一、 四旋翼飞行器的概述

无人驾驶航空器 (Unmanned Aerial Vehicle，UAV)，一般简称为无人机，是一种具有遥控、自动、半自主、全自主飞行能力的飞行器。无人机构造简单、成本不高、机动性能好、环境适应能力强，并且可以携带各式各样的设备完成相应的任务。无人机种类繁多，根据飞行机理的不同，可以分为三种类型：固定翼机型无人机、扑翼机型无人机和旋翼机型无人机。旋翼机型无人机又可以简单地根据旋翼数量分为单旋翼和多旋翼两大类。旋翼无人机体积小、重量轻，飞行速度低，可以垂直起降、横飞、倒飞和盘旋，还能够通过缓慢的动作实现精确的姿态，机动性好、隐蔽性强，非常适合在狭小的范围内飞行。经过这些年的发展，无人机飞控技术已经相对成熟，并且多种无人机产品中有所应用，其中比较著名的有执行搜寻侦察、信号中断继续、战场局势监控和目标照射等任务。在民用方面可以实现场区监美国的全球鹰、捕食者、火力侦察兵等。到目前为止，已经有 55 个国家配备无人机，因此，无人机在军事领域和民用领域都具有很好的发展前景。如：在军事方面，无人机经常用来控、电力线路巡查、气象探测、公路巡视、勘探测绘、电影特技、航空摄影、交通管理、森林消防等功能。

二、四旋翼飞行器视觉算法的意义

四旋翼飞行器的飞行视觉控制技术是现在无人机研究的重点之一，无人机的视觉已经有许多相关研究，首先最重要的一点是视觉算法处理的实时性。在线飞行计算能力对无人机视觉巡迹有直接影响, 与可以停下来等待计算结果的地面机器人不同的是，无人机一直处于不断运动中，甚至为了达到稳定状态一直徘徊飞行。由于其显著的机动性和复杂的动力学，无人机需要更高的图像处理计算速率。将视觉检测设备安装于自主控制飞行的旋翼飞行器上，结合通信设备向地面控制站传送相关信息，就可以代替有人驾驶飞行器完成各种任务，包括军事侦察、抗灾救险、管线巡检、地理绘测和影视拍摄等方面，具有非常巨大的经济意义和应用前景。

三、四旋翼飞行器视觉算法的研究现状

人类感知外部世界主要通过视觉、触觉、听觉和嗅觉等感觉器官，其中80％的信息是由视觉获取的，这既说明图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大。

现在的视觉主要应同领域在地面、空中和水下三方面。地面视觉主要发展在地面车辆、固定的交通摄像，如：小车的视觉循迹，无人驾驶汽车等；空中视觉主要是无人机搭载摄像头进行拍摄或特定的任务；水下的视觉导航受水质的浑浊度影响，发展受到比较大的限制。

主要的开发软件有基于Visual Studio下的开源opencv、LabVIEW Matlab、C#可用Emgu库、Delphi等。视觉的处理方法有很多种，如：直方图均衡化、Hough变换、Canny边缘检测、拉普拉斯算子、CamShift算法等。

国外对四旋翼飞行器的自主飞行的研究主要有两个方向：基于惯性导航系统的自主飞行；基于视觉图像的飞行控制。第一个方向的代表是瑞士洛桑联邦科技学院的OS4、第二个方向的代表是宾夕法尼亚大学的 HMX4。与国外无人机技术的研究现状相比，国内对无人机视觉控制的研究起步较晚，主要是各高校和科研机构以及商业公司等参与研究。下表是国内高校从事的视觉无人机研究。