光流模块在无GPS环境下，课实时检测飞机水平移动距离，实现对四轴无人机长时间的稳定悬停。光流摄像头拍摄无人机垂直向下的画面，输入光流主板，主板通过光流悬停智能算法进行光流计算，从而获取无人机位移信息，并转化为悬停控制指令，悬停控制指令通过UART输出给飞控，以便控制飞机水平移动距离，达到悬停的目的。

光源，用于向地面发射光信号；TOF摄像头，所述TOF摄像头与所述光源联动，用于获取被照射地面的纹理信息、记录第一时间数据和第二时间数据，根据所述第一时间数据和所述第二时间数据计算被照射地面与所述光流模块之间的高度差，根据预设的时间间隔连续若干次采集被照射地面的纹理信息，并将所述纹理信息发送至MCU；其中，所述第一时间数据为所述光源向被照射地面发射所述光信号的时间，所述第二时间数据为所述TOF摄像头接收到被照射地面对所述光信号的反射光信号的时间；

MCU，所述MCU与所述光源、TOF摄像头以及飞行器的飞控系统连接，用于接收所述高度差和纹理信息，分别根据各次采集的纹理信息和所述高度差生成二维特征图像，根据地面上的预设点在各个二维特征图像中的位置变化量计算飞行器的位移，将所述位移和所述二维特征图像发送给飞控系统；其中，所述飞控系统根据所述位移和高度差判断飞行器是否偏离预设的悬停位置，若是，控制飞行器飞回所述悬停位置；

其中，发射光信号的时间与采集地面纹理信息的时间同步。

（一） 为什么使用光流模块？

在悬停时，若采用开环控制，由于一些不可控的外界因素，四旋翼会晃动，稳定性不能满足要求。此时可采用速度闭环控制，将x和y方向的速度返回，形成一个位置闭环，保证x和y方向的速度为0，便能消除晃动，增强稳定性。

也可采用位置闭环控制，将x和y的位置变换返回，形成一个位置闭环，保证x和y方向的位置变化为0。

（二） 光流测速，测距，定点原理

当目标物体在摄像机前运动或者摄像机在环境中移动时，目标图像是在发生变化的，图像灰度模式的表面运动就称为光流。简单理解，光流就是通过检测图像中光点和暗点的移动，来判断图像中像素点相对于飞行器的移动速度。

举个例子，当我们做火车时，可以看到窗外的树在不断地向后“流动”，通过树向后流动的速度，我们可以估计当前火车的速度。光流模块就是基于这个原理，检测两帧图像中“树”的相对位置，由于拍摄两帧图片的时间差是固定的，便可以计算出像素点的移动速度。若我们知道“树”和相机的距离，便可以计算当前的实际速度。

测距：对速度进行积分就可以得到位移。

定点：利用光流模块返回的位置信息或者速度信息，形成一个闭环控制，即可实现定点。