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专利号: 2020101301726
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种多摄像头的低空无人机目标跟踪方法,采用多摄像头的低空无人机目标跟踪装置,其特征在于,该装置包括十字支架(11)、第一摄像头(12)、第二摄像头(13)、第三摄像头(14)、第四摄像头(15)和第五摄像头(16),所述第一摄像头(12)设在十字支架(11)的中心位置,所述第二摄像头(13)设在十字支架(11)的前端且与十字支架(11)转动配合,所述第三摄像头(14)设在十字支架(11)的右端且与十字支架(11)转动配合,所述第四摄像头(15)设在十字支架(11)的后端且与十字支架(11)转动配合,所述第五摄像头(16)设在十字支架(11)的左端且与十字支架(11)转动配合,还包括第一步进电机(17)、第二步进电机(18)、第三步进电机(19)和第四步进电机(1A),所述第一步进电机(17)的机身安装在十字支架(11)的前端,所述第一步进电机(17)的输出轴与第二摄像头(13)连接,所述第三步进电机(19)的机身安装在十字支架(11)的后端,所述第三步进电机(19)的输出轴与第四摄像头(15)连接,所述第二步进电机(18)的机身安装在十字支架(11)的右端,所述第二步进电机(18)的输出轴与第三摄像头(14)连接,所述第四步进电机(1A)的机身安装在十字支架(11)左端,所述第四步进电机(1A)的输出轴与第五摄像头(16)连接;

在具体操作时,该方法包括如下步骤:步骤一、第一摄像头(12)的视觉方向与地面垂直,第二摄像头(13)、第三摄像头(14)、第四摄像头(15)和第五摄像头(16)的视觉方向与地面垂直线的角度分别为θ2,θ3,θ4,θ5,每个摄像头的方向为十字支架(11)支臂朝外的方向;

步骤二:以第一摄像头(12)视觉范围的中心为原点,无人机机头方向为纵坐标的正半轴,无人机右翼方向为横坐标的正半轴建立一个平面坐标系;

步骤三:无人机起飞前,开启所有摄像头;当无人机起飞后采用目标检测算法,得到目标位置,打开目标位置处摄像头,保持非目标位置处摄像头休眠;

步骤四:当超过一个摄像头运行时,对不同摄像头采集的每一帧图像进行图像拼接;由于摄像头相对位置是和相对角度是已知的,并且可通过无人机的高度传感器获取无人机高度,只针对重叠部分的图像进行特征检测操作;

步骤五:在拼接完的每帧图像上采用目标跟踪算法对目标进行跟踪,并且返回目标在平面坐标系下的坐标值,无人机飞控板接收到坐标值后,朝着坐标的方向飞行,实现目标追踪;

步骤六:若无人机在跟踪过程中丢失了目标,则同时打开五个摄像头寻找目标,并且用步进电机将第二、三、四、五摄像头的倾斜角调至最大值,找到目标后,执行步骤三。

2.根据权利要求1所述的多摄像头的低空无人机目标跟踪方法,其特征在于:所述第一摄像头(12)与十字支架(11)垂直。

3.根据权利要求1所述的多摄像头的低空无人机目标跟踪方法,其特征在于:所述第一摄像头(12)、第二摄像头(13)、第三摄像头(14)、第四摄像头(15)和第五摄像头(16)的视场角为75.7°。

4.根据权利要求1所述的多摄像头的低空无人机目标跟踪方法,其特征在于:所述第一摄像头(12)、第二摄像头(13)、第三摄像头(14)、第四摄像头(15)和第五摄像头(16)中,每个摄像头内部的感光元件形状为4:3的长方形。

5.根据权利要求1所述的多摄像头的低空无人机目标跟踪方法,其特征在于:所述第二摄像头(13)、第三摄像头(14)、第四摄像头(15)、第五摄像头(16)与第一摄像头(12)的距离均相同。

6.根据权利要求1所述的多摄像头的低空无人机目标跟踪方法,其特征在于:包括如下步骤:所述目标跟踪算法具体是指:当摄像头视觉方向与地面垂直线有一个角度θ时,下面称为摄像头倾斜θ角,摄像头能够观察到的视觉范围为椭圆,该椭圆的长短半轴计算得:φ=β‑θ ψ=β‑θ

式中a为椭圆的长半轴,b为椭圆的短半轴,H为无人机的高度,α为摄像头的视场角,θ为摄像头与地面垂直线的角度;

由于摄像头内部的感光元件为4:3的长方形,当摄像头倾斜θ角时,感光元件接收到的实际视觉范围为梯形,该梯形的高、上底、下底计算得:

Ht=2a‑A‑B

式中Ls为梯形的上底;Ll为梯形的下底;Ht为梯形的高度;A为梯形上底到椭圆长轴一个端点的距离;B为梯形下底到椭圆长轴另一个端点的距离;n1、n2为比例系数,当摄像头俯仰方向倾斜时 当摄像头翻滚方向倾斜时得知到倾斜θ角的摄像头感光元件接收到的实际视觉范围的图像形状大小后,就可计算得到两个摄像头感光元件接收到的视觉范围的重叠面积占倾斜θ角的摄像头感光元件接收到的视觉范围的比例和倾斜θ角时的摄像头感光元件接收到的视觉范围相比第一摄像头感光元件接收到的视觉范围扩大的倍数:式中OR为两个摄像头感光元件接收到的视觉范围的重叠面积占倾斜θ角的摄像头感光元件接收到的视觉范围的比例;MT为倾斜θ角时的摄像头感光元件接收到的视觉范围相比第一摄像头感光元件接收到的视觉范围扩大的倍数;St为上述梯形面积;Sc为两个摄像头感光元件接收到的视觉范围的重叠面积;S0为第一摄像头感光元件接收大的视觉范围;n3为比例系数,当摄像头俯仰方向倾斜时 当摄像头翻滚方向倾斜时采用Matlab进行仿真计算,选取OR大于0.2且MT大于0.5的角度作为摄像头倾斜角度的选择范围。

7.根据权利要求1所述的多摄像头的低空无人机目标跟踪方法,其特征在于:所述目标检测算法是指第一摄像头的视觉范围内设置四个边界,分别为靠近第二摄像头的边界一,靠近第三摄像头的边界二,靠近第四摄像头的边界三和靠近第五摄像头的边界四;当目标在四个边界内部时,只运行第一摄像头,休眠其他摄像头;当目标只超过边界一或目标只在第二摄像头范围内时,运行第一、二摄像头,休眠其他摄像头;当目标只超过边界二或目标只在第三摄像头范围内时,运行第一、三摄像头,休眠其他摄像头;当目标只超过边界三或目标只在第四摄像头范围内时,运行第一、四摄像头,休眠其他摄像头;当目标只超过边界四或目标只在第五摄像头范围内时,运行第一、五摄像头,休眠其他摄像头;当目标同时超过边界一和边界二或目标同时在第二、三摄像头范围内时,运行第一、二、三摄像头,休眠其他摄像头;当目标同时超过边界二和边界三或目标同时在第三、四摄像头范围内时,运行第一、三、四摄像头,休眠其他摄像头;当目标同时超过边界三和边界四或目标同时在第四、五摄像头范围内时,运行第一、四、五摄像头,休眠其他摄像头;当目标同时超过边界一和边界四或目标同时在第二、五摄像头范围内时,运行第一、二、五摄像头,休眠其他摄像头。