.1514 工程科学学报，第41卷，第12期 示)仿照狐蝠的外形，并以技术手段模拟了它独特 的飞行模式门.通过一个外置运动捕捉系统， BionicFlyingFox能够在特定空间内进行半自主飞 封算机 行.这套运动捕捉系统主要由两台红外相机组成， 如图5所示.通过与运动捕捉系统相互配合， 图3X翼扑翼飞行器与地面站的集成架构 BionicFlyingFox的整个飞行过程都能够被实时捕 Fig.3 Integration architecture of the X-wing FWAV platform with 捉.主机会对BinoicFlyingFox的运动路径进行实 ground station 时计算，预先确定下一时刻的飞行轨迹.主机能对 该视觉感知系统有很多优点.首先，可以通过 算法进行学习，同时这套算法也能通过自主学习 与地面站的通信实时查看飞行器拍摄的图像.其 被不断改进.通过运动捕捉系统，BionicFlyingFox 次，将复杂的图像处理移至地面站进行.此外，将 可在飞行中不断地优化飞行轨迹，更精准地沿着 视觉检测算法应用到FPV摄像头拍摄的图像上来 既定轨迹进行绕圈飞行 检测静态目标.实验结果也验证了这套视觉感知 系统的目标检测和跟踪功能达到了令人满意的性能 但是它使用的轻量级第一人称主视角摄像头依然 存在成像质量较差的问题，同时其使用的图传系 统传输距离较短难以实现远距离的目标跟踪.此 外，对动态目标检测功能的缺失使其实用性不高 1.1.3 Dove 国内西北工业大学宋笔锋教授团队研发了一 款名为Dove的扑翼飞行器（如图4所示）.Dove 图5 BinoicFlyingFox与外部红外相机系统 机载摄像头使用OV7725感光器，可以将现场稳定 Fig.5 BionicFlyingFox and off-board infrared camera system 的彩色视频传输到4km以外的地面站 BinoicFlyingFox具有十分优秀的飞行能力， 且BinoicFlyingFox的外观与自然界的孤蝠十分相 数据链路天线 似，具有良好的仿生性.然而BinoicFlyingFox使用 的红外相机场景信息还原性较差，由于没有机载 摄像头，视觉应用的场景较为单一图 扑翼机械结构 一舵机 1.2.2 H2Bird 数据链接 飞控系统 美国加州大学伯克利分校Julian等人开发了 空速计 摄像头 一款名为H2Bird的扑翼飞行器9（如图6所示）， GPS天线 电池 针对该扑翼机开发了一个地面站，H2Bird的板载 图4Dove的结构图 控制器携带一个采用视频图形阵列(video graphics Fig.4 Structure of Dove array,VGA)接口的摄像头.在常规飞行中，H2Bird Dove的视觉感知系统是由一个微型彩色摄像 的平均地面速度为1.2ms,飞行时间约为10min 机和图像处理单元相结合的数字数据链子系统组 成.数字数据链子系统用于执行可靠的数字通信， 以此来传输远程控制命令、遥测数据以及视频流 数据.经过实验验证，Dove已经具备了一定的执 行视觉任务的能力，不仅飞行时长长达30min,视 频传输距离也达到了4km以上.但Dove的视觉 感知系统的功能目前还仅限于航拍，功能还较为 单一，仍有广阔的发展空间. 1.2外部视觉感知系统 1.2.1 BinoicFlyingFox 图6H2Bird扑翼机 德国Festo公司的BinoicFlyingFox(如图5所 Fig.6 H2Bird ornithopter MAV该视觉感知系统有很多优点. 首先，可以通过 与地面站的通信实时查看飞行器拍摄的图像. 其 次，将复杂的图像处理移至地面站进行. 此外，将 视觉检测算法应用到 FPV 摄像头拍摄的图像上来 检测静态目标. 实验结果也验证了这套视觉感知 系统的目标检测和跟踪功能达到了令人满意的性能. 但是它使用的轻量级第一人称主视角摄像头依然 存在成像质量较差的问题，同时其使用的图传系 统传输距离较短难以实现远距离的目标跟踪. 此 外，对动态目标检测功能的缺失使其实用性不高. 1.1.3    Dove 国内西北工业大学宋笔锋教授团队研发了一 款名为 Dove 的扑翼飞行器[6] （如图 4 所示）. Dove 机载摄像头使用 OV7725 感光器，可以将现场稳定 的彩色视频传输到 4 km 以外的地面站. Dove 的视觉感知系统是由一个微型彩色摄像 机和图像处理单元相结合的数字数据链子系统组 成. 数字数据链子系统用于执行可靠的数字通信， 以此来传输远程控制命令、遥测数据以及视频流 数据. 经过实验验证，Dove 已经具备了一定的执 行视觉任务的能力，不仅飞行时长长达 30 min，视 频传输距离也达到了 4 km 以上. 但 Dove 的视觉 感知系统的功能目前还仅限于航拍，功能还较为 单一，仍有广阔的发展空间. 1.2    外部视觉感知系统 1.2.1    BinoicFlyingFox 德 国 Festo 公 司 的 BinoicFlyingFox（ 如 图 5 所 示）仿照狐蝠的外形，并以技术手段模拟了它独特 的飞行模式 [7] . 通过一个外置运动捕捉系统 ， BionicFlyingFox 能够在特定空间内进行半自主飞 行. 这套运动捕捉系统主要由两台红外相机组成， 如 图 5 所 示 . 通过与运动捕捉系统相互配合 ， BionicFlyingFox 的整个飞行过程都能够被实时捕 捉. 主机会对 BinoicFlyingFox 的运动路径进行实 时计算，预先确定下一时刻的飞行轨迹. 主机能对 算法进行学习，同时这套算法也能通过自主学习 被不断改进. 通过运动捕捉系统，BionicFlyingFox 可在飞行中不断地优化飞行轨迹，更精准地沿着 既定轨迹进行绕圈飞行. BinoicFlyingFox 具有十分优秀的飞行能力 ， 且 BinoicFlyingFox 的外观与自然界的狐蝠十分相 似，具有良好的仿生性. 然而 BinoicFlyingFox 使用 的红外相机场景信息还原性较差，由于没有机载 摄像头，视觉应用的场景较为单一[8] . 1.2.2    H2Bird 美国加州大学伯克利分校 Julian 等人开发了 一款名为 H2Bird 的扑翼飞行器[9] （如图 6 所示）， 针对该扑翼机开发了一个地面站. H2Bird 的板载 控制器携带一个采用视频图形阵列（video graphics array，VGA）接口的摄像头. 在常规飞行中，H2Bird 的平均地面速度为 1.2 m·s−1，飞行时间约为 10 min. 致动器 电机 电池 遥控接收器 扑翼机 FPV摄像头 发射器 电池 视觉模块 + 地面站 接收器 视频转换器 视频转换单元 计算机 Ardunio板 电机驱动 遥控发射器 Vicon系统 地面控制系统 图 3    X 翼扑翼飞行器与地面站的集成架构 Fig.3     Integration  architecture  of  the  X-wing  FWAV  platform  with ground station 扑翼机械结构 GPS天线 电池 摄像头 飞控系统 数据链接 数据链路天线 舵机 空速计 图 4    Dove 的结构图 Fig.4    Structure of Dove 图 5    BinoicFlyingFox 与外部红外相机系统 Fig.5    BionicFlyingFox and off-board infrared camera system 图 6    H2Bird 扑翼机 Fig.6    H2Bird ornithopter MAV · 1514 · 工程科学学报，第 41 卷，第 12 期