·1518 工程科学学报，第41卷，第12期 不够灵活、质量依然过重的缺点也暴露出来.同 三维重建等.在扑翼飞行器的载重无较大提升的 时，针对扑翼飞行器剧烈的图像抖动，目前暂无消 情况下，如何研究和设计更优秀的视觉感知算法、 抖算法能够很好的处理.要完成预定的视觉任务， 质量更小且性能更强的硬件系统是未来的研究 保证扑翼飞行器的视觉感知系统能够稳定的获取 方向 图像是关键2如何通过质量更轻、转动更加灵活 的云台和消抖效果更好的软件算法结合起来输出 参考文 献 清晰稳定的图像，是扑翼飞行器视觉感知系统下 [1]Lee N,Lee S,Cho H,et al.Effect of flexibility on flapping wing 一步要解决的问题 characteristics in hover and forward flight.Comput Fluids,2018, (2)现阶段大部分扑翼飞行器的视觉感知系 173:111 统都是采用机载摄像头与地面站配合的方式来完 [2]Zhang C.Rossi C.A review of compliant transmission mechanisms for bio-inspired flapping-wing micro air vehicles. 成预定的任务.借用地面计算机端进行图像处理 Bioinspir Biomim,2017,12(2):025005 固然是一个好办法，但是这也限制了扑翼飞行器 [3] De Croon G,Percin M,Remes B D W,et al.The DelFly:Design 不能进行远距离飞行.一旦离开视频接收的范围， Aerodynamics and Artificial Intelligence of a Flapping Wing 整个系统便会失去用武之地，这使其实用性大大 Robot.Netherlands:Springer,2016 降低.面对扑翼飞行器本身载重不足的问题，如何 [4 Tijmons S.Stereo Vision for Flapping Wing MAVs:Design of an 通过质量更轻性能更强的处理器和提高算法的运 Obstacle Avoidance System [Dissertation].Delft:Delft University 行效率使视觉感知系统能够做到机载实时处理， of Technology,2012 仍是一个巨大的挑战 [5] Ryu S,Kwon U,Kim H J.Autonomous flight and vision-based target tracking for a flapping-wing MAV 2016 IEEE/RSJ (3)现有的扑翼飞行器视觉感知系统功能较 International Conference on Intelligent Robots Systems 为单一，只能实现一些简单的任务，如航拍等.虽 Daejeon,2016:5645 然已经出现了如Delfly IⅡ这样的双目视觉感知系 [6] Yang W Q,Wang L G,Song B F.Dove:a biomimetic flapping- 统，但功能也仅限于简单的避障.使扑翼飞行器的 wing micro air vehicle.Int J Micro Air Veh,2018,10(1):70 视觉感知系统能够像鸟类的双眼一样，能够完成 [7] Festo AG Co.KG.BionicFlyingFox:ultra-lightweight flying 多种视觉任务，进行智能的检测、识别、跟踪以及 object with intelligent kinematics[EB/OL].Festo (2018-03)[2019- 进行三维重建来智能地规划飞行路径)，是研究 03-08].https://www.festo.com/group/en/cms/13130.htm [8]MeCurdy L Y,Maniscalco B.Metcalfe J,et al.Anatomical 者们努力的方向 coupling between distinct metacognitive systems for memory and (4)旋翼飞行器如四旋翼飞行器很容易实现 visual perception./Neurosci,2013,33(5):1897 悬停.然而由于飞行机制的不同，悬停是扑翼飞行 [9]Julian R C.Rose C J.Hu H.et al.Cooperative control and 器面临的一项重大挑战，这大大提高了扑翼飞 modeling for narrow passage traversal with an ornithopter MAV 行器集群控制的危险程度.在进行基于多视觉感 and lightweight ground station /Proceedings of the 2013 知系统的集群控制时，如何获取各子感知系统之 International Conference on Autonomous Agents and Multi-agent 间的相对位置、相对姿态等信息，从而提前预知 Systems.St.Paul,2013:103 危险以及计算不同扑翼飞行器的预定飞行路径，将 [10]Bourque A E,Bedwani S,Carrier J F,et al.Particle filter-based target tracking algorithm for magnetic resonance-guided 是未来扑翼飞行器视觉感知系统研究的发展方向 respiratory compensation:robustness and accuracy assessment.Int 4结束语 J Radiat Oncol Biol Phys,2018,100(2):325 [11]Rosen M H,le Pivain G,Sahai R,et al.Development of a 3.2 g 本文主要讨论了基于扑翼飞行器的视觉感知 untethered flapping-wing platform for flight energetics and control 系统的研究进展以及一些亟待解决的问题.对于 experiments I IEEE International Conference on Robotics and 传统的以旋翼及固定翼飞行器为平台的视觉感知 Automation.Stockholm,2016:3227 系统，不管是从算法还是硬件来说都已经相对成 [12]Dorociak R D.Cuddeford TJ.Determining 3-D system accuracy 熟.但是面对扑翼飞行器载荷量较低等诸多限制 for the Vicon 370 system.Gait Posture,1995,3(2):88 [13]Toure B,Schanen J L,Gerbaud L,et al.EMC modeling of drives 条件，现有的视觉感知系统在扑翼飞行器上的实 for aircraft applications:modeling process,EMI filter 际应用中仍然未达到理想的效果.目前以扑翼飞 optimization,and technological choice.IEEE Trans Power 行器为平台的视觉感知系统还仅限于完成航拍等 Electron,2013,28(3:1145 简单的任务，不能胜任一些复杂任务如目标跟踪、 [14]Tran X T,Oh H,Kim I R,et al.Attitude stabilization of flapping不够灵活、质量依然过重的缺点也暴露出来. 同 时，针对扑翼飞行器剧烈的图像抖动，目前暂无消 抖算法能够很好的处理. 要完成预定的视觉任务， 保证扑翼飞行器的视觉感知系统能够稳定的获取 图像是关键[42] . 如何通过质量更轻、转动更加灵活 的云台和消抖效果更好的软件算法结合起来输出 清晰稳定的图像，是扑翼飞行器视觉感知系统下 一步要解决的问题. （2）现阶段大部分扑翼飞行器的视觉感知系 统都是采用机载摄像头与地面站配合的方式来完 成预定的任务. 借用地面计算机端进行图像处理 固然是一个好办法，但是这也限制了扑翼飞行器 不能进行远距离飞行. 一旦离开视频接收的范围， 整个系统便会失去用武之地，这使其实用性大大 降低. 面对扑翼飞行器本身载重不足的问题，如何 通过质量更轻性能更强的处理器和提高算法的运 行效率使视觉感知系统能够做到机载实时处理， 仍是一个巨大的挑战. （3）现有的扑翼飞行器视觉感知系统功能较 为单一，只能实现一些简单的任务，如航拍等. 虽 然已经出现了如 Delfly II 这样的双目视觉感知系 统，但功能也仅限于简单的避障. 使扑翼飞行器的 视觉感知系统能够像鸟类的双眼一样，能够完成 多种视觉任务，进行智能的检测、识别、跟踪以及 进行三维重建来智能地规划飞行路径[43] ，是研究 者们努力的方向. （4）旋翼飞行器如四旋翼飞行器很容易实现 悬停. 然而由于飞行机制的不同，悬停是扑翼飞行 器面临的一项重大挑战[44] ，这大大提高了扑翼飞 行器集群控制的危险程度. 在进行基于多视觉感 知系统的集群控制时，如何获取各子感知系统之 间的相对位置、相对姿态等信息[45] ，从而提前预知 危险以及计算不同扑翼飞行器的预定飞行路径，将 是未来扑翼飞行器视觉感知系统研究的发展方向. 4    结束语 本文主要讨论了基于扑翼飞行器的视觉感知 系统的研究进展以及一些亟待解决的问题. 对于 传统的以旋翼及固定翼飞行器为平台的视觉感知 系统，不管是从算法还是硬件来说都已经相对成 熟. 但是面对扑翼飞行器载荷量较低等诸多限制 条件，现有的视觉感知系统在扑翼飞行器上的实 际应用中仍然未达到理想的效果. 目前以扑翼飞 行器为平台的视觉感知系统还仅限于完成航拍等 简单的任务，不能胜任一些复杂任务如目标跟踪、 三维重建等. 在扑翼飞行器的载重无较大提升的 情况下，如何研究和设计更优秀的视觉感知算法、 质量更小且性能更强的硬件系统是未来的研究 方向. 参    考    文    献 Lee N, Lee S, Cho H, et al. Effect of flexibility on flapping wing characteristics in hover and forward flight. Comput Fluids, 2018, 173: 111 [1] Zhang  C,  Rossi  C.  A  review  of  compliant  transmission mechanisms  for  bio-inspired  flapping-wing  micro  air  vehicles. Bioinspir Biomim, 2017, 12（2）: 025005 [2] De Croon G, Perçin M, Remes B D W, et al. The DelFly: Design Aerodynamics and Artificial Intelligence of a Flapping Wing Robot. Netherlands: Springer, 2016 [3] Tijmons S. Stereo Vision for Flapping Wing MAVs: Design of an Obstacle Avoidance System [Dissertation]. Delft: Delft University of Technology, 2012 [4] Ryu  S,  Kwon  U,  Kim  H  J.  Autonomous  flight  and  vision-based target  tracking  for  a  flapping-wing  MAV  //  2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots & Systems. Daejeon, 2016: 5645 [5] Yang W Q, Wang L G, Song B F. Dove: a biomimetic flapping￾wing micro air vehicle. Int J Micro Air Veh, 2018, 10（1）: 70 [6] Festo  AG  &  Co.  KG.  BionicFlyingFox:  ultra-lightweight  flying object with intelligent kinematics[EB/OL]. Festo (2018-03)[2019- 03-08].https://www.festo.com/group/en/cms/13130.htm [7] McCurdy  L  Y,  Maniscalco  B,  Metcalfe  J,  et  al.  Anatomical coupling between distinct metacognitive systems for memory and visual perception. J Neurosci, 2013, 33（5）: 1897 [8] Julian  R  C,  Rose  C  J,  Hu  H,  et  al.  Cooperative  control  and modeling  for  narrow  passage  traversal  with  an  ornithopter  MAV and  lightweight  ground  station  // Proceedings of the 2013 International Conference on Autonomous Agents and Multi-agent Systems. St. Paul, 2013: 103 [9] Bourque  A  E,  Bedwani  S,  Carrier  J  F,  et  al.  Particle  filter-based target  tracking  algorithm  for  magnetic  resonance-guided respiratory compensation: robustness and accuracy assessment. Int J Radiat Oncol Biol Phys, 2018, 100（2）: 325 [10] Rosen M H, le Pivain G, Sahai R, et al. Development of a 3.2 g untethered flapping-wing platform for flight energetics and control experiments  // IEEE International Conference on Robotics and Automation. Stockholm, 2016: 3227 [11] Dorociak R D, Cuddeford T J. Determining 3-D system accuracy for the Vicon 370 system. Gait Posture, 1995, 3（2）: 88 [12] Touré B, Schanen J L, Gerbaud L, et al. EMC modeling of drives for  aircraft  applications:  modeling  process,  EMI  filter optimization,  and  technological  choice. IEEE Trans Power Electron, 2013, 28（3）: 1145 [13] [14] Tran X T, Oh H, Kim I R, et al. Attitude stabilization of flapping · 1518 · 工程科学学报，第 41 卷，第 12 期