基于OptiTrack三维红外运动捕捉系统的多旋翼无人机定位方案--机器视觉网

方案背景

2014年，在美国华盛顿举行的美国科技年会上，美国KMel Robotics公司的一组四旋翼无人机在三维红外运动捕捉系统环境下，非常娴熟地演奏了施特劳斯的交响乐《查拉图斯特拉如是说》。运用三维红外运动捕捉系统实现多旋翼无人机的飞行定位，已经在国外普及，在国内逐渐受到关注。

方案概述

在室内环境下，由于GPS信号的接收限制，因此缺乏高精度的飞行定位方法。2010年，美国宾夕法尼亚大学GRASP实验室利用三维红外运动捕捉系统率先解决了室内飞行定位的难题，这种方法精度高且稳定可靠，受到国内外的多旋翼无人机的研究机构或专业公司的特别关注，如瑞士联邦理工学院、北京航空航天大学、百度、大疆等。

图-1：四旋翼无人机标记点图例

该方案需要给多旋翼无人机上布置被动标记点（近红外光线下反光）或主动标记点（主动发射近红外光线），红外运动捕捉系统通过识别标记点来认知无人机，实时捕获无人机飞行姿态和位置信息，如图-1。

图-2：系统工作流程示意图

整套系统的工作流程如图-2所示，控制计算机通过WIFI、蓝牙或无线数传等数据传输模块输出飞行控制指令给无人机，无人机接收到飞行指令后自主飞行。运动捕捉系统实时捕捉到无人机的六自由度信息，并传回控制计算机。控制计算机根据预设的飞行轨迹和实际的飞行轨迹的差别，修正飞行参数，并重新发送飞行控制指令给无人机，从而控制无人机高精度的、平稳的、无偏差的飞行。

技术优势

相比于其他飞行定位的方案，三维红外运动捕捉系统拥有以下五点优势：

室内定位：室内环境下没有GPS信号，无人机无法定位；

高速：摄像机的拍摄速度在100FPS以上，能够提供冗余的定位信息；

高精度：位置坐标精确到0.1mm，姿态角精确到0.1°，远高于其他的定位方案；

鲁棒性：跟踪固定在无人机上的刚体，跟踪数据几乎不会丢失；

价格：自主编队飞行的成本较低。

无人机开发人员可以运动三维红外运动捕捉系统进行无人机飞行控制精度的验证，调整飞控参数，优化飞控系统。另外，使用三维红外运动捕捉系统还可以实时修正无人机的飞行轨迹，从而实现无人机编队飞行。

产品特性

Prime 41捕捉范围高达100英尺（约30.5米）

拥有低畸变镜头专利技术，含宽带抗反射镀膜，防止外界光线干扰，捕捉数据纯净、无杂点

采用850nm波段的近红外照明，更稳定，不易受自然光的干扰，支持室外捕捉