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专利号: 2018110646418
申请人: 北京工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-05-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无人机悬停稳定性的评测方法,其特征在于:该方法通过将相机设置为手动或快门优先模式,利用慢速快门达到相片的长时间曝光,从而记录下代表无人机位置的亮点在曝光时间内的移动轨迹,形成光轨迹图像,将所述光轨迹图像作为悬停状态下无人机的运动轨迹图像;

对得到的所述光轨迹图像进行图像处理,获取包含所有光轨迹的凸多边形轮廓,然后计算出所述凸多边形的直径即凸多边形上任意两顶点之间距离的最大值,以此直径生成的圆形区域即为悬停状态下的无人机在一定时间内偏移运动的范围,从而评测无人机定点悬停的稳定性。

2.利用权利要求1所述方法搭建的一种无人机悬停稳定性的评测系统,其特征在于:该系统包括附加光源的无人机(10),拍摄装置(20)和图像处理设备(30);

附加光源的无人机(10)包含具有悬停功能的无人机(110)和光源装置(120);具有悬停功能的无人机(110)作为待测对象,用于使无人机飞行并保持悬停状态;光源装置(120)用于提供代表悬停状态下无人机实时位置的亮点表示;

拍摄装置(20)包含相机(210)和相机固定装置(220);相机(210)用于记录代表悬停状态下无人机实时位置的亮点的移动轨迹,获取悬停状态下无人机的光轨迹图像;相机固定装置(220)用于固定相机,防止拍摄过程中相机(210)抖动,提高成像质量;

图像处理设备(30)为计算机,用于对相机(210)获取的光轨迹图像进行图像处理和计算悬停状态下的无人机在一定时间内偏移运动的范围。

3.根据权利要求2所述的一种无人机悬停稳定性的评测系统,其特征在于:相机固定装置(220)为拍摄三脚架。

4.根据权利要求1所述的一种无人机悬停稳定性的评测方法,其特征在于:本方法的具体实施步骤如下:步骤1:测试环境、位置光源和相机位置的初始化设置;

步骤1-1:选择合适的拍摄环境;选择光线较弱的室内或者室外作为悬停精度测量的环境,减少外部光线对测试的影响,保证步骤2中的无人机光源为整个环境中最亮的光源;

步骤1-2:在具有悬停功能的无人机(110)底部安置光源装置(120);将用来提供光源的闪光灯装置固定在无人机底部中心,作为无人机飞行状态下的实时位置表示;

步骤1-3:固定相机(210)并调整相机的镜头角度,使悬停状态下的无人机位于相机画面中央;使用相机固定装置(220)固定相机(210),并将其放置在预设目标地点,防止拍摄过程中的相机抖动影响成像质量;相机连接遥控快门释放线或无线遥控器,控制快门按键;调节镜头角度,使悬停状态下的无人机(110)位于相机(210)的画面中央,设置相机(210)的镜头为与地面成90度角;

步骤2:调整相机(210)的感光度、光圈和快门速度成像参数,使相机(210)能够清晰地捕捉到光源装置(120)的光源亮点的光轨迹图像;首先将相机(210)设置为完全手动模式或者快门优先模式,将相机(210)的感光度ISO参数调至最低即ISO参数初始化设置为50,减少拍摄图像中的噪点;将光圈大小设置在中间位置即光圈大小初始化设置为f/8;调节相机(210)快门速度参数至适当位置即快门速度初始化设置为25-30秒;

步骤3:利用相机(210)的慢速快门产生的相片长时间曝光,从而在相片上记录下亮点移动轨迹的成像原理,拍摄悬停状态下无人机(110)的光轨迹图像;调整好相机(210)参数和相机(210)镜头角度后,按下快门以获取曝光时间内无人机的光轨迹图像;

步骤4:判断步骤3获得的光轨迹图像中光轨迹是否清晰、连贯;若相机(210)能够捕捉到一定时间内清晰的、连贯的光轨迹图像,则进行步骤5;若捕捉到的光轨迹图像出现背景过亮或者光轨迹不连贯的现象,则返回步骤2;

步骤5:将所述光轨迹图像复制或传输到图像处理设备(30)进行图像处理,通过计算得出悬停状态下的无人机(110)偏移运动的范围,从而评测无人机(110)悬停稳定性;

步骤5-1:得到包含所有光轨迹的凸多边形轮廓;对步骤3得到的光轨迹图像进行凸包检测并绘制凸包轮廓,从而得到包含所有光轨迹的凸多边形轮廓;

步骤5-2:计算悬停状态下无人机(110)偏移运动的范围,并评测无人机(110)悬停稳定性;得到步骤5-1中所述的光轨迹的凸多边形轮廓后,计算所述凸多边形的直径;使用旋转卡壳算法计算出凸多边形任意两顶点之间距离的最大值,定义为凸多边形的直径;以此直径生成的圆形区域,即为悬停状态下的无人机(110)在一定时间内偏移运动的范围,并以此范围的大小作为评判悬停稳定性优劣的标准;

无人机(110)悬停稳定性的评测规则如下:若所述无人机(110)偏移运动的范围越大,则对应的无人机(110)悬停稳定性越差;反之所述无人机(110)偏移运动的范围越小,则对应的无人机(110)悬停稳定性越好。

5.根据权利要求4所述的一种无人机悬停稳定性的评测方法,其特征在于:旋转卡壳算法的步骤如下:

1)计算凸多边形y方向上的端点,称之为ymin和ymax;

2)通过ymin和ymax构造出两条水平切线,凸多边形被一对平行线即卡壳卡住的对应点称为对踵点;由于ymin和ymax已经是一对对踵点,计算对踵点之间的距离并维护为一个当前最大值dmax;

3)同时逆时针旋转两条平行线,直到其中一条与凸多边形的一条边重合;

4)此时会得到一对新的对踵点;计算新的对踵点之间的距离并和当前最大值dmax比较,若大于当前对大值则更新dmax;

5)重复步骤3)和步骤4)的过程,直到再次产生初始对踵点对ymin和ymax;

6)输出确定的最大直径的对踵点对坐标,并计算出凸多边形的最大直径dmax。