用于城市道路识别的无人机检测设备

摘要

本发明涉及一种用于城市道路识别的无人机检测设备，所述检测设备包括无人机驱动机构、CMOS超高清相机、FPGA芯片和嵌入式处理器，嵌入式处理器与无人机驱动机构、CMOS超高清相机和FPGA芯片分别连接，控制无人机驱动机构以驱动无人机飞抵待检测城市道路的正上方，并在确定无人机飞抵待检测城市道路的正上方之后，启动CMOS超高清相机对待检测城市道路拍摄以获得城市道路图像，启动FPGA芯片对城市道路图像进行图像处理以确定城市道路图像内的道路曲线。通过本发明，能够机动、准确地测绘待检测城市道路的道路曲线信息，为城市测绘部门的地图绘制提供更有价值的参考数据。

主权项

一种用于城市道路识别的无人机检测设备，其特征在于，所述检测设备包括无人机驱动机构、CMOS超高清相机、FPGA芯片和嵌入式处理器，所述嵌入式处理器与所述无人机驱动机构、所述CMOS超高清相机和所述FPGA芯片分别连接，控制所述无人机驱动机构以驱动所述无人机飞抵待检测城市道路的正上方，并在确定所述无人机飞抵待检测城市道路的正上方之后，启动所述CMOS超高清相机对待检测城市道路拍摄以获得城市道路图像，启动所述FPGA芯片对城市道路图像进行图像处理以确定城市道路图像内的道路曲线；所述检测设备还包括：伽利略导航器，连接伽利略导航卫星，用于接收无人机所在位置的实时定位数据；超声波高度传感器，包括超声波发射机、超声波接收机和单片机，所述单片机与所述超声波发射机和所述超声波接收机分别连接，所述超声波发射机向地面发射超声波，所述超声波接收机接收地面反射的超声波，所述单片机根据所述超声波发射机的发射时间、所述超声波接收机的接收时间和超声波传播速度计算无人机的高度以作为实时超声波高度输出；移动硬盘，用于预先存储对照表，所述对照表以图像数据量对应的大小等级为索引，保存了各个大小等级分别对应的图像分割数量，所述移动硬盘还用于预先存储城市道路R通道范围、城市道路G通道范围、城市道路B通道范围，所述城市道路R通道范围、所述城市道路G通道范围和所述城市道路B通道范围用于将RGB图像中的城市道路与RGB图像背景分离；无线收发机，与远端的城市道路绘制平台建立双向的无线通信链路，用于接收所述城市道路绘制平台发送的飞行控制指令，所述飞行控制指令中包括待检测城市道路正上方位置对应的目的伽利略定位数据和目的拍摄高度；所述CMOS超高清相机包括减震底架、前盖玻璃、镜头、滤镜和CMOS成像电子单元，所述CMOS超高清相机所拍摄的城市道路图像的分辨率为3840×2160；所述FPGA芯片为Altera公司的Cyclone系列的EP1C6Q240C8，在所述FPGA芯片中集成了图像数据量估测单元、图像划分单元、图像合并单元和n个图像处理单元，n等于所述对照表中的最大大小等级；所述图像数据量估测单元与所述CMOS超高清相机连接，用于评估基于MPEG‑4压缩所述城市道路图像后获得的压缩图像的数据量；所述图像划分单元与所述移动硬盘、所述CMOS超高清相机和所述图像数据量估测单元分别连接，基于压缩图像的数据量对应的大小等级，在所述对照表中查询到对应的图像分割数量作为目标图像分割数量m，并将所述城市道路图像纵向平均划分为m个子图像，将所述m个子图像分别分配给所述n个图像处理单元中的前m个图像处理单元；所述前m个图像处理单元中的每一个图像处理单元对分配到的对应子图像进行图像处理以确定所述对应子图像内的道路子曲线；所述图像合并单元与所述n个图像处理单元分别连接，将所述前m个图像处理单元输出的m个道路子曲线合并，以获得城市道路图像内的道路曲线；所述嵌入式处理器与所述无人机驱动机构、所述CMOS超高清相机、所述FPGA芯片、所述无线收发机、所述伽利略导航器和所述超声波高度传感器分别连接，接收所述无线收发机转发的飞行控制指令，对所述飞行控制指令解析以获得待检测城市道路正上方位置对应的目的伽利略定位数据和目的拍摄高度，控制所述无人机驱动机构以驱动所述无人机飞往所述待检测城市道路正上方位置，在所述实时超声波高度与所述目的拍摄高度匹配且所述实时定位数据与所述目的伽利略定位数据匹配时，进入城市道路检测模式，在所述实时超声波高度与所述目的拍摄高度不匹配或所述实时定位数据与所述目的伽利略定位数据不匹配时，进入城市道路寻找模式；其中，每一个图像处理单元包括色彩空间转换子单元、自动颜色增强子单元、图像分割子单元、自适应递归滤波子单元和最小二乘拟合子单元；所述色彩空间转换子单元与所述图像划分单元连接，用于对分配到的对应子图像执行RGB色彩空间转换，获得转换后的RGB图像；所述自动颜色增强子单元与所述色彩空间转换子单元连接，对所述转换后的RGB图像执行基于自动颜色增强的图像增强处理，以获得道路与背景对比度增强的增强图像；所述图像分割子单元与所述移动硬盘和所述自动颜色增强子单元分别连接，计算所述增强图像中每一个像素的R通道值、G通道值和B通道值，当某一像素的R通道值在所述城市道路R通道范围内、G通道值在所述城市道路G通道范围内且B通道值在所述城市道路B通道范围内时，将其确定为城市道路像素，将所述增强图像中所有城市道路像素组合以形成道路图案；所述自适应递归滤波子单元与所述图像分割子单元连接，对所述道路图案执行自适应递归滤波处理，以获得滤除噪声像素的滤波道路图案；所述最小二乘拟合子单元与所述自适应递归滤波子单元连接，基于最小二乘拟合算法对所述滤波道路图案执行拟合处理以确定道路子曲线，所述道路子曲线为与所述滤波道路图案中所有像素的距离平方和最小的一条曲线；其中，所述嵌入式处理器在所述城市道路检测模式中，启动所述CMOS超高清相机和所述FPGA芯片，接收所述城市道路图像和所述道路曲线，确定所述道路曲线在所述城市道路图像中的相对位置，基于所述相对位置、所述实时定位数据和所述实时超声波高度确定所述道路曲线的定位信息，所述道路曲线的定位信息包括所述道路曲线的起点的定位信息和所述道路曲线的终点的定位信息；所述嵌入式处理器在所述城市道路寻找模式中，关闭所述CMOS超高清相机和所述FPGA芯片，所述无线收发机接收所述道路曲线以及所述道路曲线的定位信息，并将所述道路曲线以及所述道路曲线的定位信息无线发送给所述城市道路绘制平台。