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Investigación y diseño de un sistema de fuente de luz activa para UAVs basado en un modelo de coincidencia de intensidad de luz

Autores: Ming, Rui; Wu, Tao; Zhou, Zhiyan; Luo, Haibo; Hassan, Shahbaz Gul

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Investigación y diseño de un sistema de fuente de luz activa para UAVs basado en un modelo de coincidencia de intensidad de luz


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Característica de saliencia
Seguimiento basado en visión
Control de múltiples UAV
Sistema de fuente de luz activa
Intensidad de luz ambiental
Variaciones de escala

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La característica de saliencia es un factor clave para lograr el seguimiento basado en visión en el control de múltiples UAV. Sin embargo, debido a los entornos complejos y variables que se encuentran durante las operaciones de múltiples UAV, como los cambios en las condiciones de iluminación y las variaciones de escala, las características visuales del UAV pueden degradarse, especialmente bajo movimiento a alta velocidad, lo que resulta en la falla de la tarea de seguimiento visual y reduce la estabilidad y robustez del vuelo en enjambre. Por lo tanto, este documento propone un sistema de fuente de luz activa adaptativa basado en el emparejamiento de intensidad de luz para abordar el problema de la pérdida de características visuales causada por las variaciones de intensidad de luz ambiental y escala en la navegación colaborativa de múltiples UAV. El sistema consta de tres componentes: un módulo de detección y control del entorno, un módulo de fuente de luz activa variable y un módulo de potencia de fuente de luz. Este documento primero diseña el marco general del sistema de fuente de luz activa, detallando las funciones de cada módulo y sus principios de trabajo colaborativo. Además, se realizan experimentos de optimización en el módulo de fuente de luz activa variable. Al comparar los efectos de reconocimiento del módulo de fuente de luz activa variable bajo diferentes parámetros, se selecciona la mejor configuración. Además, para mejorar la robustez del sistema de fuente de luz activa bajo diferentes condiciones de iluminación, este documento también construye un modelo de emparejamiento de color de fuente de luz basado en el emparejamiento de intensidad de luz. Al recopilar y comparar imágenes de luz visible de diferentes fuentes de luz de color bajo varias intensidades y construir el modelo de emparejamiento de intensidad de luz utilizando el parámetro de relación de señal a ruido pico, el modelo se optimiza para garantizar el mejor rendimiento de seguimiento visual bajo diferentes condiciones de iluminación. Finalmente, para validar la efectividad del sistema de fuente de luz activa propuesto, se realizaron experimentos de comparación de reconocimiento cuantitativos y cualitativos en ocho escenarios diferentes con UAV equipados con fuentes de luz activas. Los resultados experimentales muestran que el UAV equipado con una fuente de luz activa ha mejorado el recall de los algoritmos de reconocimiento yoloV7 y RT-DETR en un 30% y 29.6%, el mAP50 en un 21% y 19.5%, y la precisión de reconocimiento en un 13.1% y 13.6%, respectivamente. Los experimentos cualitativos también demostraron que la fuente de luz activa mejoró efectivamente la tasa de éxito de reconocimiento en condiciones de baja iluminación. Amplios experimentos cualitativos y cuantitativos confirman que el sistema de fuente de luz activa para UAV basado en el emparejamiento de intensidad de luz propuesto en este documento mejora efectivamente la efectividad y robustez del seguimiento basado en visión para múltiples UAV, particularmente en entornos complejos y variables. Esta investigación proporciona una solución eficiente y computacionalmente efectiva para sistemas de múltiples UAV basados en visión, mejorando aún más las capacidades de seguimiento visual de los múltiples UAV en condiciones complejas.

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