与微型计算机1电连接，无人机6下方还设有计算机4、无线图像接收器3以及无线电控制器5，计算机4分别与无线图像接收器3以及无线电控制器5电连接，无线图像发射器62和无线图像接收器3以无线通信相连，无线电控制器5与无人机6以无线通信相连。
请参见图2至图4，本发明实施例的led面板灯2由遮光板21和若干个排列有序的led灯22组成，并且每个led灯22分别与微型计算机1电连接，而遮光板21和led灯22覆盖整个led面板灯2。
请参见图1和图6，本发明还提出一种使用基于led面板灯和机载摄像头的无人机控制装置的方法，包括以下步骤：
s1：微型计算机1控制led面板灯2显示所需图像；
s2：摄像头61拍摄采集led面板灯2显示的图像并通过无线图像发射器62将采集到的图像传输至无线图像接收器3；
s3：无线图像接收器3接收并将图像传输至计算机4处理；
s4：计算机4分析处理图像后显示分析结果并向无线电控制器5传输分析结果，无线电控制器5发出指令控制无人机6飞行。
请参见图2和图4，具体地，本发明实施例的led面板灯2由32×32个间隔为15mm，大小为5mm的led灯22组成，通过微型计算机1预先输入指令进行所需模式和信息的匹配，通过微型计算机1控制各个led灯22的明或暗以控制显示的图像。
另外，本实施例的led面板灯2显示图像可采用qr码、微qr码和ar码驱动标记。
优选地，采用qr码作为显示图像，由于qr码有40种规格，可存储更多信息，选用29×29的规格，则每个led灯22对应qr码的每个小方格，由于成像后色彩反向，故亮灯对应为黑格，暗灯对应为白格。
优选地，采用微qr码作为显示图像，存储信息减少，但每个方格所占比例更大，成像效果更佳，选取15×15的规格，则2×2个led灯对应微qr码中的1个小方格。
优选地，采用ar标记作为显示图像，一个图像只能显示一种信息，但成像后ar标记的位置更易提取，每个led灯对应图像的1个像素以显示图像。
本发明实施例中，微型计算机1控制led灯22通过明或暗进行变换，使得led面板灯2显示特定的图像，而搭载于无人机6的摄像头61对led面板灯2显示的图像进行拍摄，由于摄像头61与无线图像发射器62电连接，因此无线图像发射器62将led面板灯2显示的图像发送至无线图像接收器3，无线图像接收器3将相应的图像发送至计算机4进行处理，计算机4显示分析结果并将分析后的结果传输至无线电控制器5，通过无线电控制器5控制无人机6的飞行轨迹。
本发明技术方案基于led面板灯和机载摄像头的无人机控制装置能够对图像进行处理分析实现对无人机的位置估计，大大提高对无人机6位置和姿态判断的准确性，从而为无人机6提供更为精准的信息和指令。
另外，为避免在摄像头5隔行扫描下产生运动模糊影响，将图像分成两场，如图6所示，一组由奇数扫描线构成，另一组由偶数扫描线构成，在两个场景图像中检测到led面板灯2的角点，将检测到的led面板灯2部分通过投影变换进行校正，最后合并为完整的led面板灯2所显示图像。
为使图像边缘更加清晰，提高图像的识别率，可以运用直方图锐化增强图像的对比度。
进一步地，通过计算led面板灯2图像和捕获图像的相似度，分析得出机载的摄像头61即无人机6相对led面板灯2的3d位置及姿态。其中可用led面板灯2图像与捕获图像对应像素的绝对差除以有效像素数总和作为相似度计算。
进一步地，对于捕获的ar标记，直接以匹配模式作为结果，并从第一个结果开始进行迭代；对于捕获的qr码，对其进行二值化和解码，提取嵌入的数据信息，并从第一个结果开始进行迭代。
进一步地，为了减少外界光照对led面板灯2显示效果的影响，通过在led面板灯2上覆盖遮光板21，降低由于金属面反射而产生的噪声，避免将反射光误识为led灯22，保证了图像的识别率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。