多旋翼飞行器因结构简单、操作灵活、机动性强且具备垂直起降、悬停等低速飞行特性已被应用到众多领域,同时更轻巧便携、安全耐用的低成本微型四轴飞行器也逐渐备受关注。受体积、成本等限制,微型四轴飞行器硬件性能较弱、软件系统及功能简单、负载轻续航短、传感器功能及数量有限,很难实现基于机载设备的稳定的自主飞行,应用受到限制。本文将通过轻量级系统移植和多任务软件架构设计优化,提高其系统效率以扩展软件功能;在此基础上,扩展添加光流模块和位置评估控制方法,采用光流测速技术实现微型四轴飞行器基于低成本视觉识别的稳定的自主悬停。并针对飞行控制系统所涉及的主要内容进行全面深入的研究。首先对微型四轴飞行器的工作原理和相关背景知识进行了初步的研究。以开源项目为基础进行软硬件的二次开发。根据需求优化硬件设计并制作实验样机及光流模块;对主要惯性元器件和光流模块的工作原理及使用特性进行了深入的研究,设计了基于SAD(Sum of Absolute Differences)块匹配算法的光流采样计算控制程序;针对其硬件特点进行软件系统选型,搭建编译环境完成了轻量级系统移植、整体架构设计和功能模块划分等系统优化。然后对系统优化后基于惯性器件的基本飞行功能所选用的位置、姿态评估和控制方法进行了深入的研究。调整控制器参数,调节系统稳定性,实现了惯性定高飞行;在此基础上,安装光流模块并完成传感器系统扩展相关工作。参考开源位置评估控制方法,设计了基于光流校正的卡尔曼滤波位置解算算法和基于级联PID(Proportion Integration Differentiation)控制器的水平和垂直位置控制流程,并添加到相关任务模块;整定扩展后的控制器参数,调节系统稳定性,实现了基于光流模块的稳定的自主悬停。最后设计飞行试验。通过分析比较外部摄像头识别记录的飞行轨迹数据和地面站采集的飞行状态回传数据,计算得到飞行器在基于光流测速的自主悬停模式下的水平位置误差约为3cm,速度误差约为2cm/s,垂直位置误差约为1cm。且持续悬停时间可达5分钟以上。验证了微型四轴飞行器通过飞行控制系统的移植和优化,以及光流模块的有效扩展,可实现基于低成本视觉识别、控制精度较高、飞行稳定性较好、续航时间相对较长的自主悬停飞行。