TOP1 無(wú)人機(jī)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)解決方案

　　無(wú)人機(jī)作為空中機(jī)器人，在軍事上可用與偵查、監(jiān)視等，在民用 上可用于大地測(cè)量、搖感等，主要希望能獲得高分辨率、能描述物體集合形態(tài)的二位或三維圖像，但是高分辨率圖像數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，而且隨著地面分辨率提高，需要傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)碼數(shù)率也迅速增長(zhǎng)，因此，圖像的高速傳輸已經(jīng)成為制約無(wú)人機(jī)應(yīng)用的重要問(wèn)題。

　　設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　A.體積小巧：發(fā)射機(jī)體積小巧，重量輕，能夠減少無(wú)人機(jī)承載壓力，有易于無(wú)人機(jī)空中任務(wù)完成。B.可靠性高：系統(tǒng)采用先進(jìn)的COFDM調(diào)制技術(shù)，抗干擾能力非常強(qiáng)，同時(shí)采用256位AES加密技術(shù)，能夠有效的防止干擾和竊聽(tīng)。C.易用性強(qiáng)：采用高科技手段，進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，盡量減少系統(tǒng)操作的復(fù)雜性，并作到系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單。D.傳輸距離遠(yuǎn)：系統(tǒng)功率控制在1W以?xún)?nèi)，利用無(wú)人機(jī)飛行高度，能夠保障傳輸距離在3公里以上，同時(shí)系統(tǒng)有較強(qiáng)的繞射能力和穿透能力，能夠應(yīng)對(duì)建筑物阻擋問(wèn)題。E.傳輸圖像清晰：系統(tǒng)采用最新H.264/MPEG-2/4壓縮方式，所傳視頻能夠達(dá)到D1效果，使無(wú)人機(jī)所拍的圖像清晰展現(xiàn)至用戶(hù)面前。

　　方案設(shè)計(jì)

　　根據(jù)用戶(hù)需求本方案設(shè)計(jì)效果圖如下;

　　無(wú)人機(jī)上安裝有視頻采集設(shè)備、無(wú)線(xiàn)圖像發(fā)射機(jī)、電池等。將無(wú)線(xiàn)圖像發(fā)射機(jī)與電池固定在無(wú)人機(jī)底部，運(yùn)用-3饋線(xiàn)將發(fā)射天線(xiàn)垂直安裝在機(jī)尾（也可根據(jù)用戶(hù)需求進(jìn)行安裝）。將無(wú)人機(jī)視頻源與發(fā)射機(jī)連接，使其形成完整的無(wú)人機(jī)無(wú)線(xiàn)視頻發(fā)射系統(tǒng)。無(wú)人機(jī)無(wú)線(xiàn)視頻發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)通過(guò)地面無(wú)線(xiàn)圖像接收平臺(tái)接收，接收平臺(tái)可以清晰的將無(wú)人機(jī)采集到的圖像顯示在顯示屏幕上，也可通過(guò)平臺(tái)外接口將視頻信號(hào)傳至其他顯示/存儲(chǔ)設(shè)備上。同時(shí)地面接收平臺(tái)可內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，將視頻信號(hào)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，傳至后端中心站。

　　ORANGE系列產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢(shì) ORANGE系列產(chǎn)品采用先進(jìn)的COFDM（信道編碼的正交頻分復(fù)用）全數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)及MPEG2/MPEG4/H.264數(shù)字壓縮編碼技術(shù)，具備以下特點(diǎn)： 具備“非視距”、“繞射”和良好穿透能力 COFDM調(diào)制技術(shù)具備多徑分集能力，抗多徑干擾能力強(qiáng)，具備“非視距”、“繞射”傳輸特點(diǎn)和良好穿透能力，適應(yīng)在城區(qū)、山地、建筑物內(nèi)外等不能通視及有阻擋的環(huán)境中應(yīng)用。

　　產(chǎn)品介紹

　　根據(jù)用戶(hù)提供的技術(shù)要求我們見(jiàn)意您使用機(jī)載微型發(fā)射機(jī)和便攜式一體接收機(jī)，如下圖所示；

　　機(jī)載微型發(fā)射機(jī)外觀圖

　　發(fā)射天線(xiàn)

　　“Orange機(jī)載微型發(fā)射機(jī)”采用超微型模塊外觀設(shè)計(jì)，具有體積小（100mm×55mm×23mm）、重量輕（260g）、功耗低（＜10W）、靈敏度高（-108db）、安裝靈活等特點(diǎn)，它集小型天線(xiàn)、微型功放、數(shù)字調(diào)制、視音頻數(shù)字壓縮于一體，可用于現(xiàn)場(chǎng)高清晰圖像傳輸，通視條件下傳輸距離可達(dá) 10公里以上。廣泛的應(yīng)用在公安、部隊(duì)、應(yīng)急、資源勘探、廣播電視等行業(yè)中的軍事偵察、無(wú)人偵察機(jī)、機(jī)器人偵查、新聞媒體攝像機(jī)、技術(shù)偵察、消防救災(zāi)等行動(dòng)。

　　便攜式一體接收機(jī)

　　接收天線(xiàn)

　　吸盤(pán)

　　“Orange便攜式一體接收機(jī)”采用專(zhuān)業(yè)防潮箱外形結(jié)構(gòu)，適合野外安裝使用，設(shè)備采用交流、直流兩種供電方式。集液晶顯示、電池供電、錄像存儲(chǔ)（定制）、網(wǎng)絡(luò)傳輸（定制）、各種外接口與一體，具有在野外、室內(nèi)任何地點(diǎn)即開(kāi)即用的優(yōu)勢(shì)，操作簡(jiǎn)單、功能齊全，配合我公司無(wú)線(xiàn)發(fā)射前段使用，是公安、武警、軍隊(duì)、地質(zhì)災(zāi)害、消防等部門(mén)用于現(xiàn)場(chǎng)偵查的良好工具。設(shè)備提供多種接口：包括標(biāo)準(zhǔn)音視頻接口（ＢＮＣ、蓮花頭）、以太網(wǎng)接口（10/100BASE-T自適應(yīng)），RS232數(shù)據(jù)接口。預(yù)留GPS數(shù)據(jù)接口和雙向語(yǔ)音業(yè)務(wù)接口。

　　TOP2 無(wú)人機(jī)應(yīng)用于航空測(cè)繪的解決方案

　　隨著3S技術(shù)為代表的高新測(cè)繪技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的測(cè)繪行業(yè)正在迅速向地理信息產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)的測(cè)繪生產(chǎn)主體模式已發(fā)生根本性變化，產(chǎn)品由模擬形式轉(zhuǎn)為數(shù)字形式，大量的外業(yè)測(cè)量被室內(nèi)地理信息采集所取代。地理信息的采集、存貯、加工和分發(fā)已成為一種全新的概念。

　　隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的建立和不斷完善，測(cè)繪市場(chǎng)發(fā)育趨向成熟。首先，測(cè)繪產(chǎn)品的需求不斷增大，服務(wù)領(lǐng)域不斷拓寬。近年來(lái)，除傳統(tǒng)用戶(hù)外，電信、公安、環(huán)保、金融等行業(yè)的需求不斷增長(zhǎng)，測(cè)繪產(chǎn)品的服務(wù)面幾乎覆蓋了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有行業(yè)，初步實(shí)現(xiàn)了測(cè)繪為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防、民眾和政府服務(wù)的行業(yè)目標(biāo)，充分顯示了測(cè)繪行業(yè)的重要性。

　　二、行業(yè)需求分析

　　三、無(wú)人機(jī)航空測(cè)繪系統(tǒng)具體解決方案

　　（一）應(yīng)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)采集數(shù)據(jù)

　　我司通過(guò)無(wú)人機(jī)航攝所獲取的豎直攝影影像、交向攝影影像、傾斜影影像以及復(fù)雜航線(xiàn)多基線(xiàn)攝影影像；通過(guò)多視影像匹配自動(dòng)構(gòu)建空中三角測(cè)量網(wǎng)，能進(jìn)行多達(dá) 10000片影像的大區(qū)域網(wǎng)光束平差；配合低空遙感的高分辨率影像，實(shí)現(xiàn)高精度航測(cè)定位；并且，能自動(dòng)化生產(chǎn)數(shù)字高程模型（DEM）和數(shù)字正射影像（DOM）等產(chǎn)品。

　　（1）快速響應(yīng)

　　無(wú)人機(jī)航測(cè)通常低空飛行，空域申請(qǐng)便利，受氣候條件影響較小。對(duì)起降場(chǎng)地的要求，可通過(guò)一段較為平整的路面實(shí)現(xiàn)起降。升空準(zhǔn)備時(shí)間15分鐘即可、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)輸便利。車(chē)載系統(tǒng)可迅速到達(dá)作業(yè)區(qū)附近設(shè)站，根據(jù)任務(wù)要求每天可獲取數(shù)十至兩百平方公里的航測(cè)結(jié)果。

　　（2）快速獲取地表數(shù)據(jù)和建模

　　系統(tǒng)攜帶的數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字彩色航攝相機(jī)等設(shè)備可快速獲取地表信息，獲取超高分辨率數(shù)字影像和高精度定位數(shù)據(jù)，生成DEM、三維正射影像圖、三維景觀模型、三維地表模型等二維、三維可視化數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行各類(lèi)環(huán)境下應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

　　（二）利用像素工廠(chǎng)進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理

　　利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，結(jié)合像素工廠(chǎng)進(jìn)行信息處理和分析。所得的數(shù)據(jù)將成立體三維圖像，實(shí)時(shí)反饋給主管部門(mén)。

　　像素工廠(chǎng)（Pixel Factory，PF）由法國(guó)SPOT INFOTERRA公司研制開(kāi)發(fā)，是一套用于大型生產(chǎn)的對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是一種能批量生產(chǎn)，且由一系列算法、工作流程和硬件設(shè)備組成的復(fù)合最優(yōu)化系統(tǒng)，包含具有強(qiáng)大計(jì)算能力的若干個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。輸入航空數(shù)碼影像、衛(wèi)星影像、或者傳統(tǒng)光學(xué)掃描影像，在少量人工干預(yù)的條件下，經(jīng)過(guò)一系列自動(dòng)化處理，輸出包括數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字高程模型（DEM）、正射影像（DOM）以及真正射影像（TDOM）等產(chǎn)品，并能生成一系列其他中間產(chǎn)品。

　　TOP3 正射影像和傳統(tǒng)正射影像

　　1. 大規(guī)模生產(chǎn)真正射影像和傳統(tǒng)正射影像

　　真正射影像（TrueOrtho?）指所有物體的傾斜均被糾正的一種鑲嵌影像。它是利用數(shù)字表面模型DSM，采用數(shù)字微分糾正技術(shù)，改正原始影像的幾何變形，保證影像上每點(diǎn)都是完全垂直視角。像素工廠(chǎng)可以通過(guò)對(duì)多視角的影像逐點(diǎn)計(jì)算，消除所有傾斜，生成真正射影像。與傳統(tǒng)的正射影像相比，在大比例尺影像圖中，避免了高大建筑的傾斜對(duì)其它地物的遮擋，在拼接地區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)平滑自然的過(guò)渡。利用完美的DSM 能夠生成完美的真正射影像。像素工廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)了真正射產(chǎn)品的商業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)了針對(duì)真正射影像的一系列解決方案，例如大氣糾正、物理糾正、勻色等。真正射影像圖直接用于做線(xiàn)畫(huà)圖，可大大降低制圖成本，提高作業(yè)效率。

　　傳統(tǒng)攝影測(cè)量處理中，經(jīng)過(guò)數(shù)字高程模型（DEM）校正、鑲嵌得到正射影像。根據(jù)影像獲取的幾何原理，繁華的城市地區(qū)需要一些手工編輯以最小化每張影像的視差（建筑物傾斜） 。而真正射影像通過(guò)高精度DSM糾正消除了所有視差，建立了完全垂直視角的地表景觀，建筑物保持垂直視角，因此在真正射影像上，只顯示了建筑物的頂部，不顯示側(cè)面，避免了高大建筑物對(duì)其他地表信息（其他較矮建筑物、道路、停車(chē)場(chǎng)、綠地等）的遮擋，恢復(fù)了橋梁的正確方位。下圖反映了傳統(tǒng)正射影像與真正射影像之間的主要區(qū)別。

　　（a） 傳統(tǒng)正射影像中有建筑物傾斜效果

　　（b） 真正射影像中沒(méi)有任何建筑物傾斜效果

　　像素工廠(chǎng)專(zhuān)利產(chǎn)品-真正射影像?（全自動(dòng)處理）

　　傳統(tǒng)正射影像

　　真正射影像

　　2. 數(shù)字表面模型（DSM）

　　像素工廠(chǎng)具有全自動(dòng)提取密集數(shù)字表面模型DSM的能力，與傳統(tǒng)攝影測(cè)量系統(tǒng)相比，像素工廠(chǎng)的優(yōu)勢(shì)之一就在于數(shù)字表面模型（DSM） 的計(jì)算。傳統(tǒng)的攝影測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算DSM 需要人工估計(jì)高程信息，而“像素工廠(chǎng)”則可以在25cm 到1m 的地面采樣距離（GSD） 之間自動(dòng)進(jìn)行DSM 計(jì)算， 無(wú)需人工干預(yù)。

　　在加載了影像數(shù)據(jù)之后，像素工廠(chǎng)會(huì)利用專(zhuān)有的算法生成大量立體像對(duì)，并將這些立體像對(duì)分配到可用的計(jì)算結(jié)點(diǎn)上進(jìn)行并行計(jì)算，這樣可以減少立體像對(duì)匹配過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間。根據(jù)對(duì)多視角數(shù)據(jù)的自動(dòng)多重相關(guān)，可輕松提取DSM，航向和旁向的立體像對(duì)之間通過(guò)多相關(guān)方法進(jìn)行匹配，這是一個(gè)逐點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程。自動(dòng)化算法可從原始影像每?jī)上袼靥崛「叱绦畔ⅲ詈笸ㄟ^(guò)融合得到數(shù)字表面模型。此外，像素工廠(chǎng)系統(tǒng)可以導(dǎo)入導(dǎo)出 LAS（LIDAR）格式數(shù)據(jù)，因此可對(duì)LIDAR DSM和多重相關(guān)生成的DSM進(jìn)行混合。

　　3.數(shù)字地形模型（DTM）

　　像素工廠(chǎng)通過(guò)對(duì)DSM采取濾波算法，可半自動(dòng)化的生成DTM，減少50%到95%的人工編輯。

　　TOP4 無(wú)人機(jī)高清影像實(shí)時(shí)壓縮處理傳輸平臺(tái)解決方案

　　無(wú)人機(jī)低空航拍攝影技術(shù)作為一項(xiàng)空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段，具有續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、影像實(shí)時(shí)傳輸、高危地區(qū)探測(cè)、成本低、高分辨率、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感與有人機(jī)航空遙感的有力補(bǔ)充，在國(guó)外已得到廣泛應(yīng)用。而隨著我國(guó)信息化建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，無(wú)人機(jī)的研究發(fā)展在總體設(shè)計(jì)、飛行控制、組合導(dǎo)航、中繼數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、圖像傳輸、信息對(duì)抗與反對(duì)抗、發(fā)射回收、生產(chǎn)制造和實(shí)際應(yīng)用等諸多技術(shù)領(lǐng)域都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用水平。這些致使無(wú)人機(jī)低空航拍攝影的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，2009年國(guó)家遙感、測(cè)繪系統(tǒng)大力推動(dòng)該技術(shù)發(fā)展，促使無(wú)人機(jī)低空航拍攝影項(xiàng)目逐漸成為測(cè)繪、規(guī)劃、應(yīng)急等國(guó)家單位積極推行的先進(jìn)項(xiàng)目和技術(shù)示范項(xiàng)目。

　　平臺(tái)介紹

　　機(jī)載圖像處理系統(tǒng)需要處理的視頻種類(lèi)多樣，如高清晰光學(xué)相機(jī)拍攝的運(yùn)動(dòng)視頻或者高分辨率圖片，機(jī)載SAR成像系統(tǒng)產(chǎn)生的SAR圖像。以上視頻或圖像都需要壓縮編碼，然后存儲(chǔ)或傳輸。本項(xiàng)目是以無(wú)人機(jī)為飛行平臺(tái)，利用高分辨CCD相機(jī)系統(tǒng)獲取遙感影像，利用空中和地面控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)影像的自動(dòng)拍攝和獲取，同時(shí)實(shí)現(xiàn)航跡的規(guī)劃和監(jiān)控、信息數(shù)據(jù)的壓縮和自動(dòng)傳輸、影像預(yù)處理等功能，可廣泛應(yīng)用于國(guó)家生態(tài)環(huán)境保護(hù)、礦產(chǎn)資源勘探、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地利用調(diào)查、水資源開(kāi)發(fā)、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)作業(yè)、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估、城市規(guī)劃與市政管理、森林病蟲(chóng)害防護(hù)與監(jiān)測(cè)、公共安全、國(guó)防事業(yè)、數(shù)字地球等領(lǐng)域。

　　項(xiàng)目主要用于遙感影像的獲取，同時(shí)可以根據(jù)需要搭配衛(wèi)星遙感和有人機(jī)遙感平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高低搭配，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。無(wú)人機(jī)低空航拍攝影廣泛應(yīng)用于國(guó)家基礎(chǔ)地圖測(cè)繪、數(shù)字城市建設(shè)、通信站點(diǎn)建設(shè)、國(guó)土資源調(diào)查、土地地籍管理、城市規(guī)劃、突發(fā)事件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)測(cè)與評(píng)估、城市交通、網(wǎng)線(xiàn)鋪設(shè)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、測(cè)繪、環(huán)境治理、生態(tài)保護(hù)、森林管理、礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　1、項(xiàng)目?jī)?nèi)容

　　機(jī)載視頻圖像種類(lèi)多樣，要求編碼器具備很高的處理能力和靈活性。基于CCD傳感器+DM6467的智能視頻處理套件說(shuō)明書(shū)，廣泛用于智能監(jiān)控、電子警察、視頻會(huì)議、生物儀器、機(jī)器視覺(jué)等領(lǐng)域。該平臺(tái)主要通過(guò)CCD傳感器采集圖像，通過(guò)DSP進(jìn)行信號(hào)處理，獲得智能信息，并進(jìn)行圖像壓縮和抓拍。從而為各種應(yīng)用提供報(bào)警信息和現(xiàn)場(chǎng)采樣。

　　CCD傳感器主要采用sony ICX274AL芯片。

　　TI 芯片TMS320DM6467，為T(mén)I 新一代高清視頻處理芯片，通過(guò)其多內(nèi)核設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)較前代數(shù)字媒體處理器高十倍的性能。DM6467 處理器集成了 ARM 與 DSP 內(nèi)核，并采用高清視頻/影像協(xié)處理器 （HD-VICP）、視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎以及目標(biāo)視頻端口接口。HD-VICP 通過(guò)面向 HD 1080i H.264 high profile 轉(zhuǎn)碼的專(zhuān)用加速器，實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 3 GHz 的DSP 處理能力，同時(shí)視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎還能管理包括垂直下調(diào)節(jié) （downscaling）、色度采樣 （chroma sampling） 以及菜單覆蓋 （menu overlay） 功能等在內(nèi)的視頻處理任務(wù)。DSP 內(nèi)核可用于管理多格式視頻轉(zhuǎn)碼，并為支持其它應(yīng)用性能預(yù)留了足夠空間。DM6467 可滿(mǎn)足媒體網(wǎng)關(guān)與 MCU 等需要轉(zhuǎn)碼技術(shù)的市場(chǎng)要求，但其強(qiáng)大的靈活性與高效性對(duì)要求同時(shí)進(jìn)行高清編碼與解碼的應(yīng)用來(lái)說(shuō)也非常具有吸引力，如視頻語(yǔ)音或視頻安全等對(duì)于多通道標(biāo)清編碼要求較高的市場(chǎng)。該器件的連接外設(shè)中還包括業(yè)界標(biāo)準(zhǔn) PCI 總線(xiàn)與千兆以太網(wǎng)。

　　TOP5 開(kāi)發(fā)以該芯片為基礎(chǔ)的硬件平臺(tái)

　　開(kāi)發(fā)以該芯片為基礎(chǔ)的硬件平臺(tái)是本項(xiàng)目的核心內(nèi)容，主要功能如下：

　　1）相機(jī)結(jié)構(gòu)為自定義尺寸，大小為100mm X 70mm X 56mm 2）系統(tǒng)采用DSP+FPGA為核心結(jié)構(gòu)，DSP為T(mén)MS320DM6467 主頻為729MHz，F(xiàn)PGA為Altera芯片 EP3C25F324。3）支持 一路高清CCD 200萬(wàn)象素的原始數(shù)據(jù)流輸入接口。4）支持一路千兆網(wǎng)絡(luò)傳輸，為RJ45電口。5）支持1路RS232通信，兼容RS485。6）支持自動(dòng)光圈，自動(dòng)電子快門(mén)功能，適應(yīng)不同監(jiān)控環(huán)境7）工作電壓：電壓/直流12V，功耗小于5W。8）環(huán)境條件： 工作溫度：-20℃～+60℃；存儲(chǔ)溫度：－45℃～＋65℃；相對(duì)濕度：《=95±3%，+35±3℃;9）振動(dòng)、沖擊要求為：振動(dòng)：2g（20Hz～500Hz～20Hz）（剛性）；沖擊：垂直軸向　≥15g；橫軸方向　≥10g;縱軸方向　≥10g

　　3、軟件支持

　　1）支持linux 操作系統(tǒng)2）支持H.264的視頻壓縮，Jpeg圖片壓縮。3）支持高清和 CIF 雙碼流輸出4）支持網(wǎng)絡(luò)的RTCP UDP數(shù)據(jù)發(fā)送.5）支持客戶(hù)端測(cè)試程序。6）根基您的需要可以植入其它算法。

　　4、應(yīng)用范圍：

　　可用于人臉識(shí)別、車(chē)牌識(shí)別、行為識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)、生產(chǎn)線(xiàn)檢測(cè)、生物儀器、醫(yī)療儀器等二次開(kāi)發(fā)和使用。

　　產(chǎn)品實(shí)例

　　無(wú)人機(jī)系統(tǒng)通過(guò)配置攝像機(jī)、高分辨率照相機(jī)、紅外夜視儀和圖像傳輸?shù)热蝿?wù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)空中巡視，并在巡視中實(shí)時(shí)傳回視頻圖像，存儲(chǔ)高清照片供返回地面處理，其中紅外夜視儀的配置滿(mǎn)足夜晚的巡視要求。

　　航拍原圖：

　　實(shí)際比例局部圖：

　　TOP6 基于PC104無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)的構(gòu)建

　　無(wú)人機(jī)具有體積小、重量輕、靈活機(jī)動(dòng)、成本低等特點(diǎn)，可以用于對(duì)地偵察拍照，還可以廣泛應(yīng)用于軍事偵察、地質(zhì)勘探以及對(duì)火災(zāi)等危險(xiǎn)區(qū)域的勘察預(yù)報(bào)等，因而在無(wú)人機(jī)上構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)就顯得十分重要。本文以基于 PC104的無(wú)人機(jī)為基礎(chǔ)，構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)，其中，無(wú)人機(jī)視頻數(shù)據(jù)的采集、壓縮、解壓縮、傳輸都是無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，本文將針對(duì)這幾部分的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

　　該系統(tǒng)的下位機(jī)主要由深圳桑達(dá)公司的PC104工控機(jī)、羅技快看太空版MP攝像頭（USB接口）、linksysWRT54GC-CN無(wú)線(xiàn)路由器及外圍電路組成，采用嵌入式 Linux 2.4.26操作系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的采集，壓縮及將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)是包含有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡的PC電腦，主要負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的接收、解壓和顯示，上下位機(jī)通過(guò)UDP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，采用socket網(wǎng)絡(luò)編程可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)及數(shù)據(jù)的收發(fā)。PC104工控機(jī)采用嵌人式專(zhuān)用CPU PⅢ533～933 MHz，板載DDR內(nèi)存高達(dá)128MB，提供2個(gè)RS 232串行接口，2個(gè)USB接口，1個(gè)并行口，軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器接口，IDE硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，10/100 Base-TX Ethernet接口，CRT/LCD顯示器接口和固態(tài)盤(pán)插座，支持DiskOnChip 8～288 MB。PC104工控機(jī)的操作和使用與PC機(jī)相同，安裝系統(tǒng)硬件后，即可開(kāi)機(jī)進(jìn)行BIOS設(shè)置，輸入電壓必須為+5 V，其波動(dòng)范圍不超過(guò)5%。

　　2 視頻數(shù)據(jù)采集的軟件實(shí)現(xiàn)

　　Video4Linux（V4L）是嵌入式Linux下視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，他為L(zhǎng)inux下的視頻設(shè)備提供了一系列的接口函數(shù)，在編譯和配置內(nèi)核階段，必須增加V4L模塊和USB攝像頭驅(qū)動(dòng)模塊的支持。對(duì)于USB接口攝像頭，其驅(qū)動(dòng)程序中需要提供基本的I/O操作函數(shù) open，read，write，close的實(shí)現(xiàn)，對(duì)中斷的處理實(shí)現(xiàn)，內(nèi)存映射功能以及對(duì)I/O通道的控制接口函數(shù)ioctl的實(shí)現(xiàn)等，并把他們定義在 struct file operations中。這樣當(dāng)應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備文件進(jìn)行諸如open等系統(tǒng)調(diào)用操作時(shí)，Linux內(nèi)核將通過(guò)fileoperations結(jié)構(gòu)訪(fǎng)問(wèn)驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù)。在系統(tǒng)平臺(tái)上對(duì)USB攝像頭進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，首先把USB控制器驅(qū)動(dòng)模塊靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核，使平臺(tái)中支持USB接口，再在需要使用攝像頭采集時(shí)，使用insmode動(dòng)態(tài)加載其驅(qū)動(dòng)模塊，這樣攝像頭就可正常工作了。

　　在USB攝像頭被驅(qū)動(dòng)后，再利用Video4Linux支持的幾個(gè)視頻采集相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，就可以實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的采集。圖1是嵌入式Linux下視頻數(shù)據(jù)采集的流程：

　　使用ioctl（devfd，VIDIOCSYNC，&vid_mmap）函數(shù)判斷一幀圖像是否截取完畢，成功返回表示截取完畢，之后就可把圖像數(shù)據(jù)保存成文件的形式。為了得到連續(xù)幀視頻圖像，可在單幀的基礎(chǔ)上，利用vid_buf.frames值確定采集完攝像頭幀緩沖區(qū)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)的次數(shù)。在循環(huán)語(yǔ)句中，也是使用VIDIOCMCAPTURE ioctl和VIDIOCSYNC ioct1函數(shù)完成每幀截取，但要給采集到的每幀圖像賦地址，利用語(yǔ)句buf=map+vid_buf.off-sets［frame］，然后保存成文件的形式。

　　3 視頻數(shù)據(jù)壓縮原理

　　無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的下位機(jī)要求實(shí)時(shí)傳輸視頻數(shù)據(jù)到上位機(jī)，由于視頻數(shù)據(jù)量較大且網(wǎng)絡(luò)帶寬非常寶貴，對(duì)視頻數(shù)據(jù)選用一種高壓縮比的文件格式顯得十分重要。 JPEG是聯(lián)合圖像專(zhuān)家組（Joint Picture Expert Group）的英文縮寫(xiě)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和CCITT聯(lián)合制定的靜態(tài)圖像的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。和相同圖像質(zhì)量的其他常用文件格式（如 GIF，TIFF，PCX）相比，JPEG是目前靜態(tài)圖像中壓縮比最高的，而圖像質(zhì)量卻差不多。正是由于JPEG的高壓縮比，使得他廣泛地應(yīng)用于多媒體和網(wǎng)絡(luò)編程中。

　　JPEG-專(zhuān)家組開(kāi)發(fā)了兩種基本的壓縮算法，一種是采用以離散余弦變換（Discrete Cosine Transform，DCT）為基礎(chǔ)的有損壓縮算法，另一種是采用以預(yù)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)的無(wú)損壓縮算法。使用有損壓縮算法時(shí)，在壓縮比為25：1的情況下，壓縮后還原得到的圖像與原始圖像相比較，非圖像專(zhuān)家難于找出他們之間的區(qū)別，因此得到了廣泛的應(yīng)用。JPEG壓縮是有損壓縮，他利用了人的視角系統(tǒng)的特性，使用量化和無(wú)損壓縮編碼相結(jié)合來(lái)去掉視角的冗余信息和數(shù)據(jù)本身的冗余信息。JPEG算法框圖如圖2所示。

　　壓縮編碼大致分成3個(gè)步驟：

　　（1） 通過(guò)DCT去除數(shù)據(jù)冗余。DCT是影像壓縮的重要步驟，他通過(guò)正交變換將圖像由空間域轉(zhuǎn)換為頻率域。對(duì)于N×N維的數(shù)據(jù)，經(jīng)變換以后仍然得到N×N的數(shù)據(jù)，雖然DCT變換本身并不對(duì)影像進(jìn)行壓縮，但變換消除了N×N維數(shù)據(jù)之間的冗余性。DCT變換是壓縮過(guò)程中量化和編碼的基礎(chǔ)。

　　（2） 使用量化表對(duì)DCT系數(shù)進(jìn)行量化。量化表是一個(gè)量化系數(shù)矩陣，通過(guò)量化可以降低整數(shù)的精度，減少整數(shù)存儲(chǔ)所需的位數(shù)。量化過(guò)程除掉了一些高頻分量，損失了高頻分量上的細(xì)節(jié)。由于人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)高空間頻率遠(yuǎn)沒(méi)有低頻敏感，經(jīng)過(guò)量化處理的圖像從視覺(jué)效果來(lái)看損失很小。由于低空間頻率中包含大量的影像信息，經(jīng)過(guò)量化處理后，在高空間頻率段，出現(xiàn)大量連續(xù)的零，這有利于以后通過(guò)編碼減小數(shù)據(jù)量。

　　（3） 對(duì)量化后的DCT系數(shù)進(jìn)行編碼使其熵達(dá)到最小。遙感圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)DCT和量化之后，在高頻率段會(huì)出現(xiàn)大量連續(xù)的零，采用Huffman可變字長(zhǎng)編碼，可使冗余量達(dá)到最小。

　　譯碼或者叫做解壓縮的過(guò)程與壓縮編碼過(guò)程正好相反。根據(jù)上述JPEG數(shù)據(jù)壓縮解壓原理，在C編譯器和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（Code Composer Studio，CCS）中開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了圖像壓縮解壓程序，便可應(yīng)用于無(wú)人機(jī)視頻數(shù)據(jù)的處理中。視頻數(shù)據(jù)壓縮處理程序的接口如下：

　　4 網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議及socket編程

　　根據(jù)OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)定義，網(wǎng)絡(luò)由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話(huà)層、表示層和應(yīng)用層7層組成。而在實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可采用鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層4層模型。

　　在TCP/IP協(xié)議組中，IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。TCP協(xié)議是一種面向連接的協(xié)議，他能夠提供可靠的、全雙工的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，具有確認(rèn)、數(shù)據(jù)流控制、多路復(fù)用和數(shù)據(jù)同步等功能，適合高質(zhì)量數(shù)據(jù)的傳輸，是目前應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議之一。但是，由于TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)大，以及其提供的確認(rèn)與超時(shí)重傳機(jī)制都給數(shù)據(jù)傳輸帶來(lái)很大的時(shí)延。因此TCP協(xié)議不適合傳輸實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)和突發(fā)性的大量數(shù)據(jù)。

　　UDP協(xié)議是無(wú)連接協(xié)議，報(bào)文交換機(jī)理簡(jiǎn)單，不存在多重確認(rèn)機(jī)制，從而減少了因建立連接和撤除連接所需要的巨大開(kāi)銷(xiāo)。每個(gè)分組都攜帶完整的目的地址，在各分組系統(tǒng)中獨(dú)立傳送，他不保證分組的先后順序，不進(jìn)行分組出錯(cuò)的恢復(fù)與重傳，因此無(wú)法保證傳輸?shù)目煽啃院头?wù)質(zhì)量。但是相對(duì)于TCP協(xié)議，UDP 協(xié)議減少了確認(rèn)、同步等操作，節(jié)省了很大的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。他能夠提供高傳輸效率的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性傳輸，在數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸中應(yīng)用廣泛。為了保證無(wú)人機(jī)視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，采用IP協(xié)議和UDP協(xié)議作為系統(tǒng)的通信協(xié)議。

　　系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)傳輸部分的軟件實(shí)現(xiàn)采用socket（套接口）編程技術(shù)，系統(tǒng)調(diào)用socket（）函數(shù)，返回一個(gè)整型的socket描述符，視頻數(shù)據(jù)傳輸便是通過(guò)該socket函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。常用的socket類(lèi)型對(duì)應(yīng)于傳輸協(xié)議也有兩種：流式socket和數(shù)據(jù)報(bào)式socket。前者使用TCP協(xié)議，后者使用UDP協(xié)議，本系統(tǒng)中采用的是數(shù)據(jù)報(bào)式socket。以下是下位機(jī)socket編程的主要實(shí)現(xiàn)：

　　由上位機(jī)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡負(fù)責(zé)接收下位機(jī)的視頻數(shù)據(jù)，并根據(jù)JPEG圖像的解壓原理對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮并顯示。圖3，圖4可以看到從下位機(jī)采集到視頻數(shù)據(jù)并通過(guò)處理之后發(fā)到上位機(jī)然后顯示出來(lái)的效果。

　　本文主要介紹了一種基于PC104無(wú)人機(jī)的視頻系統(tǒng)構(gòu)建方法和流程，以PC104工控機(jī)為主要硬件平臺(tái)，完成了對(duì)攝像頭視頻數(shù)據(jù)的采集、壓縮、傳輸?shù)冗^(guò)程的詳細(xì)介紹和軟件設(shè)計(jì)，采用網(wǎng)絡(luò)UDP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議和socket編程傳輸視頻數(shù)據(jù)，保證了一定程度上的實(shí)時(shí)性，可以滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)地質(zhì)勘探、火災(zāi)偵察等領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　TOP7淺談無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)解決方案

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及軍事戰(zhàn)略思想的轉(zhuǎn)變，無(wú)人機(jī)在軍事、民用等領(lǐng)域獲的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，比如航空測(cè)量、航空攝影、偵察、森林防火等。為解決困擾我國(guó)無(wú)人機(jī)發(fā)展的高精度和小型化的難題，我公司經(jīng)過(guò)幾年的研究終于攻克了難關(guān)，開(kāi)發(fā)出一套具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)。高精度要求無(wú)人機(jī)的制導(dǎo)控制精度高，能夠適應(yīng)復(fù)雜的外界環(huán)境。小型化則對(duì)控制系統(tǒng)的重量和體積提出了更高的要求，要求控制部件的體積越小越好。

　　控制系統(tǒng)由四部分組成

　　嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、GPS 接收模塊、IMU、接口

　　軟件界面

　　方案特點(diǎn)

　　姿態(tài)和速度控制，正常情況下使用姿態(tài)穩(wěn)定和速度控制，在出現(xiàn)較大的干擾情況下使用速度穩(wěn)定和姿態(tài)控制，大大增加了飛行安全；實(shí)現(xiàn)了遙控手柄、航路點(diǎn)和地形匹配引導(dǎo)功能。可以由外環(huán)生成內(nèi)環(huán)控制指令；通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼（EKF）濾波實(shí)現(xiàn)GPS/INS 捷聯(lián)組合導(dǎo)航；對(duì)飛行負(fù)載、重心等變化的自適應(yīng)性，大大提高了飛行精度和飛行安全； 3M 數(shù)據(jù)記錄空間； 導(dǎo)航算法對(duì)震動(dòng)和其他干擾適應(yīng)能力強(qiáng)。即使在惡劣的震動(dòng)情況下也能得到滿(mǎn)意的導(dǎo)航數(shù)據(jù)；使用VxWorks 或uCOS 操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)強(qiáng)，可靠性高，方便裁減，方便在不同硬件平臺(tái)上移植。對(duì)硬件的依賴(lài)性低。

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