本文结构如下 ：

第一章结合中英文文献交代了无人机视觉的研究背景与现状。

第二章对无人机机械结构进行了分析，搭建了四旋翼无人机硬件平台并给出具体选型。

第三章研究了四旋翼无人机对路径图像的处理与对导航信息的提取问题，设计了无人机巡线系统地面站人机交互界面，实现了地面站对无人机路径图像信息的处理。

第四章研究了四旋翼无人机进行动力学建模，设计了基于PID的控制器，得到了效果较好的基于PID的四旋翼无人机巡线飞行控制器，实现了有效的四旋翼无人机巡线飞行控制系统。 

2  无人机硬件平台搭建

无人机硬件平台是支撑无人机控制系统的物理基础，本文中为降低四旋翼无人机负载，将图像处理单元放置于PC（Personal Compute, 个人计算机）上位机上，故本文所述无人机硬件平台分为四旋翼无人机与PC上位机两部分。本章将简单介绍四旋翼无人机机械构造和无人机硬件组成。

2.1  四旋翼无人机机械结构

2.1.1  结构形式

四旋翼飞行器采用对称式的机械结构，四个半径与尺寸相同的旋翼分别分布在机体的四侧，并处于同一高度。在支架前端安装四个无刷直流电机，支架中间安放飞行控制板。结构形式如图2.1.

图2.1 四旋翼无人机结构形式

2.1.2  工作原理

四旋翼飞行器主要是通过调整四个无刷直流电机的转速实现飞行器的升降以及纵向、横向与水平方向的飞行。无人机方向调整的控制方式如下图2.2 所示，图中箭头的粗细表示转速的大小。

图2.2 四旋翼控制方式

如上图所示，当四个电机转速大小一致，前后电机方向与左右方向相反时，可以轻易实现无人机的垂直飞行（升降）。在垂直飞行的基础上，当2，4 电机转速相同，1，3 号电机存在差速时，由于存在拉力差，可以实现无人机的前后飞行，横向飞行同理。水平转动主要是通过改变1，3 电机与2，4 电机的转速差实现无人机航向的改变，从而实现水平转动。

2.2  无人机硬件平台

基于视觉的无人机巡线系统硬件平台由四旋翼无人机与PC上位机两部分组成，其工作原理如图2.3所示。无人机将采集到的图像信息通过无线图像传输器传送到PC上位机上处理得到路径信息，再通过无线数据传输器传回四旋翼无人机对无人机位置姿态控制进行指导。

图2.3 无人机硬件平台

2.2.1  无人机硬件平台

    我们选用了Pixhawk飞控板，Gopro Hero4运动摄像机，XL-MaxSonar-EZ4声呐，XBEE pro无线数传，大疆公司的5.8G图传以及无人机自稳云台等器件搭建无人机硬件平台。理由如下：

（1）Pixhawk飞控板配有MPU6000三轴加速度计/陀螺仪、LSM303D磁力计和MS5611气压计，性能优越，同时具备进行二次开发便捷的优点。

（2）XL-MaxSonar-EZ4声呐，其内嵌了距离读数实时噪声抑制算法，即便在电气噪声源存在的环境下依然能够正常工作，能准确采集无人机实时高度。

（3）无线图传与数传用于无人机与PC之间的数据与图像传输交互，我们选用的XBEE pro无线数传与大疆公司的5.8G图传都具有实时稳定且小巧坚固的优点。

（4）自稳云台则用于减少摄像机震动对图像采集的影响。

（5）Gopro Hero4摄像机可以在2.7K和1080P的画质下连续拍摄1小时40分钟左右，充分满足了我们的需求。图2.4为搭建完成的四旋翼无人机。 

图2.4 四旋翼无人机

2.2.2   PC上位机

PC机采用Intel Core i3-2310M处理器，工作频率为2.1GHz，内存为4G，安装32位操作系统，使用Samsung SSD固态硬盘，处理器性能优越，图像处理速度快。  基于视觉图像检测的无人机巡线飞行控制技术研究(3):http://www.chuibin.com/zidonghua/lunwen_205638.html