PX4 用户指南（V1.12）

# PX4FLOW 智能摄像机

PX4FLOW 是一种 光流 智能相机。它的原生分辨率为 752x480 像素，能以 400 Hz 的速度在 4 倍分档和裁剪的区域上计算光流，因此具有极高的光敏感度。

PX4Flow v1.0

与许多鼠标传感器不同的是，它还能在室内和室外微光条件下工作，无需 LED 照明。它可以自由重新编程，以执行任何其他基本、高效的低级计算机视觉任务。

  • 168 MHz Cortex M4F CPU（128 + 64 KB RAM）
  • 752x480 MT9V034 图像传感器，L3GD20 3D 陀螺仪
  • 16 毫米 M12 镜头（红外滤光片）
  • 尺寸 45.5 毫米 x 35 毫米
  • 耗电量 115mA / 5V

# 购买地点

从以下网站订购该模块

# 规格

  • 带全局快门的 MT9V034 机器视觉 CMOS 传感器
  • 在 4x4 分档图像上进行光流处理 400 赫兹
  • 24x24 μm 超级像素带来卓越的感光度
  • 板载 16 位陀螺仪，速度可达 2000°/s，更新率为 780 Hz，默认高精度模式为 500°/s
  • 机载声纳输入和支架，用于 Maxbotix 声纳传感器.(建议使用 HRLV-EZ4、 SparkFun 产品链接 (打开新窗口）)
  • USB 引导加载程序
  • USB 串行端口，最高 921600 波特（包括实时摄像机视图，带 QGroundControl (打开新窗口）)
  • USB 电源选项
  • 适合 MatrixVision Bluefox MV 安装孔（摄像机中心偏离中心）

PX4Flow 顶部 px4flow-bottom

# Pixhawk 设置

要使用 PX4Flow 电路板，请将其连接到 I2C 总线（任何 Pixhawk 系列控制器上），并使用以下命令启用驱动程序 sens_en_px4flow.

警告

PX4FLOW 无法在 FMUv5（Pixhawk 4）上运行，适用于 PX4 版本小于 1.9.0.所有其他 PX4/PX4-Autopilot 版本均可使用。

步骤如下

  • 在 QGroundControl:
    • 更新 PX4Flow 上的固件（在左上角菜单中点击 "配置"，然后点击 "固件升级"）。
    • 设置参数 sens_en_px4flow 并重新启动（见 参数 查找和设置参数的信息）。
  • 将 PX4Flow I2C 连接到 Pixhawk I2C

启用后，模块将在启动时被检测到。如果自动驾驶仪是通过以下方式连接的，流量数据应该以 10Hz 的频率传输 USB.流量数据通过无线信道传输的速率较低。

# 安装/定向

建议的安装方向定义为流量板上的 Y 指向 车头如下图所示。

PX4Flow 与 Pixhawk 保持一致

关于 PX4，应使用参数 SENS_FLOW_ROT.上述方向与 sens_flow_rot=270 度（默认值）。

确保 PX4Flow 板阻尼良好。

警告

PX4Flow 会发出大量电磁辐射，因此应尽可能远离其他电子设备（特别是 GPS 模块）（请参阅 "电磁辐射"）。 硬件/问题/8 (打开新窗口） 了解更多信息）。

# PX4 配置

您可能需要配置的 PX4Flow 参数如下。

参数 说明
sens_en_px4flow 启动 PX4 Flow 驱动程序。
传感器流量最大值 依靠光流时离地面的最大高度。
传感器流量最小值 依靠光流时离地面的最低高度。
SENS_FLOW_MAXR 光学流量传感器可可靠测量的最大角流量。
SENS_FLOW_ROT PX4FLOW 板相对于车体框架的偏航旋转。

如果将流量与 ECL/EFK2 估算器一起使用，还需要设置 光流> 估算器> EKF2 参数。通过这些参数，可以融合光学流量测量来计算速度，如果传感器不在载具中心，还可以定义偏移量。

# 连接

PX4flow 与 I2C 总线相连。如果要将多个设备连接到同一总线上，则需要为每个设备设置唯一的地址。下一节将介绍如何设置。

# PX4FLOW I2C 设备地址

PX4Flow 的默认 I2C 地址为 0x42，但可以通过标有"I2C BUS ADDR"的三个焊接跳线进行增量。如果其他设备具有相同的地址，这将非常有用。

地址增量等于跳线编码的 3 位值。例如，如果跳线 0 和 1 焊接，跳线 2 未焊接，则地址增量为 1*1 + 1*2 + 0*4 = 3，即地址为 0x45。如果所有跳线都未焊接，自动驾驶仪固件将自动发现摄像机。

8 种可能选择的地址范围是0x42 - 0x49。

地址 位 2 位 1 位 0
7 位地址 0x42（默认值） 0 0 0
7 位地址 0x43 0 0 1
: : : :
7 位地址 0x49 1 1 1

TIP

有不同的 I2C 读数可供选择。有关 I2C 帧 和 I2C 积分框架 在驱动程序源代码中。

如果修改了 PX4Flow 的 I2C 地址，请确保使用正确的地址启动 PX4 驱动程序：

px4flow start # address=0x42（默认） px4flow stop px4flow start -a 0x45 # address=0x45

# 镜头对焦

为了确保良好的光流质量，必须将 PX4Flow 上的摄像头对焦到所需的飞行高度。要使摄像头对焦，请将一个带文字的物体（如一本书）放在上面，然后将 PX4Flow 插入 USB，运行 QGroundControl.在 "设置 "菜单下选择 PX4Flow，您将看到一个摄像头图像。拧下固定螺钉，松开并拧紧镜头，找到对焦位置，对准镜头。

备注

如果飞行高度超过 3 米，相机将对焦到无限远处，在更高的飞行高度下无需更换相机。

流量聚焦手册

图：使用教科书将流动相机对焦到您想要飞行的高度，通常为 1-3 米。在 3 米以上的高度，相机应该对焦到无限远处，在更高的高度也是如此。

流动聚焦

图可用于摄像机对焦的 QGroundControl px4flow 界面

# 准确性

下面的正射影像照片显示，在公园道路上的飞行测量非常准确。这是使用 PX4FMU 在 7" quad 上进行的手动飞行，飞行高度约为 1.6 米。没有 GPS，只有 PX4FLOW 集成定位。

PX4FLOW 轨迹

# 下载

# 手册和示意图

# USB 驱动程序

Linux 和 MacOS 自带所需的驱动程序。Windows 驱动程序可从以下网址下载： px4flow_win_drivers.zip (打开新窗口）

# 论文

该流程模块已被德国卡尔斯鲁厄国际机器人与自动化会议（ICRA 2013）录用为论文。

# 图书馆

以下是可用于将 flow 模块集成到项目中的第三方库。

# 连接器

# 光学

3D Robotics 公司提供的正确光学镜组已经安装好并进行了对焦。

焦距会影响最大可测量速度。

最大速度 = +/- 4 像素/（1 秒/内部延迟）*地面距离/焦距（像素

内部更新率为 400 Hz。

像素大小为 24 微米，因此 16 毫米镜头的焦距为 0.016 米/每个像素 24 微米 = 666.666 像素

不同焦距镜头和地面距离的最大速度：

地面距离 1m 3m 10m
16 毫米镜头 2.4 米/秒 7.2 米/秒 24 米/秒
8 毫米镜头 4.8 米/秒 14.4 米/秒 48 米/秒
6 毫米镜头 6.4 米/秒 19.2 米/秒 64 米/秒
4 毫米镜头 9.6 米/秒 28.8 米/秒 96 米/秒
max_vel = 4/(1/400)*地面距离/(焦距/0.000024)

# 配置：图像质量和输出

PX4FLOW 并非作为照相机设计，而是在片上完成所有处理过程。您可以配置图像质量和输出（图像输出仅用于镜头对焦）。

视频下行链路

  • 下载 QGroundControl (打开新窗口）
  • 拔下流量传感器插头
  • 在 QGroundControl点击 配置 > 固件更新.点击绿色大图 扫描 按钮。
  • 连接流量传感器。检测到流量传感器后点击升级（将默认值设为 "稳定"）。
  • 最大化 QGroundControl 窗口。点击 工具小工具> 视频下行链路
  • 欣赏实时画面和 拧松锁定螺钉，对准 3 米远的物体转动镜头，对准相机对焦.
  • 如果您想获得更高的分辨率来对传感器进行对焦，请转到 配置> 高级配置 并设置 仅视频 参数为 1。

# 一般故障排除

  • 如果流量传感器已堵塞，请拔下插头

  • 开始 QGroundControl选择 PX4 启动模式，转至 配置 > 固件升级.

    • 点击 SCAN（中间的绿色按钮）
    • 现在连接流量传感器
    • 闪存稳定固件

  • 点击 高级配置 在左侧菜单中查看参数

  • 用 QGroundControl (工具小工具> 视频下行链路)

    • 检查数据流上是否有条纹。如果出现条纹，请设置 IMAGE_TEST_PAT 图像应与上述示例相似。如果图像中有条纹，但启用该模式时没有条纹，请在两种模式下都右键单击图像一次，然后保存并将每种模式的图像发送给制造商的支持团队。
    • 检查图像是否清晰（这是一个远摄/变焦镜头，因此可见区域会很小）

  • 设置 仅视频 参数为 1，以获得更高分辨率的图像。

  • 检查工作距离（典型飞行高度）上的图像是否清晰

    TIP

    寻求帮助 如果图像变形，出现明显的暗线（如下图）： 视频失真

# PX4FLOW 开发人员指南

# 硬件设置

  • PX4FLOW 板 v1.3
  • HRLV-MaxSonar-EZ (MB1043)
  • 16 毫米镜头
  • 微型 USB 电缆

PX4FLOW 测试

# 软件/构建源

备注

PX4 驱动程序 代码可在此处找到： PX4/PX4-Autopilot/src/drivers/px4flow (打开新窗口）

# 建设

安装 PX4 工具链.然后使用 https://github.com/PX4/Flow 克隆源代码。 Git.

CD 流动
生产 一应俱全
生产 上传-usb

然后连接流量传感器。上传成功后，应该会显示这些步骤：

找到电路板 6,0 引导程序 修订 3 on /dev/ttyACM1 erase...程序..核实...完成，重启。

# 故障排除

如果没有看到上述步骤，应通过以下方式删除调制解调器管理器：

苏都 apt-get 删除 modemmanager

用户还需要在 plugdev 组中：

苏都 篡改 -a -G plugdev $USER

# 聚焦图像

将 PX4FLOW 连接到 QGroundControl：

  • 通过 USB 将 PX4FLOW 传感器连接到电脑
  • 打开 QGroundControl
  • 切换到剧情视角：视角/情节
  • 连接至 PX4FLOW 传感器：通信/添加链接

PX4 机载参数

  • 链接类型串行
  • 协议MAVLink
  • 串行端口：相应端口（如 /dev/ttyACM* 或 COMM*）

现在应该会出现一个新的无人驾驶系统，机载参数也已加载（如果没有，请单击 "获取"）。

更改参数 仅视频 到 1，然后按 设置。

Widget 视频下行链路现在以全分辨率显示图像。将镜头对准 1.5 米处。固定镜头位置并切换 仅视频 模式关闭。

# 数据输出

PX4FLOW 模块输出 MAVLink (打开新窗口） USB 和串行端口上的数据包。使用方法 QGroundControl (打开新窗口） 从模块读取数据。此外，还提供用于读取传感器数据的 I2C 接口。第三方 图书馆 可用于在项目中连接和集成 PX4FLOW 数据。

# PX4FLOW 参数

下面列出了 PX4FLOW 固件中当前可用参数的简要说明。

警告

参数目前未写入 ROM（断电时重置）。要永久更改这些参数，请使用 PX4FLOW 开发人员指南 以上。相关参数如下 这里 (打开新窗口）.

# BFLOW_F_THRD

该参数是一个特征阈值，用于限制计算底流的模式质量。数值较低时（如 10），几乎所有模式都会被采用；数值较高时（如 100），只有重要模式才会被采用。

# BFLOW_V_THRD

这是模式相关性阈值，用于过滤不良匹配。越低表示只接受强相关性。

# 其他

名称 默认值 访问 评论
AEC 1 RW 相机自动曝光控制。1：开启，0：关闭。
AGC 1 RW 摄像机自动增益控制。1：开启，0：关闭。
BFLOW_F_THLD 40 RW 该参数是一个特征阈值，用于限制计算底流的模式质量。数值较低时（如 10），几乎所有模式都会被采用；数值较高时（如 100），只有重要模式才会被采用。
BFLOW_V_THLD 5000 RW 这是模式相关性阈值，用于过滤不良匹配。越低表示只接受强相关性。
BFLOW_HIST_FIL 0 RW 流量直方图滤波器。1：开启，0：关闭。
BFLOW_GYRO_COM 0 RW 陀螺补偿。1：开启，0：关闭。
BFLOW_LP_FIL 0 RW 流量输出的低通滤波器。1: 开，0: 关。
BFLOW_W_NEW 0.3 RW 流动低通滤波器增益
BFLOW_MAX_PIX 8 R 删除（参数未使用）。
BFLOW_RATE 10.0 RW 发布光流更新的速率
明亮 20 RW 摄像头提供的所需亮度
DEBUG 1 RW 调试信息。1：打开，0：关闭
EXPOSURE_MAX 500 RW 最大曝光时间（微秒）
最大增益 16 RW 最大增益（单位？）
GYRO_SENS_DPS 250 RW 陀螺仪灵敏度：250、500、2000（dps）
GYRO_COMP_THR 0.01 RW 陀螺补偿阈值 (dps)：陀螺仪数据低于该阈值时不进行补偿，以防止漂移
HDR 1 RW 摄像机高动态范围。1: 开，0: 关
图像高度 64 R 图像高度（像素）
图像宽度 64 R 图像宽度（像素）
IMAGE_L_LIGHT 0 RW 删除（参数未使用）。
IMAGE_NOISE_C 1 RW 图像传感器噪音校正，1: 开，0: 关
IMAGE_TEST_PAT 0 RW 灰度测试模式。1：开启，0：关闭
镜头焦距 16.0 RW 镜头焦距（毫米）
定位（POSITION） 0 RW 0：仅使用位置 0（底部：0，前部：1，顶部：2，后部：3，右侧：4，左侧：5）
SHTR_W_1 443 RW 相机快门 W_1 ?
SHTR_W_2 473 RW 相机快门 W_2 ?
SHTR_W_TOT 480 RW 相机快门总数？
SONAR_FILTERED 0 RW 声纳输出卡尔曼滤波器。1: 开，0: 关。
SONAR_KAL_L1 0.8461 RW 声纳卡尔曼增益 L1（用于位置）
SONAR_KAL_L2 6.2034 RW 声纳卡尔曼增益 L2（用于速度）
SYS_ID 81 RW MAVLink (打开新窗口） 系统 ID
SYS_COMP_ID 50 RW MAVLink (打开新窗口） 组件 ID
SYS_SENSOR_ID 77 RW MAVLink (打开新窗口） 传感器 ID
SYS_TYPE 0 RW MAVLink (打开新窗口） 系统类型（0 表示通用）
SYS_AP_TYPE 0 RW MAVLink (打开新窗口） 自动驾驶仪类型（0 表示通用类型）
SYS_SW_VER 13XX R 软件版本
SYS_SEND_STATE 1 RW 发送 MAVLink (打开新窗口） 心跳。1：开启，0：关闭。
SYS_SEND_LPOS 1 RW 发送 MAVLink (打开新窗口） 本地位置估计。1: 开，0: 关。
USART_2_BAUD 115200 R 波特率 USART 2
USART_3_BAUD 115200 R 波特率 USART 3（数据输出）
USB_SEND_DEBUG 1 RW 通过 USB 发送调试信息。1：开启，0：关闭。
USB_SEND_FLOW 1 RW 通过 USB 发送流量。1: 开。0：关。
USB_SEND_FWD 0 RW 通过 USB 发送转发流量。1：开启，0：关闭。
USB_SEND_GYRO 1 RW 通过 USB 发送陀螺仪数据。1：开启，0：关闭。
USB_SEND_VIDEO 1 RW 通过 USB 发送视频。1：开启，0：关闭。
仅视频 0 RW 高分辨率视频模式。1：开启，0：关闭
视频速率 50 RW 视频传输图像之间的间隔时间（毫秒）

# 模式

# 仅视频模式

设置 仅视频 调至 1 表示高分辨率模式。在该模式下，摄像机图像以更高分辨率传输，以简化镜头对焦过程。该模式下不计算流量值。

# 测试模式

如果参数 IMAGE_TEST_PAT 设为 1 时，传感器会在信号链中插入垂直灰度测试图案。

  • 测试模式 64x64（仅视频模式关闭） test_pattern_64x64
  • 测试模式 376x240（仅视频模式已打开） test_pattern_376x240

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