一种四轴飞行器跟踪系统的制作方法

本实用新型涉及视频跟踪定位技术领域，特别是涉及一种四轴飞行器跟踪系统。

背景技术：

视频跟踪，是指对四轴飞行器(Quadrotor)的摄像头捕捉到的视频数据进行分析，在每一帧图像中识别出运动目标。四轴飞行器，又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机。四轴飞行器是一种多旋翼飞行器。四轴飞行器是一个在空间具有6个活动自由度的系统，可携带GPS定位模块、视频传输模块、遥控无线模块与倾角传感器模块等模块，可应用于各种复杂地形的勘察与监控，例如：航拍耕地、交通视频监控、抢险救灾与山形地势考察等等。

视频跟踪主要是模仿生理视觉的运动感知功能，通过对摄像头捕捉到的视频数据进行分析，计算出运动目标的二维坐标位置，从而可以为用户提供现场视频与目标跟踪位置。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种四轴飞行器跟踪系统。

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种四轴飞行器跟踪系统，所述四轴飞行器跟踪系统包括上位机、四轴飞行器、遥控无线模块和视频接收转换模块；

所述上位机包括四轴飞行器控制模块、视频显示模块、视频定位坐标显示模块、拍照录像模块、串口发送模块和视频采集模块；

所述四轴飞行器包括遥控接收设备、摄像头、视频发送设备、飞行器控制模块和倾角传感器；

所述遥控无线模块包括单片机、串口接收设备和遥控发送设备，所述四轴飞行器控制模块通过所述串口发送模块与所述串口接收设备之间的通信传送控制命令到所述单片机，所述单片机通过所述遥控发送设备与所述遥控接收设备之间通信传送控制命令到所述四轴飞行器；

所述视频接收转换模块包括视频接收设备和视频USB转换设备，所述摄像头采集的视频数据通过所述视频发送设备传送到所述视频接收设备，接收到视频数据通过所述视频USB转换设备将视频的AV接口转换为USB接口，所述视频采集模块调用视频采集控件获取USB接口视频数据，将视频数据传送到所述上位机的视频显示模块，对视频的物体进行跟踪并且将数据显示在所述视频定位坐标显示模块。

优选地，所述串口接收设备使用USB转TTL模块。

优选地，所述单片机型号为stc15w4k58s4。

优选地，所述遥控发送设备与遥控接收设备的工作频率为2.4GHz。

优选地，所述视频发送设备与视频接收设备的工作频率为5.8GHz。

优选地，所述倾角传感器的型号为MPU6050。

优选地，所述视频显示模块在视频画面上用红色长方形边框围住被跟踪的物体。

优选地，所述视频采集模块调用IMAQ图像采集系统控件。

优选地，所述视频定位坐标显示模块使用meanshift算法识别图像中的物体。

优选地，所述上位机为LABview上位机。

本实用新型包括以下优点：

本实用新型的四轴飞行器跟踪系统包括上位机、四轴飞行器、遥控无线模块和视频接收转换模块，这些模块之间互相配合以实现视频跟踪，上位机为基于LABview平台开发人机交互界面，使用者可以在界面上操作以对于目标跟踪物体的跟踪，调整四轴飞行器的飞行姿态，使得跟踪的物体能够呈现在视频的中心点位置，视频跟踪效果好、功能完善。

附图说明

图1是本实用新型的一种四轴飞行器跟踪系统的结构框图；

图2是本实用新型的一种LABview上位机显示界面示意图；

图3是本实用新型的一种四轴飞行器物体跟踪流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本实用新型的一种四轴飞行器跟踪系统的结构框图，四轴飞行器跟踪系统主要由上位机(1)、四轴飞行器(2)、遥控无线模块(3)和视频接收转换模块(4)组成。其中，上位机为LABview上位机。

LABview上位机(1)为基于LABview软件设计的图形界面，包括四轴飞行器控制模块(11)、视频显示模块(12)、视频定位坐标显示模块(13)、拍照录像模块(14)、串口发送模块(15)和视频采集模块(16)。

LABview上位机(1)的四轴飞行器控制模块(11)由界面的五个按钮组成，分别是左转、右转、向前、向后以及油门，当然在界面上还可以根据实际需求设置按钮，本实用新型对此无需加以限制。

参照图2，所示为本实用新型的一种LABview上位机显示界面示意图，在LABview上位机中可以包括如下几个区域：串口通信协议设置、视频显示区域、拍照录像、跟踪目标图像显示区域、跟踪目标在视频的坐标位置以及飞行器姿态控制。使用者可以在该界面中的各个区域实现相应的操作。

四轴飞行器(2)包括遥控接收设备(21)、摄像头(22)、视频发送设备(23)、飞行器控制模块(24)和倾角传感器(25)。

遥控无线模块(3)包括单片机(31)、串口接收设备(32)和遥控发送设备(33)，所述四轴飞行器控制模块(11)通过串口发送模块(15)与串口接收设备(32)之间的通信传送控制命令到单片机(31)，单片机(31)通过遥控发送设备(33)与遥控接收设备(21)之间通信传送控制命令到四轴飞行器(2)。

遥控无线模块(3)的单片机(31)与LABview上位机(1)通过RS232协议通信，单片机(31)接到LABview上位机(1)的控制命令后按照约定的格式通过无线方式发送出去，遥控接收设备(21)收到遥控无线模块(3)的无线发射设备命令后，传递相关命令传递给飞行器控制端，控制端按照控制命令作出相应姿态调整，飞行器倾角传感器(25)检测飞行器三维角度，在剧烈抖动的情况下，飞行器控制端可以根据不同的倾斜角度以控制飞行器的电机转动速度，保证了飞行器在空中保持状态稳定。

视频接收转换模块(4)包括视频接收设备(41)和视频USB转换设备(42)，摄像头(22)采集的视频数据通过视频发送设备(23)传送到视频接收设备(41)，接收到视频通过视频USB转换设备(42)把视频的AV接口转换为USB接口，视频采集模块(16)调用视频采集控件获取USB接口视频数据，将视频数据传送到LABview上位机(1)的视频显示模块(12)，调用meanshift算法或者其他算法对视频的物体进行跟踪，并且将数据显示在视频定位坐标显示模块(13)。

视频接收转换模块(4)采用5.8GHz无线传输方式，视频接收设备(41)获取来自于飞行器的摄像头(22)采集的视频数据，再转换为USB数据格式，LABview上位机(1)调用IMAQ控件获取来自USB接口的数据，在视频显示模块(12)中呈现出航拍的视频数据。

视频定位坐标显示模块(13)采用meanshift算法对移动物体进行定位，在定位之前，先获取一帧照片，在照片中使用鼠标截取所需要跟踪物体的局部图片，调用meanshift算法对截取图片进行移动跟踪。

在本实用新型的一种优选示例中，串口接收设备(32)使用USB转TTL模块。

在本实用新型的一种优选示例中，串口接收设备(32)与串口发送设备(15)之间通信的波特率为115200。

在本实用新型的一种优选示例中，单片机(31)型号为stc15w4k58s4。

在本实用新型的一种优选示例中，遥控发送设备(21)与遥控接收设备(33)的工作频率为2.4GHz。

在本实用新型的一种优选示例中，(25)倾角传感器的型号为MPU6050。

在本实用新型的一种优选示例中，视频显示模块(12)在视频画面上用红色长方形边框围住被跟踪的物体。

在本实用新型的一种优选示例中，视频采集模块(16)调用IMAQ控件。

在本实用新型的一种优选示例中，LABview视频定位坐标显示模块(13)调用MATLAB脚本功能，在MATLAB程序中编写meanshift代码。

本系统在LABview平台开发人机交互界面，为了防止非管理员使用飞行器，设置了用户登录界面，在输入用户名称与密码之后，调用MYSQL数据库，对输入名称与密码进行匹配，用户匹配成功之后，进入视频跟踪界面，该系统还提供了网络远程访问功能，使用TCP/IP协议传输数据，用户既可以在本地登录控制该系统，还可以远程登录控制系统。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的实现过程，下面对于基于四轴飞行器跟踪系统实现的视频跟踪过程进行说明。参照图3，所示为本实用新型的一种四轴飞行器物体跟踪流程图，具体跟踪过程为：

1、初始化设置四轴飞行器的各项参数；

2、确定是否开始进行视频跟踪，若是，则执行步骤3，若否，则返回步骤2；

3、四轴飞行器静态悬浮空中；

4、飞行器摄像头获取视频传输至LABview软件；

5、拍照，选择需要跟踪的对象；

6、用meanshift函数对跟踪对象与视频进行匹配；

7、确定是否结束跟踪，若是，则结束本次视频跟踪，若否，则返回步骤8；

8、计算目标在视频的位置；

9、确定目标是否在视频中间，若是，则返回步骤6，若否，则返回步骤10；

10、计算目标位置与视频中间点的误差；

11、控制四轴飞行器飞行方向，使得目标位置在视频中间点的位置；完成之后，将继续返回步骤6。

本实用新型的四轴飞行器跟踪系统包括上位机、四轴飞行器、遥控无线模块和视频接收转换模块，这些模块之间互相配合以实现视频跟踪，上位机为基于LABview平台开发人机交互界面，使用者可以在界面上操作以对于目标跟踪物体的跟踪，调整四轴飞行器的飞行姿态，使得跟踪的物体能够呈现在视频的中心点位置，视频跟踪效果好、功能完善。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种四轴飞行器跟踪系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。