一种基于多图像的四旋翼飞行器增稳系统与方法与流程

技术特征：
1.一种基于多图像的四旋翼飞行器增稳系统，其特征在于，包括：分别布置在飞行器前侧、左侧和右侧的带有红外接收器的三个可控相机，在飞行器到达需求高度时，各个相机利用红外接收器接收遥控器的命令按照设定周期进行图像采集；设置在飞行器上的与所述三个可控相机连接的图像处理器，图像处理器对各个相机采集的图像进行提取，每幅图像中在固定坐标位置选定目标物，图像处理器基于MeanShift算法分别跟踪每个相机中所规定的目标物；设置在飞行器上的与所述图像处理器连接的单片机，单片机接收所述图像处理器的计算结果，以各个相机第一次拍摄的图像为基准，其后各个相机每个周期内拍摄的图像的目标物均与相应的原始目标物的坐标位置进行比较，通过每一侧不同拍摄周期的图像对比，进行飞行器的姿态和位置判断，并根据判断结果输出信号控制飞行器的调整，达到姿态、位置反馈，反复此过程进而实现飞行器的增稳。2.一种基于多图像的四旋翼飞行器增稳方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在飞行器前侧、左侧和右侧分别布置一个带有红外接收器的可控相机，在飞行器到达需求高度时，各个相机利用红外接收器接收遥控器的命令按照设定周期进行图像采集；步骤2：每次采集的图像传输至设置在飞行器上的图像处理器，在每幅图像中建立二维直角坐标系，并在固定坐标位置选定三个目标物，采用MeanShift算法来跟踪每幅图像中选定区域的目标物；步骤3：以各个相机第一次拍摄的图像为基准，其后各个相机每个周期内拍摄的图像的目标物均与相应的原始目标物的坐标位置进行比较，如果各幅图像中三个目标物的坐标变化不超过预设的误差值，则认为飞行器稳定悬停，即姿态未变化，如果某一幅图像或多幅图像中的三个目标物的坐标同时变化，则认为飞行器姿态发生变化，通过前后图片的目标物的位置差值，从而计算出飞行器姿态调整所需的控制量，以控制飞行器的姿态，保证飞行器稳定；步骤4：根据步骤3的判断结果，对飞行器进行姿态控制，多相机与图像处理反复工作使飞行器不断进行姿态调整，直到当前状态图像上的目标物与各个基准图像上的目标物满足偏离误差。3.根据权利要求2所述基于多图像的四旋翼飞行器增稳方法，其特征在于，所述步骤2中，应用基于MeanShift的目标跟踪算法，在每幅图像中建立二维直角坐标系，并在固定坐标位置选定三个目标物，提取帧图像的多种特征，得到显著图，即一幅和原始图像大小相同的二维图像，其中的每个像素值表示原图像对应点的显著性大小，在此基础上建立目标模型的直方图，然后运用MeanShift算法进行跟踪。4.根据权利要求2所述基于多图像的四旋翼飞行器增稳方法，其特征在于，所述步骤2中，分别在每个相机所捕获的初始帧图像中选取三个坐标固定的目标物，坐标分别为(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)，假设目标物初始位置在坐标中心，通过分别比较三组视频序列中目标物坐标位置的偏移量，从而判别飞行器的状态。5.根据权利要求2所述基于多图像的四旋翼飞行器增稳方法，其特征在于，对某一个相机，在帧图像中规定目标物及通过MeanShift算法实现对目标物的跟踪的具体实现如下：(1)视觉模型构建:选取Itti视觉模型；(2)显著图的获取：a)提取颜色、强度和边缘的局部空间信息；b)用高斯滤波器对颜色、强度和边缘特征图像进行滤波；c)中心——周围差分和归一化，获取颜色、强度和边缘特征图；d)对特征图进行融合及归一化后，合成视觉显著图；(3)视觉特征提取：a.获取颜色特征图颜色特征由色调H中提取由，公式如下：H(c,s)＝|H(c)ΘH(s)|(1)其中：c∈[2,3],s＝c+δ,δ∈[3,4]c是中心标度δ是中心—周围差标度s是周围标度Θ为操作算子H(c)表示第c级高斯颜色特征图H(s)表示第s级高斯颜色特征图H代表图像中的色调，即色彩信息H(c,s)表示颜色特征图b.获取强度特征图强度特征由如下公式求出：I(c,s)＝|I(c)ΘI(s)|(2)其中：c∈[2,3],s＝c+δ,δ∈[3,4]c是中心标度δ是中心—周围差标度s是周围标度Θ为操作算子I(c)表示第c级高斯强度特征图I(s)表示第s级高斯强度特征图I代表图像中的亮度，即强度信息I(c,s)表示强度特征图c.获取边缘特征图边缘特征由如下公式求出：E(c,s)＝|E(c)ΘE(s)|(3)其中：c∈[2,3],s＝c+δ,δ∈[3,4]c是中心标度δ是中心—周围差标度s是周围标度Θ为操作算子E(c)表示第c级高斯边缘特征图E(s)表示第s级高斯边缘特征图E代表图像中的边缘信息E(c,s)表示边缘特征图(4)生成视觉显著图：令显著图的标度为4,由式(1)、式(2)和式(3)分别获得的颜色、强度和边缘三个方面12张特征图，将每个方面的4个特征图组合成特征显著图，分别为颜色特征显著图强度特征显著图边缘特征显著图分别由如下公式求得：式中：表示多个尺度下相应的特征显著图经线性插值调整到同一大小后相加，N()为Itti模型中定义的归一化算子，分别将各个显著图的显著值标准归一化到(0,1)区间；然后将线性组合成视觉显著图；(5)目标直方图的建立及跟踪：直方图的建立公式如下：其中：k为核函数，m为特征空间中特征值的个数，δ为Kronecker函数，b(x1)为像素x1对应的特征值，n为采样点的个数，C为归一化系数，h为核函数的带宽，x0为目标中心；偏移目标y描述为：因此跟踪目标物的过程可以等效为寻找最优的y，使得和最相似，它们之间的相似性用Bhattacharyya系数来度量，即为了更加逼近运动的目标物，采用迭代算法进行计算，公式如下：式中为新的目标中心位置，其中wi为特征权值迭代过程就是不断计算直至Bhattacharyya系数最大即定位为目标的最终中心位置停止迭代；在每个控制周期内进行迭代，当停止迭代时，即三个相机的每幅图像都追踪到了目标物的新坐标，通过计算每幅图像的每个选定区的坐标的的偏移量，判断出飞行器的姿态状态，从而计算给出对飞行器的姿态控制的调整量，以保证飞行器的增稳。