项目技术要求:
1、能为飞行器飞行提供视频图像实时传输功能
2、能够识别物体(位置、形态)
3、能够建立三维空间图像,为机械臂抓取物体提供数据支持
技术要求一的技术论证:
方案一:使用mjpeg-stream
mjpeg-stream是一个开源的网络视频传输项目,顾名思义就是将一张张JPEG图像快速流动起来,使用户感觉像是在观看一个视频。mjpeg-stream是一项流媒体技术,源代码使用的是C语言,便于不同平台的移植,对资源的占用也较少。项目将摄像机拍摄到的图像通过计算机网络的HTTP协议实时的传输到客户机的终端上,因为使用的是HTTP协议,所以用户只需使用“浏览器”这个终端就可就收到网络远端传来的事实图像。但此项目对计算机网络的带宽要求较高,如果使用ISP提供的4G移动数据网会感到明显的延时卡顿,但如果使用2.4GHz和5.0GHz的无线接入网(可以简单理解为WIFI)则无较大的延时,因为局域网的路由的带宽普遍是千兆,网络质量远高于ISP提供的无线接入网。
总结:
->优点:资源占用少,通用性强,可以实时的传输高质量的图像。
->缺点:设备的主计算机必须接入计算机网络,被网关分配到IP地址,此方案才能应用,而且对计算机网络的带宽和时延要求较高,一般的计算机网络无法流畅的传输mjpeg-stream的数据。
方案二:使用FPV
FPV是遥控航空模型或者车辆模型上加装无线摄像头回传设备,它主要通过无线电波来实现图像信息的实时传输,通信方式属于单工通信,FPV发送端作为信源只发送数据,用户手中的接受端作为信宿,整个通信过程中信源和信宿的通信独占一条通信链路,通信效率极高,可以传输极高的质量的视频信息,延时极小,几乎可以忽略不计。但FPV最致命的缺点就是无法将视频信息传输到无人机的主计算机中,没有视频信息传入主计算机中,主计算机就无法构建三维的图像,也就不可能控制机械臂进行相关的操作。
总结:
->优点:传输图像质量高
->缺点:无法将采集的图像信息输入飞行器的主计算机中。
方案三:混合使用mjpeg-stream和FPV
两种方案的优缺点不再赘述,mjpeg-stream主要使用在机械臂抓取过程中,除外使用FPV传输图像。将飞行器的主计算机接入ISP网络中,即可获得IP地址,mjpeg-stream工作,因为在抓取物体的过程中飞行器处于悬停静止状态,网络延时对飞行器的飞行安全没有影响。此方案唯一的缺点就是增大了飞行器的重量载荷,因此此方案只适用于起飞重量较大的飞行器。
对技术要求二的技术论证:
方案一:使用OpenCV
OpenCV是一个开源的计算机视觉处理系统,项目由C/C++编写。其丰富的库可以处理大量的视觉信息。在本项目中需要OpenCV获得物体的位置信息,所以需要双目系统,以便于使用三角测量,计算出物体相对于飞行器的位置。
方案二:使用光谱雷达
此方案的工作的原理是使用多普勒原理,通过使用面电磁波扫描X-Y面和X-Z或Y-Z获得物体的形状和位置,此方案多用于军用雷达的远距离探测,但不适和近距探测,此套方案的设备也过于笨重,不建议使用此套方案和其相近的方案。
对技术要求三的技术论证:
方案一:双目系统固定在飞行器上,与机械臂可相对运动。此方案的原理为双目系统构建出空间三维图像,飞行器的主计算机通过建立的三维空间信息控制机械臂抓取物体。此方案稍复杂,但可行。
方案二:双目系统固定在机械臂的执行端(即抓手位置),同时在执行端安装一个距离传感器,可以是超声波传感器也可以是其他传感器。飞行器飞行时机械臂收起,双目系统可以传输实时图像,当传感器(比如超声波传感器)探测到飞行器距离目标物体一定的距离(机械臂能够抓取到目标物体)时,主计算机激活机械臂运动,双目系统将信息实时反馈给主计算机,主计算机不断的控制调整双目系统的“十字准心”对准目标物体,并且机械臂的抓手不断的靠近目标物体,当距离传感器(比如超声波传感器)探测的结果达到某个数值区间[0,x)时(x为抓手能够抓住目标物体时,传感器距离目标物体的最大值)主计算机控制机械臂执行端工作,抓取物体,完成整个抓取任务。比方案类似于空间站与飞船的对接。
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