1.1问题研究与意义
无人机首先诞生于一九一六年,最早期主要使用于军事方面【1】。随着科技时代的不断发展，控制技术、计算机、传感器技术越来越完善,无人机科技取得了蓬勃发展,性能也日益增强,应用范围和领域也在迅速扩大。【2】近年来,无人机作为一种热门的新型高科技产业而出现,在世界范围内越来越受到市场青睐。据透露,二零一五年全世界的民用无人机预计销售四十万架,市场规模预计较二零一四年将扩大百分之五十五,价值达1.3亿美元;到二零二一年,据估计世界无人机市场规模将会增长到十多亿美元以上。如此巨大的市场前景引来了众多站业与投资商,竟相进军无人驾驶的飞机产业均想占领先机,分得一杯羹.
随着现代化进程的不断加快,飞行空间中的目标变得越来越纷乱庞杂,如何让无人机能实现在一般空域的自主飞行,成为急需解决的问题。
美国宇航学会(AIAA)也提出了无人机的概念:一个设计或改造过的飞机,不携带飞行员,而是通过飞行控制器实现控制,甚至可以在没有飞行控制器介入的前提下,通过机载自主飞行驾驶系统实现操控的航空器【3】。
无人机最主要的优势是它可以在复杂和危险的环境中实施控制和侦察任务【4】,比人驾航空器更适于进行繁重、肮脏和危险的任务,它也能够进入到工作人员和有人驾航空器都无法接近的环境中进行任务,包括严重污染的工作环境、高度过低或过高,使得人航空器都无法抵达的工作区域等。
无人机技术大致有这样几种类别,按照各网络平台架构来划分,无人机飞行技术基本有固定翼无人机、无人直升机和多旋翼无人机飞行技术三个重要的网络平台,其他小类别的无人机飞行技术平台大致还可分为伞翼无人机飞行技术、扑翼无人机和无人飞行器等。固定翼无人机是军用以及大多数民用大型无人机飞翔的最重要网络平台,其最重要优点是飞行速率较快;无人直升机是目前已知灵敏度最高的大型无人机飞行网络平台,还可以实现在原地垂直飞行和悬停;多旋翼(多轴)无人机飞行技术是消费级和部分民生功能的最重要网络平台,它的灵活机动性介于稳定翼和直升机之间(起降要求推力),且操作简便、生产成本也较低廉。 而按照不同领域来分类,无人机又应该分成军工、民生和消费级别的三大部分,相对于
无人机的性能特点又各有偏重:1、对于军事无人机的敏感度、航行高度速率、智能化程度等方面还具有更高的标准,是技术含量较高的无人机,主要包括目标侦察、诱饵、电子设备应对、通信中继、靶机和无人战斗机等型号;2、民用无人机飞行任务通常针对时速、升限和航线等条件需求都较低,但针对技术人员操作培训、综合成本却还有较高的诉求,因而急需建立完善的行业链体系来供给尽量廉价的零部件和支持服务。目前来看民用无人机主要的市场在于政府公共服务的供给,如警用、灭火、天气等服务部分占到总需求的约百分之七十。而我们认为未来民用无人机发展潜力较大的行业市场或许就在民生,增加需求量或许会发生在农村植保、货运速度、航空无线网络、数据信息收集等应用领域;3、消费类民用无人机飞行任务通常使用成本相对较低的多旋翼平台,它可以进行航拍、网络游戏等娱乐应用。军事民用工程无人机系统主要可分成侦测无人机系统、诱饵无人机飞行系统、电子设备打击无人机飞行系统、通信中继无人机、无人战机及其靶机等系统;而民间应用无人机又可分成巡查/监控无人机飞行系统、农耕无人机、气象无人机、探测无人机飞行系统,还有测绘无人机飞行系统等主要系统。
本项目主要针对民用和消费级无人机进行研究。
1.2目标检测研究
一、检测步骤
(一)载入一张图片(二)进行高斯模糊以减少噪音:GaussianBlur(三)转成灰度图:cvtColor(四)进行霍夫圆转换:HoughCircles
二、HoughCircles方法:
void HoughCircles (InputArray image, OutputArray circles,
int method, double dp, double minDist,
double param1=100, double param2=100,
int minRadius=0, int maxRadius=0)
参数含义
1、InputArray类型的image,输入图象,即源图象,需是八位数的高灰度单频道图象。
2、InputArray类型的circles,通过调用HoughCircles函数之后此参数就存储了所测量到的圆的所有输出向量,而所有矢量都以包括了三个元件的浮点编码(vec3d)矢量(x,y,radius)显示。
3、int一类的method方法,即常用的检测方式,目前在OpenCV中只有霍夫梯度法这种方法可采用,它的标志符是CV_HOUGH_GRADIENT,在其参数处填写这种标志符可以。
4、double类型的minDist,即通过霍夫变换测量到的圆的圆心间的最小间距,即让我们的计算能够明确地区分的二种不同椭圆间的最小间距。这个参数要是过小的话,几个相连的椭圆很可能被错误地检测为了一个重合的椭圆。相反,如果这个参数设置得过大的话,某些圆就不能被检测出来了。
三、高斯模糊:GaussianBlur
void GaussianBlur( InputArray src, OutputArray dst, Size ksize,double sigmax, double sigmaY =0,
int borderType = BORDER DEFAULT );
参数含义:
1、InpUtArray Src:输入图像,也可以为Mat类型,图像深度范围为CV_8U、CV_16U、CV_16S、CV_32F、CV_64F。
2、 OutputArray dst:对于输出的图象,与输入图象必须有一致的数据类型与规格。
3、 Size ksize:高斯内核宽度,这个宽度和前两滤波kernel宽度都不一样,所以ksize.width和ksize.height都可以不相同,但是这二个数值一定是正负奇数,所以假设这二个数值都是零,他们的数值也将由sigma计算。
4、double sigmaX:高斯核函数在X方向上的标准偏差
5、 double sigmaY:高斯核函数在Y方位上的标准误差,如果sigmaY为零,则函数运算系统会自动地把sigmaY的取值范围设定为和sigmaX相等的数值,而假设sigmaX和sigmaY都为零,则这二种数值都将由ksize.width和ksize.height运算而得。具体可以参考getGaussianKernel()函数查看具体细节。建议将size、sigmaX和sigmaY都指定出来。
6、 int BORDERType=BORDER_DEFAULT:判断图象外部像素的一种简单模型,有默示值BORDER_DEFAULT,但只要不是特别需要也不必修改,具体可以参考borderInterpolate()函数。
参考文献
[1]宪三野波.自主飞行机器人[M].北京：国防工业出版社，2014.
[2] Paw Y C, Balas G J. Development and application of an integrated framework for small UAV flight control development[J]. Mechatronics, 2011, 21(5):789-802.
[3] 肖阳，张璇子，孟宪权等，自主飞行机器人：无人机和微型无人机[M].北京：国防工业出版社，2014.
[4]李猛，基于智能优化与RRT算法的无人机任务规划方法研究[D].南京：南京,2012.