CN110913173B - 一种无人机图像传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机图像传输系统，包括机载子系统和地面子系统：所述机载子系统包括：机载图像存储模块，机载图像缓存模块，指令模块，发送预处理模块，校正设置模块，机载发送接收模块；所述地面子系统包括：地面发送接收模块，地面图像缓存模块，决策模块，图像处理模块，地面图像存储模块。本发明的无人机图像传输系统，由于采用联合处理以及以误码率为标准的决策机制，决策机制对地面站接收到的多次图像进行联合处理，只接收误码率达到预定阈值的图像，因此数据传输的可靠性高。传输数据量少，不需要大带宽，可行性高。

Description

一种无人机图像传输系统

技术领域

本发明涉及一种无人机图像传输系统，具体涉及一种无人机将获取的地表图像传输到地面站的装置，属于图像传输技术领域。

背景技术

随着无线视频传输技术的提高，无人机航拍已经不是在进行高空将视频、图片拍摄完成返回查看了，已经可以实现实时无线图传。从而，无人机航拍被广泛应用于城市规划、生态研究、影视航拍、重大赛事，活动直播、婚纱摄影等。从无人返航后查看拍摄结果到实时传输，主要是无人机无线图像传输系统提升的结果。

现有的无人机图像传输相关的技术方案如《CN105120230无人机图像监控和传输系统》，有不少技术限制，主要包括：

(1)方案对所有的图像进行接收，不对图像的质量进行检查，因此接收到的图像质量难以保证，传输可靠性低。

(2)方案对整个图像数据进行传输，因此传输数据量较大，占用带宽较多，而无人机传输信道的带宽较窄，因此现有的方案实用性低。

因此，如何实现高可靠，低数据量的传输是亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种高可靠、低数据量的无人机图像传输系统，来将无人机获得的图像实时传输至地面站。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种无人机图像传输系统，其特征在于，包括机载子系统和地面子系统：

所述机载子系统包括：

机载图像存储模块，用于存储无人机拍摄获得的所有图像；

机载图像缓存模块，用于临时存储从机载图像存储模块提取的无人机需要发送的图像；

指令模块，用于根据接收到的地面子系统的决策模块发送的决策值来确定需要发送的图像，如果接收到的决策值为1，则指令模块在所述机载图像存储模块中提取新的图像，传给发送预处理模块，同时机载图像缓存模块清零，否则，指令模块在所述机载图像缓存模块中提取旧图像，传给发送预处理模块进行处理；

发送预处理模块，用于对指令模块在机载图像缓存模块中提取的无人机需要发送的图像进行卷积编码处理、低密度采样处理和排序处理，用于增加待发送图像在传输中的健壮性、减少发送数据的容量以及优化发送通道资源利用率；

校正设置模块，用于对发送预处理模块处理后的图像数据进行校正信息的设置，并将校正数据和图像数据一同发送至机载发送接收模块；所述校正设置模块，采用8抽头移位滤波器，将发送预处理模块处理后的图像数据按照队列的方式输入到所述移位滤波器，输出值即为校验设置数据；

机载发送接收模块，用于将接收到的数据发送至地面子系统或者从地面接收指令；

所述地面子系统包括：

地面发送接收模块，用于地面站接收从无人机发送的图像数据并将图像数据存储在地面图像缓存模块中，或者发送指令到无人机；

地面图像缓存模块，用于临时存储从无人机接收到的图像；

决策模块，用于对地面图像缓存模块接收到的图像数据按照解码获得的误码率进行质量判断，如果质量符合条件，便将地面图像缓存模块中的图像数据传输到图像处理模块进行处理；否则，决策模块让地面发送接收模块发送指令给无人机，要求重新发送图像数据；

图像处理模块，用于对地面图像缓存模块接收到的图像数据进行图像迭代重构处理，获得高质量图像；

地面图像存储模块，用于存储经图像处理模块处理后获得的高质量图像；

所述决策模块包括决策控制单元、决策存储单元、第一决策计算单元和第二决策计算单元；决策存储单元大小为3个bit位；第一决策计算单元将地面图像缓存模块中的图像数据输入至所述移位滤波器，将输出值作为决策的标准；如果输出值为0，则决策控制单元将1写入决策存储单元第一个比特位；如果输出值为1，则决策控制单元将0写入决策存储单元第一个比特位；第二决策计算单元将从地面图像缓存模块中的图像数据进行卷积解码，如果误码概率超过1/10，则决策控制单元将0写入决策存储单元第二个比特位；如果误码概率不超过1/10，则决策控制单元将1写入决策存储单元第二个比特位；决策模块进行总决策，具体为：如果决策存储单元第一个比特位和第二个比特位同时为0，则决策控制单元将0写入决策存储单元第三个比特位；其余情况，决策控制单元将1写入决策存储单元第三个比特位；进一步的，如果决策存储单元第三个比特位为0，则决策模块将决策值发送1给无人机的指令模块，同时将地面缓存模块中的图像数据输送至图像处理模块，然后将地面图像缓存模块清空；决策模块将决策值发送1给无人机的指令模块。

进一步的，机载发送接收模块包括发送模块，接收模块和天线模块，具体：

发送模块包括顺序连接的数模转换器、功率放大器；数模转化器用于将无人机上需要发送的数字图像数据转换成模拟信号，以便发送出去；功率放大器用于将转换后的模拟信号的功率进行放大；

接收模块包括顺序连接的低噪声放大器、滤波器、下变频器以及模数转换器；低噪声放大器用于将从地面站发送的信号功率进行放大；滤波器用于将功率放大后的信号进行滤波，只保留载波附近的信号，滤除带外的噪声；下变频器用于将滤波后的载波信号变换到基带信号；模数转换器用于将基带信号由模拟信号变换成数字信号，以便后续模块的处理；

天线模块为全向天线。

进一步的，机载图像存储模块为1T的硬盘。

进一步的，机载图像缓存模块为1G的RAM存储器。

进一步的，所述发送预处理模块包括：卷积编码模块，低密度采样模块和排序模块：

卷积编码模块，用于将无人机需要发送的图像以列为单元进行卷积编码处理；

低密度采样模块，用于将所述卷积编码模块输出的信号进行低密度采样，采样矩阵为哈达玛矩阵；

排序模块，用于对低密度采样模块输出的信号添加序列号。

进一步的，地面发送接收模块包括地面发送模块，地面接收模块和地面天线模块：

地面发送模块包括顺序连接的数模转换器、功率放大器；数模转化器用于将地面站需要发送的数字图像数据转换成模拟信号，以便发送出去；功率放大器用于将转换后的模拟信号的功率进行放大；

地面接收模块包括顺序连接的低噪声放大器、滤波器，下变频器以及模数转换器；低噪声放大器用于将从无人机发送的信号功率进行放大；滤波器用于将功率放大后的信号进行滤波，只保留载波附近的信号，滤除带外的噪声；下变频器用于将滤波后的载波信号变换到基带信号；模数转换器用于将基带信号由模拟信号变换成数字信号，以便后续各模块的处理；

地面天线模块为全向天线。

进一步的，地面图像缓存模块采用1G的RAM存储器；地面图像缓存模块接收地面接收模块输出的图像数据；如果接收时已有图像数据，则旧图像信号和新图像信号按比特位对应相加。

进一步的，图像处理模块将从地面图像缓存模块接收到的图像数据进行处理，具体为：产生第一空矩阵，该矩阵的大小和收到的图像数据大小相同；定义第二空矩阵，均值大小为零；将第一空矩阵，第二空矩阵，所述图像数据输入迭代初处理子模块，获得初处理图像。将所述初处理图像按列进行傅里叶逆变换，获得最终图像。

进一步的，所述迭代初始子模块对输入的图像数据进行迭代初处理，具体为：定义一个误差矩阵，误差矩阵的初始值为所述图像数据；将所述图像数据的每一列和所述误差矩阵进行内积运算，进而获得所有内积运算结果最大值所在的最大值位置，将所述图像数据中对应所述最大值位置的列填充至第二空矩阵，形成最大值矩阵；将最大值矩阵和所述图像数据进行拟合，获得拟合值矩阵，并计算出拟合值矩阵和最大值矩阵获得差值矩阵，将所述误差矩阵更新为所述差值矩阵；按照上述操作迭代，直至误差矩阵的均值小于0.01，拟合值矩阵则为所述初处理图像。

进一步的，地面图像存储模块包含若干块硬盘，对经图像处理模块处理后的图像进行存储。

本发明的有益效果是：本发明的无人机图像传输系统能够解决当前主流系统存在的技术限制，具体体现在：

1)本发明的无人机图像传输系统，由于采用联合处理以及以误码率为标准的决策机制，决策机制对地面站接收到的多次图像进行联合处理，只接收误码率达到预定阈值的图像，因此数据传输的可靠性高；

2)本发明的无人机图像传输系统，由于采用了低密度采样和迭代图像重构技术，在发射端对图像进行低密度采样，在接收端采用迭代图像处理，回复原始图像。该技术方案不需要传输原始图像，只需要传输原始图像经低密度采样后的数据，传输数据量少，不需要大带宽，可行性高。

附图说明

图1是本发明提供的无人机图像传输系统示意图。

图2是本发明提供的无人机图像传输系统的机载子系统示意图。

图3是本发明提供的无人机图像传输系统的地面子系统示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

图1为本发明实施例提供的无人机图像传输系统示意图，本系统的所述机载子系统部署在无人机上，所述地面子系统部署在地面上，机载子系统和地面子系统进行双工方式传输。

如图2所示，所述机载子系统包括：机载图像存储模块，机载图像缓存模块，指令模块，发送预处理模块，校正设置模块和机载发送接收模块。其中：

机载图像存储模块，用于存储无人机拍摄获得的所有图像。作为优选，机载图像存储模块为1T的硬盘。

机载图像缓存模块，用于临时存储从机载图像存储模块提取的无人机需要发送的图像。作为优选，机载图像缓存模块为1G的RAM存储器。

指令模块，用于根据接收到的地面子系统的决策模块发送的决策值来确定需要发送的图像。如果接收到的决策值为1，则指令模块在所述机载图像存储模块中提取新的图像，传给发送预处理模块，同时机载图像缓存模块清零，否则，指令模块在所述机载图像缓存模块中提取旧图像，传给发送预处理模块进行处理。

发送预处理模块，用于对指令模块在机载图像缓存模块中提取的无人机需要发送的图像进行卷积编码处理、低密度采样处理和排序处理，用于增加待发送图像在传输中的健壮性、减少发送数据的容量以及优化发送通道资源利用率。

作为优选，所述发送预处理模块包括：卷积编码模块，低密度采样模块和排序模块：卷积编码模块，用于将无人机需要发送的图像以列为单元进行卷积编码处理；低密度采样模块，用于将所述卷积编码模块输出的信号进行低密度采样，采样矩阵为哈达玛矩阵；排序模块，用于对低密度采样模块输出的信号添加序列号。

校正设置模块，用于对发送预处理模块处理后的图像数据进行校正信息的设置，并将校正数据和图像数据一同发送至机载发送接收模块。

作为优选，校正设置模块，采用8抽头移位滤波器，将发送预处理模块处理后的图像数据按照队列的方式输入到所述移位滤波器，输出值即为校验设置数据。

机载发送接收模块，用于将接收到的数据发送至地面子系统或者从地面接收指令。

作为优选，机载发送接收模块包括发送模块，接收模块和天线模块，具体为：发送模块包括顺序连接的数模转换器、功率放大器；数模转化器用于将无人机上需要发送的数字图像数据转换成模拟信号，以便发送出去；功率放大器用于将转换后的模拟信号的功率进行放大。接收模块包括顺序连接的低噪声放大器、滤波器、下变频器以及模数转换器；低噪声放大器用于将从地面站发送的信号功率进行放大；滤波器用于将功率放大后的信号进行滤波，只保留载波附近的信号，滤除带外的噪声；下变频器用于将滤波后的载波信号变换到基带信号；模数转换器用于将基带信号由模拟信号变换成数字信号，以便后续模块的处理。天线模块为全向天线。

如图3所示，所述地面子系统包括：地面发送接收模块，地面图像缓存模块，决策模块，图像处理模块和地面图像存储模块。

地面发送接收模块，用于地面站接收从无人机发送的图像数据并将图像数据存储在地面图像缓存模块中，或者发送指令到无人机。

作为优选，地面发送接收模块包括地面发送模块，地面接收模块和地面天线模块。其中：地面发送模块包括顺序连接的数模转换器、功率放大器；数模转化器用于将地面站需要发送的数字图像数据转换成模拟信号，以便发送出去；功率放大器用于将转换后的模拟信号的功率进行放大。地面接收模块包括顺序连接的低噪声放大器、滤波器，下变频器以及模数转换器；低噪声放大器用于将从无人机发送的信号功率进行放大；滤波器用于将功率放大后的信号进行滤波，只保留载波附近的信号，滤除带外的噪声；下变频器用于将滤波后的载波信号变换到基带信号；模数转换器用于将基带信号由模拟信号变换成数字信号，以便后续各模块的处理。地面天线模块为全向天线。

地面图像缓存模块，用于临时存储从无人机接收到的图像。

作为优选，地面图像缓存模块采用1G的RAM存储器；地面图像缓存模块接收地面接收模块输出的图像数据；如果接收时已有图像数据，则旧图像信号和新图像信号按比特位对应相加。

决策模块，用于对地面图像缓存模块接收到的图像数据按照解码获得的误码率进行质量判断，如果质量符合条件，便将地面图像缓存模块中的图像数据传输到图像处理模块进行处理；否则，决策模块让地面发送接收模块发送指令给无人机，要求重新发送图像数据。

作为优选，所述决策模块包括决策控制单元、决策存储单元、第一决策计算单元和第二决策计算单元；决策存储单元大小为3个bit位；第一决策计算单元将地面图像缓存模块中的图像数据输入至所述移位滤波器，将输出值作为决策的标准；如果输出值为0，则决策控制单元将1写入决策存储单元第一个比特位；如果输出值为1，则决策控制单元将0写入决策存储单元第一个比特位；第二决策计算单元将从地面图像缓存模块中的图像数据进行卷积解码，如果误码概率超过1/10，则决策控制单元将0写入决策存储单元第二个比特位；如果误码概率不超过1/10，则决策控制单元将1写入决策存储单元第二个比特位；决策模块进行总决策，具体为：如果决策存储单元第一个比特位和第二个比特位同时为0，则决策控制单元将0写入决策存储单元第三个比特位；其余情况，决策控制单元将1写入决策存储单元第三个比特位；进一步的，如果决策存储单元第三个比特位为0，则决策模块将决策值发送1给无人机的指令模块，同时将地面缓存模块中的图像数据输送至图像处理模块，然后将地面图像缓存模块清空；决策模块将决策值发送1给无人机的指令模块。

图像处理模块，用于对地面图像缓存模块接收到的图像数据进行图像迭代重构处理，获得高质量图像。

作为优选，图像处理模块将从地面图像缓存模块接收到的图像数据进行处理，具体为：产生第一空矩阵，该矩阵的大小和收到的图像数据大小相同；定义第二空矩阵，均值大小为零；将第一空矩阵，第二空矩阵，所述图像数据输入迭代初处理子模块，获得初处理图像。将所述初处理图像按列进行傅里叶逆变换，获得最终图像。

作为优选，所述迭代初始子模块对输入的图像数据进行迭代初处理，具体为：定义一个误差矩阵，误差矩阵的初始值为所述图像数据；将所述图像数据的每一列和所述误差矩阵进行内积运算，进而获得所有内积运算结果最大值所在的最大值位置，将所述图像数据中对应所述最大值位置的列填充至第二空矩阵，形成最大值矩阵；将最大值矩阵和所述图像数据进行拟合，获得拟合值矩阵，并计算出拟合值矩阵和最大值矩阵获得差值矩阵，将所述误差矩阵更新为所述差值矩阵；按照上述操作迭代，直至误差矩阵的均值小于0.01，拟合值矩阵则为所述初处理图像。

地面图像存储模块，用于存储经图像处理模块处理后获得的高质量图像。作为优选，地面图像存储模块包含若干块硬盘，对经图像处理模块处理后的图像进行存储。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种无人机图像传输系统，其特征在于，包括机载子系统和地面子系统：

所述机载子系统包括：

机载图像存储模块，用于存储无人机拍摄获得的所有图像；

机载图像缓存模块，用于临时存储从机载图像存储模块提取的无人机需要发送的图像；

指令模块，用于根据接收到的地面子系统的决策模块发送的决策值来确定需要发送的图像，如果接收到的决策值为1，则指令模块在所述机载图像存储模块中提取新的图像，传给发送预处理模块，同时机载图像缓存模块清零，否则，指令模块在所述机载图像缓存模块中提取旧图像，传给发送预处理模块进行处理；

发送预处理模块，用于对指令模块在机载图像缓存模块中提取的无人机需要发送的图像进行卷积编码处理、低密度采样处理和排序处理，用于增加待发送图像在传输中的健壮性、减少发送数据的容量以及优化发送通道资源利用率；

校正设置模块，用于对发送预处理模块处理后的图像数据进行校正信息的设置，并将校正数据和图像数据一同发送至机载发送接收模块；所述校正设置模块，采用8抽头移位滤波器，将发送预处理模块处理后的图像数据按照队列的方式输入到所述移位滤波器，输出值即为校验设置数据；

机载发送接收模块，用于将接收到的数据发送至地面子系统或者从地面接收指令；

所述地面子系统包括：

地面发送接收模块，用于地面站接收从无人机发送的图像数据并将图像数据存储在地面图像缓存模块中，或者发送指令到无人机；

地面图像缓存模块，用于临时存储从无人机接收到的图像；

决策模块，用于对地面图像缓存模块接收到的图像数据按照解码获得的误码率进行质量判断，如果质量符合条件，便将地面图像缓存模块中的图像数据传输到图像处理模块进行处理；否则，决策模块让地面发送接收模块发送指令给无人机，要求重新发送图像数据；

图像处理模块，用于对地面图像缓存模块接收到的图像数据进行图像迭代重构处理，获得高质量图像；

地面图像存储模块，用于存储经图像处理模块处理后获得的高质量图像；

所述决策模块包括决策控制单元、决策存储单元、第一决策计算单元和第二决策计算单元；决策存储单元大小为3个bit位；第一决策计算单元将地面图像缓存模块中的图像数据输入至所述移位滤波器，将输出值作为决策的标准；如果输出值为0，则决策控制单元将1写入决策存储单元第一个比特位；如果输出值为1，则决策控制单元将0写入决策存储单元第一个比特位；第二决策计算单元将从地面图像缓存模块中的图像数据进行卷积解码，如果误码概率超过1/10，则决策控制单元将0写入决策存储单元第二个比特位；如果误码概率不超过1/10，则决策控制单元将1写入决策存储单元第二个比特位；决策模块进行总决策，具体为：如果决策存储单元第一个比特位和第二个比特位同时为0，则决策控制单元将0写入决策存储单元第三个比特位；其余情况，决策控制单元将1写入决策存储单元第三个比特位；进一步的，如果决策存储单元第三个比特位为0，则决策模块将决策值发送1给无人机的指令模块，同时将地面缓存模块中的图像数据输送至图像处理模块，然后将地面图像缓存模块清空；决策模块将决策值发送1给无人机的指令模块。

2.根据权利要求1所述的无人机图像传输系统，其特征在于：所述发送预处理模块包括：卷积编码模块，低密度采样模块和排序模块，具体为：

卷积编码模块，用于将无人机需要发送的图像以列为单元进行卷积编码处理；

低密度采样模块，用于将所述卷积编码模块输出的信号进行低密度采样，采样矩阵为哈达玛矩阵；

排序模块，用于对低密度采样模块输出的信号添加序列号。

3.根据权利要求1所述的无人机图像传输系统，其特征在于：所述机载发送接收模块包括发送模块，接收模块和天线模块，具体为：

发送模块包括顺序连接的数模转换器、功率放大器；数模转化器用于将无人机上需要发送的数字图像数据转换成模拟信号，以便发送出去；功率放大器用于将转换后的模拟信号的功率进行放大；

接收模块包括顺序连接的低噪声放大器、滤波器、下变频器以及模数转换器；低噪声放大器用于将从地面站发送的信号功率进行放大；滤波器用于将功率放大后的信号进行滤波；下变频器用于将滤波后的载波信号变换到基带信号；模数转换器用于将基带信号由模拟信号变换成数字信号；

天线模块为全向天线。

4.根据权利要求1所述的无人机图像传输系统，其特征在于：所述地面发送接收模块包括地面发送模块，地面接收模块和地面天线模块，具体为：

地面发送模块包括顺序连接的数模转换器、功率放大器；数模转化器用于将地面站需要发送的数字图像数据转换成模拟信号；功率放大器用于将转换后的模拟信号的功率进行放大；

地面接收模块包括顺序连接的低噪声放大器、滤波器、下变频器以及模数转换器；低噪声放大器用于将从无人机发送的信号功率进行放大；滤波器用于将功率放大后的信号进行滤波；下变频器用于将滤波后的载波信号变换到基带信号；模数转换器用于将基带信号由模拟信号变换成数字信号；

地面天线模块为全向天线。

5.根据权利要求1所述的无人机图像传输系统，其特征在于：所述地面图像缓存模块采用1G的RAM存储器；地面图像缓存模块接收地面接收模块输出的图像数据；如果接收时已有图像数据，则旧图像信号和新图像信号按比特位对应相加。

6.根据权利要求1所述的无人机图像传输系统，其特征在于：所述图像处理模块将从地面图像缓存模块接收到的图像数据进行处理，具体为：产生第一空矩阵，该矩阵的大小和收到的图像数据大小相同；定义第二空矩阵，均值大小为零；将第一空矩阵，第二空矩阵，所述图像数据输入迭代初处理子模块，获得初处理图像，将所述初处理图像按列进行傅里叶逆变换，获得最终图像。

7.根据权利要求6所述的无人机图像传输系统，其特征在于：所述迭代初处理子模块对输入的图像数据进行迭代初处理，具体为：

定义一个误差矩阵，误差矩阵的初始值为所述图像数据；将所述图像数据的每一列和所述误差矩阵进行内积运算，进而获得所有内积运算结果最大值所在的最大值位置，将所述图像数据中对应所述最大值位置的列填充至第二空矩阵，形成最大值矩阵；将最大值矩阵和所述图像数据进行拟合，获得拟合值矩阵，并计算出拟合值矩阵和最大值矩阵获得差值矩阵，将所述误差矩阵更新为所述差值矩阵；按照上述操作迭代，直至误差矩阵的均值小于0.01，拟合值矩阵则为所述初处理图像。

8.根据权利要求1所述的无人机图像传输系统，其特征在于：地面图像存储模块包含若干块硬盘，对经图像处理模块处理后的图像进行存储；机载图像存储模块为1T的硬盘；机载图像缓存模块为1G的RAM存储器。

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