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项目信息
项目名称:【安富利特别题目】基于四旋翼飞行器平台的目标识别系统  
项目信息:
应用领域:工业控制、科研、医疗
设计摘要:
民用无人机在森林防火、海事执法、灾情评估、核辐射探测、环境保护、应急救援、遥感测绘、资源勘探测绘等广泛的民用领域的需求日益增加。本项目所研究的飞行器平台目标识别系统,主要包括四轴飞行器飞控系统、目标识别系统、导航系统三个部分。该系统使用惯性器件采集飞行数据,通过惯导算法解算飞行器姿态,完成控制系统。使用摄像头采集视频信息,完成目标识别系统。使用GPS融合惯导数据,完成飞行器导航系统。部署Linux系统,根据实际需求可增添飞行任务。本设计从民用角度入手,演示社区安全监控及户外人员搜寻任务。
系统原理和技术特点:

       系统原理:

        本方案利用ZEDBoard实现基于四旋翼飞行器的目标识别系统。该飞行器能够自主飞行,通过摄像头采集地面或空中图像,通过图像识别算法检测目标系统,根据飞行任务制定进一步的飞行动作。

        本方案总体目标是搭建四旋翼飞行器平台,在平台上部署目标识别系统,完成空中的目标识别,可通过Linux系统添加飞行任务,例如目标跟踪、侦查、安全预警等。本方案本着方便演示的原则,从民用角度入手,完成户外人员搜寻及社区安全监控功能。

        为保证以上总体目标的实现,要达到以下三个具体目标:第一,飞行器平台稳定可靠,能根据需要做出各种飞行动作,完成灵活的飞行任务;第二,目标检测系统准确,目标识别系统是本方案的“眼睛”,需要目标识别系统准确判断待识别目标;第三,添加飞行任务方便,灵活的飞行任务赋予了本方案生命。

         本方案XC7Z020为核心,读取传感器数据,包括加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计等,姿态解算后通过PID控制4个电机速度,根据4个电机速度控制飞行器姿态,完成飞行器平台搭建;读取摄像头数据,通过图像识别算法完成目标识别。在Cortex-A9内核中运行Linux系统,管理整个飞行器系统资源,并且方便添加、修改飞行任务。

        本方案软件包含控制算法和图像算法,均在XC7Z010芯片中完成,其中PS擅长处理控制算法,PL擅长处理图像算法,本方案力图在PL中完成所有图像算法和大部分控制算法,Linux只需管理添加修改飞行任务。

        飞控程序主要分为两部分,一是姿态解算,二是姿态控制。本方案飞行器不依赖遥控操作,需要完成自动飞行功能,因此姿态解算即成为飞控部分的核心算法。本方案采用四元数法进行姿态解算。姿态解算流程如下:读取陀螺仪、加速度计、磁力计等传感器数据,多传感器数据融合后得到角增量,计算出等效旋转因子,与上一时刻四元数迭代、单位正交化处理后得到当前姿态四元数,最后计算得坐标变化矩阵和欧拉角。经过PID算法计算各电机输出完成姿态控制。

        图像算法如下,系统初始化后根据任务根据目标图像进行识别训练,执行飞行任务时通过摄像头获取RGB图像,图像数据存放在缓存中,经过高斯滤波、减去背景、形态学滤波分离前景和背景,最后通过识别算法判断是否发现目标。

技术特点:

        1.使用四元数进行姿态解算       

        2.卡尔曼滤波数据融合

        3.PID算法姿态控制

        4.摄像头及辅助成像传感器捕捉图像

        5.Linux系统灵活添加飞行任务

系统框图.jpg
系统框图:系统框图.jpg
飞控流程图.jpg
系统框图:飞控流程图.jpg
软件流程介绍: 软件流程.doc [337 KB]
计划书:OpenHW开源硬件与嵌入式大赛计划书.doc [927 KB]
当前项目状态:
参赛信息:
指导老师姓名: 杨刚
指导老师职称: 教授
学校: 西安电子科技大学
研究方向: 目前专业领域:电路与系统。
研究方向:新一代通信网络(3G/4G、医疗物联网及嵌入式系统创新设计);嵌入式工业控制与测量系统。
研究课题:
1、第四代移动通信中的调制解调技术(OFDM);
2、嵌入式系统的软硬件设计(ARM,Linux,WinCE等);
3、电力线通信系统(Powerline Communications);
4、工业测量与控制系统的嵌入式实现(NI Labview)。
参赛情况: OpenHW12开源硬件与嵌入式计算大赛
需求信息:
拟采用的平台:ZED板
是否需要设计扩展板?
需要的基本功能:
最新版本:
暂无发布的版本信息   了解目前项目的开发进度
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