35、基于视觉伺服与遮挡处理的无人直升机控制

基于视觉伺服与遮挡处理的无人直升机控制

1. 引言

计算机视觉在无人飞行器和微型飞行器的自动控制中起着至关重要的作用。特别是，相机在测量飞行器相对于世界参考系的位置方面非常有用。基于视觉的控制在起飞和降落过程中也十分强大，因为视觉能够提供相对于给定降落平台的精确位置信息。

在起飞和降落控制方面，相机配置主要有两种：手眼配置（相机安装在直升机上）和静眼配置（相机放置在地面上）。静眼配置的视觉伺服控制对校准误差的鲁棒性更强，因此本文采用静眼配置。

为避免旋翼运动导致的遮挡问题，采用了带有遮挡处理的视觉伺服控制方法。该方法先选择一组正确提取的图像特征，再从这些特征中估计所有图像特征，实现即使出现非预测性遮挡也能跟踪图像特征。同时，起飞和降落时的高度参考专门针对地面效应进行了设计。

2. 实验设置

实验系统主要由以下部分组成：
- 一架无人直升机
- 四台固定相机
- 三台计算机
- 一个数模（DA）转换器
- 一个发射器

直升机底部通过杆连接着四个小黑球，这些小黑球的编号为 1 到 4，它们在图像平面上的位置被用作图像特征。四台相机放置在地面上，其中两台向下看，主要用于起飞和降落控制；另外两台向上看，用于悬停控制。每两台相机连接到一台计算机，连接相机的计算机称为客户端计算机，连接 DA 转换器的计算机称为服务器计算机。

客户端计算机每 8.5 毫秒提取一次图像特征并更新图像平面上的图像特征向量，然后将提取的图像特征向量传输到服务器计算机。服务器计算机使用特定算法确定每个时间步正确提取的图像特征集，并根据相关方法得出所需的控制信号，通过 DA 转换器和发射