CN204956941U - 用于无人机助降视觉引导的机载*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于无人机助降视觉引导的机载***，属于飞行导航控制领域。该机载***包括机载摄像头、钢化玻璃罩、固定外壳、减震弹簧、固定螺栓、防水航空接头、防护盖、图像处理模块；防护盖与固定外壳通过法兰盘或螺纹或螺钉连接，使防护盖与固定外壳之间形成腔体I；图像处理模块位于腔体I内且与固定外壳绝缘固连；固定外壳与钢化玻璃罩之间形成腔体II；钢化玻璃罩为半球形结构，机载摄像头位于腔体II内且与固定外壳固连；图像处理模块通过防水航空接头与无人机的飞行状态控制器相连。本***将视觉助降引导所需图像采集和图像处理模块采用小型化模块化结构进行实现，防水防腐抗震，有效提高了无人机助降引导效率和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于无人机助降视觉引导的机载***，具体地涉及采用计算机视觉技术进行无人机助降引导的机载***。属于飞行导航控制领域。
背景技术
无人机(Unmannedaerialvehicle)与载人飞机相比，具有重量轻、人员伤亡风险小、机动性好、机舱设计简单等特点，除了在军事上的应用前景，其在民用领域也逐渐显露头角。无人机导航技术主要包括惯性导航、雷达导航、GPS导航、微波导航和视觉导航等。其中，随着计算机视觉和图像采集技术、光学测量技术、高速实时处理及存储技术的发展，基于视觉信息的导航技术近年成为研究热点，并具有设备简单、功耗低、体积小、自主无源等优点，并且不依赖地面和空中的导航设备，尤其是不受制于GPS限制(GPS导航***利用导航卫星进行导航定位，存在信号易受干扰、分辨精度和技术垄断等问题)。在电子对抗方面具有较大优势。
着陆导航是无人机飞行中的重要阶段，因进场着陆受飞行高度、气象和地理环境等诸多因素的影响，精确可靠自动化的助降方法成为无人机技术中的关键研究内容之一。按照摄像机安装位置的不同，可把视觉助降***分为：基于地基信息的无人机着陆导航***、基于人工标志物的机载着陆导航***和基于自然场景的机载着陆导航***。地基助降***通过地面已经标定号的摄像设备同步拍摄无人机图像，提取特征点或合作标志，计算位置和姿态并反馈给控制***控制着陆。机载助降***通过安装在无人机上的摄像机获得地面引导标志的图像，通过位姿估计测算无人机飞行状态和相对于着陆点的位置和方位，经控制***实施助降引导。
机载助降***中的地面引导标志大多采用地面信号布，即视觉导航机载助降***通常需要地面实现铺设具有特殊形状的着陆指示信号布作为地面合作标志。无人直升机通过识别信号布的图像的特征，修正自身的水平位移和航向。国内外相关研究机构在视觉助降方面的研究集中于选择着陆指示信号布所包含的地面合作标志形状、利用视觉图像几何参数等信息解算无人机位置姿态，获得导航定位参数。合作目标检测算法应具有较高的实时性和抗噪声特性，设计合作目标要求该标志包含足够的信息使得计算机视觉***可以利用这些信息提取无人机自主着陆所需的相对位置和姿态信息，且该标志应容易识别，容易与其他物体和环境进行区分，同时当然也希望图案比较简单，以便提升视觉引导***的处理速度。
在上述提到的现有机载助降***中均包括机载摄像头及与之相关的电路模块，如何能使得机载助降***小型化模块化，并且在飞行过程中处于稳定可靠状态对于着陆引导具有至关重要的意义。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型构建一种小型化模块化的机载助降***，利用机载摄像头拍摄图像的静态特征及动态特征识别，实现无人机助降视觉引导。
一种用于无人机助降视觉引导的机载***，包括机载摄像头、钢化玻璃罩、固定外壳、减震弹簧、固定螺栓、防水航空接头、防护盖、图像处理模块；其中，
防护盖为圆形帽状金属壳体且边缘包括法兰盘；防护盖置于固定外壳上方，且防护盖与固定外壳通过法兰盘或者螺纹或者螺钉连接，使得防护盖与固定外壳之间形成腔体I；图像处理模块位于腔体I内且与固定外壳采用绝缘方式固连；
固定外壳的下方与钢化玻璃罩封闭连接，使得固定外壳与钢化玻璃罩之间形成腔体II；钢化玻璃罩为半球形结构，机载摄像头位于腔体II内并且与固定外壳固连；机载摄像头的输出端还与图像处理模块相连；
防护盖上还设有防水航空接头，图像处理模块通过防水航空接头与无人机的飞行状态控制器相连，用于进行数据交换；
固定螺栓穿过防护盖边缘的法兰盘，与机身舱体托架连接，并且，每个固定螺栓的螺杆外均套有同型号的减震弹簧，即每个减震弹簧位于法兰盘与机身舱体托架之间。
对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：本实用新型将视觉助降引导所需的图像采集和图像处理模块采用小型化模块化结构进行实现，防水防腐抗震，有效提高了无人机助降引导效率和可靠性。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图；
图2是图像处理模块构成示意图。
其中：1-机载摄像头；2-钢化玻璃罩；3-固定外壳；4-减震弹簧；5-固定螺栓；6-防水航空接头；7-防护盖；8-减震弹簧；9-图像处理模块；10-固定螺栓；11-法兰盘；12机身舱体托架；13-腔体I；14-腔体II。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型加以详细说明，同时也叙述了本实用新型技术方案解决的技术问题及有益效果，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。
下面结合实施例对本实用新型所述一种用于无人机助降视觉引导的机载***的具体实施方式进行描述解释，如附图1所示：
用于无人机助降视觉引导的机载***，包括机载摄像头1、钢化玻璃罩2、固定外壳3、减震弹簧4、减震弹簧8、固定螺栓5、固定螺栓10、防水航空接头6、防护盖7、图像处理模块9；其中，
防护盖7为圆形帽状金属壳体且边缘包括法兰盘11；防护盖7置于固定外壳3上方，且二者通过法兰盘11或者螺纹连接，使得防护盖7与固定外壳3之间形成腔体I。图像处理模块9位于腔体I内且与固定外壳采用绝缘方式固连；本实施例中所述图像处理模块9是电路板，若为多块电路板则彼此之间也采用绝缘方式固连。
固定外壳3的下方与钢化玻璃罩2封闭连接，使得固定外壳3与钢化玻璃罩2之间形成腔体II。钢化玻璃罩2为半球形结构，机载摄像头1位于腔体II内并且与固定外壳3固连。机载摄像头的输出端还与图像处理模块相连；机载摄像头1的光轴可调节。
防护盖7上还设有防水航空接头6，图像处理模块9通过防水航空接头6与无人机的飞行状态控制器进行通信。
固定螺栓5和固定螺栓10穿过法兰盘11分别与机身舱体托架12连接，并且，固定螺栓5和固定螺栓10的螺杆外分别套有同型号的减震弹簧4和减震弹簧8，即每个减震弹簧位于法兰盘11与机身舱体托架12之间；减震弹簧使得在无人机飞行和起飞降落过程中缓冲各种动作对本装置造成的震荡，有效提高了图像采集的稳定性。
作为优选，防护盖7采用不锈钢制品并且外表面镀有防腐膜；镀膜最好还满足三防标准，即防潮湿防盐雾防霉菌。固定外壳3采用高分子树脂材料。
作为优选，机载摄像头1的光轴保持下视并与垂直线具有至少1.5°夹角，且向无人机正前方倾斜安装；
作为优选，如附图2所示，所述图像处理模块9包括依次连接A/D模块、信号处理及时序控制模块、通讯模块；进一步地，其中：
A/D模块包括依次连接的差分缓冲放大器、ADC、光电隔离器，还包括恒流源和比较器；比较器启动恒流源给机载摄像头1供电；机载摄像头1与差分缓冲放大器相连。
信号处理及时序控制模块包括信号处理单元、FPGA、FLASH、PROM、图像压缩模块，所述信号处理单元与FPGA、FLASH分别相连，FPGA还与图像压缩模块相连；其中FPGA用于完成图像AD采集和数据缓存，并为机载摄像头1、ADC和信号处理单元读写提供时序和逻辑控制；信号处理单元用于完成图像特征提取、目标识别和预测跟踪计算；PROM是FPGA程序存储器；图像压缩模块用于对FPGA采集的图像进行压缩和存储；
通讯模块用于发送图像压缩模块发来的数据，以及与无人机的飞行状态控制器进行数据交换，通讯模块与防水航空接头6相连。
作为优选，通讯模块与图像压缩模块之间采用LVDS进行通讯，与无人机的飞行状态控制器之间采用全双工RS422协议并经光电隔离进行通讯。
在本实用新型实施例中，机载摄像头主要用于采集地面合作标志或者自然标志的图像，地面合作标志主要是便于图像处理模块检测、识别、跟踪和无人机降落。由于技术要求为全天候工作，因此标志与地面反差愈大愈好，因而本实用新型中地面合作标志均布设在深色背景上如地面铺设的深色尼龙布上并进行固定。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换和替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种用于无人机助降视觉引导的机载***，其特征在于，包括机载摄像头、钢化玻璃罩、固定外壳、减震弹簧、固定螺栓、防水航空接头、防护盖、图像处理模块；其中，
防护盖为圆形帽状金属壳体且边缘包括法兰盘；防护盖置于固定外壳上方，且防护盖与固定外壳通过法兰盘或者螺纹或者螺钉连接，使得防护盖与固定外壳之间形成腔体I；图像处理模块位于腔体I内且与固定外壳采用绝缘方式固连；
固定外壳的下方与钢化玻璃罩封闭连接，使得固定外壳与钢化玻璃罩之间形成腔体II；钢化玻璃罩为半球形结构，机载摄像头位于腔体II内并且与固定外壳固连；机载摄像头的输出端还与图像处理模块相连；
防护盖上还设有防水航空接头，图像处理模块通过防水航空接头与无人机的飞行状态控制器相连，用于进行数据交换；
固定螺栓穿过防护盖边缘的法兰盘，与机身舱体托架连接，并且，每个固定螺栓的螺杆外均套有同型号的减震弹簧，即每个减震弹簧位于法兰盘与机身舱体托架之间。
2.根据权利要求1所述的一种用于无人机助降视觉引导的机载***，其特征在于，机载摄像头的光轴保持下视并与垂直线具有至少1.5°夹角，且向无人机正前方倾斜安装。
3.根据权利要求1所述的一种用于无人机助降视觉引导的机载***，其特征在于，所述图像处理模块包括依次连接A/D模块、信号处理及时序控制模块、通讯模块。
4.根据权利要求3所述的一种用于无人机助降视觉引导的机载***，其特征在于，所述A/D模块包括依次连接的差分缓冲放大器、ADC、光电隔离器，还包括恒流源和比较器；恒流源和比较器用于给机载摄像头供电；机载摄像头与差分缓冲放大器相连。
5.根据权利要求3所述的一种用于无人机助降视觉引导的机载***，其特征在于，所述信号处理及时序控制模块包括信号处理单元、FPGA、FLASH、PROM、图像压缩模块，所述信号处理单元与FPGA、FLASH分别相连，FPGA还与图像压缩模块相连；其中FPGA用于完成图像AD采集和数据缓存，并为机载摄像头、ADC和信号处理单元读写提供时序和逻辑控制；信号处理单元用于完成图像特征提取、目标识别和预测跟踪计算；PROM是FPGA程序存储器；图像压缩模块用于对FPGA采集的图像进行压缩和存储。
6.根据权利要求3所述的一种用于无人机助降视觉引导的机载***，其特征在于，通讯模块与防水航空接头6相连。
7.根据权利要求5所述的一种用于无人机助降视觉引导的机载***，其特征在于，通讯模块与图像压缩模块之间采用LVDS进行连接，与无人机的飞行状态控制器之间采用全双工RS422协议并经光电隔离进行连接。
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