一种无人飞行器身份识别装置、识别系统及其识别方法与流程

本发明属于无人飞行器领域，特别是涉及一种无人飞行器身份识别装置、识别系统及其识别方法。

背景技术：

随着小微型无人机技术程度以及成本可控，越来越多的普通消费者也开始能够控制无人机完成飞行任务。由于对于小微型无人机的管控非常困难，所以开始出现了小微型无人机与传统民航、通航飞行器之间就空中航路路权之间的交叠，并且开始造成安全隐患，其中包括近期发生的昆山机场附近，小微型无人机航拍民航飞机降落事件，引起了广泛关注。

人们普遍关注如何能够对小微型无人机的飞行管理进行有效监管。虽然已有人提出，应该采用一机一码、飞行申报等方式来对飞行过程进行控制，但是由于编码破译、机器被破解，无人机可以远程控制等因素存在，无人机的飞行管理实际上还是具有较高难度的。

专利文献CN104936180 A公开的一种针对无人机和地面站提供鉴权服务的鉴权系统包括无人机、地面站和鉴权中心，所述无人机与所述地面站、所述地面站和所述鉴权中心能够双向通信，所述地面站适用于向所述无人机发送数据链鉴权激活消息、向所述鉴权中心发送身份鉴权请求消息，接收所述无人机发送的数据链鉴权请求消息及所述鉴权中心返回的身份鉴权响应消息；所述无人机适用于接收所述数据链鉴权激活消息及所述地面站转发的数据链鉴权响应消息，并发送所述数据链鉴权请求消息；所述鉴权中心适用于接收所述身份鉴权请求消息、并发送所述身份鉴权响应消息。该专利通过第三方可信的鉴权中心给所述无人机和地面站颁发数字证书并进行存储，经过无人机与地面站之间的鉴权交互消息以及所述鉴权中心对无人机和地面站证书的验证，确保了无人机和地面站的身份合法性，但其结构复杂，需要地面站和鉴权中心多方处理，其无法避免由于编码破译、机器被破解，无人机可以远程控制等因素对安全性的挑战，无法真正提高无人飞行器的安全性，识别效率低且无法对授权进行分级和有条件地授权以区分不同的用户使用权限。

专利文献CN105487556 A公开了一种无人飞行器的飞行控制方法，包括：获取飞手信息；根据所述飞手信息，获取与所述飞手信息对应的飞行控制权限；根据所述飞行控制权限，开启相应的飞行控制功能，以便飞手通过所述飞行控制功能对所述无人飞行器进行飞行控制操作；以及对所述飞行控制操作的记录以及相应的所述飞手信息进行关联记录，以得到飞行记录信息。该专利文献解决了现有的无人飞行器的飞行控制方法及飞行控制装置不能对无人飞行器的飞行记录信息进行全面监管的技术问题，但该专利无法避免由于编码破译、机器被破解，无人机可以远程控制等因素对安全性的挑战，无法真正提高无人飞行器的安全性，识别效率低且无法对授权进行分级和有条件地授权以区分不同的用户使用权限。

专利文献CN104794468 A公开了一种基于无人机动平台的人脸检测与跟踪方法包括：离线学习步骤，以标准人脸库为样本空间进行离线学习得到人脸检测器，以目标人脸库为样本空间进行离线学习得到目标人脸识别器；人脸检测步骤，接收无人机拍摄的视频帧，提取视频帧的特征值，将特征值送入人脸检测器，人脸检测器根据所述特征值判断是否检测到人脸，若是则进一步将视频帧的特征值送入目标人脸识别器，目标人脸识别器根据所述特征值判断是否检测到目标人脸；若是则将目标人脸的特征值进行标注并添加到跟踪列表；人脸跟踪步骤，根据目标人脸在当前视频帧的坐标位置预测目标人脸在下一视频帧中的位置。该专利文献采用人脸检测器对视频帧进行筛选，先找到具有人脸的视频帧，缩小了目标人脸识别的范围，再利用目标人脸识别器对目标人脸进行识别，提高了检测的准确性，节省了运算资源，但该专利无法避免由于编码破译、机器被破解，无人机可以远程控制等因素对安全性的挑战，无法真正提高无人飞行器的安全性，识别效率低且无法对授权进行分级和有条件地授权以区分不同的用户使用权限。

因此，当前存在一种需求，需要设计一种无人飞行器身份识别装置、识别系统和识别方法，其结构简单、识别效率高且避免了由于编码破译、机器被破解，无人机可以远程控制等因素对安全性的挑战，提高无人飞行器的安全性，对授权进行分级和有条件地授权以区分不同的用户使用权限。

技术实现要素：

本申请发明人注意到，现有技术还未能充分利用无人机设备本身的信息读取能力和信息验证能力的情况存在，提出了一种无须进行大规模的机械改造和电子改造，就能提高验证效率和可靠性的技术方案。当前以航拍为主要功能需求的无人机，普遍已经搭载了性能极高的摄像头，并且多数无人机还具有云台增稳功能。所以，在无人机授权使用前，利用其上搭载的摄像装置来对操控者身份进行识别，然后通过本机验证或者云端验证的方式，可以既可靠又便利的完成身份确认工作，提高了无人机管理的安全性。除了基于操控者脸部识别照片的身份验证之外，还可以通过与无人机上唯一的串号编码之间的联动确认，来进一步提高无人机管理的全面性。并且还可以基于确认的控制者身份、无人机身份，从而迅速完成后续的飞行行为合法性申报、飞行航迹记录等相关工作。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

根据本发明的第一方面，一种无人飞行器的身份识别装置包括用于拍摄用户脸部图像的拍摄设备、人脸识别器和身份识别模块，所述人脸识别器识别所述脸部图像并发送识别结果到所述身份识别模块，所述身份识别模块基于所述识别结果生成授权证书且发送到所述无人飞行器。

优选地，所述身份识别模块包括验证用户信息的账号验证单元，所述账号验证单元验证用户信息并发送验证结果到所述身份识别模块，所述身份识别模块基于所述识别结果和验证结果生成授权证书且发送到所述无人飞行器。

优选地，所述用户信息包括无人飞行器所有权人注册信息、授权用户信息和/或无人飞行器产品信息，其中，无人飞行器产品信息包括无人飞行器唯一性的机器编码。

优选地，所述授权证书具有在时间上、空间上或者条件上的授权范围，和/或所述授权证书分成完全授权权限、部分授权权限和禁止授权权限。

优选地，所述身份识别装置设在所述无人飞行器上或者集成在控制终端上，所述控制终端包括无人飞行器遥控终端、手机或pad。

优选地，所述拍摄设备、人脸识别器和/或身份识别模块单独设在无人飞行器上和/或控制终端中且经由无线或有线连接通信。

优选地，所述身份识别模块包括密匙生成模块，所述密匙生成模块生成授权证书和一对由公匙和私匙组成的密匙并分别将授权证书和公匙发送到无人飞行器以及将授权证书和私匙发送到控制终端。

根据本发明的第二方面，一种无人飞行器的识别系统，包括所述的无人飞行器的身份识别装置和服务器，所述服务器包括存储授权的人脸图像和用户信息的数据库，所述身份识别装置经由有线或无线访问所述数据库。

根据本发明的第三方面，一种使用所述的无人飞行器的身份识别装置的识别方法包括以下步骤：

第一步骤中，所述拍摄设备拍摄用户脸部图像。

第二步骤中，所述人脸识别器识别所述脸部图像并发送识别结果到所述身份识别模块。

第三步骤中，所述身份识别模块基于所述识别结果生成授权证书到所述无人飞行器。

优选地，第二步骤中，所述人脸识别器识别所述脸部图像和账号验证单元验证用户信息，并发送识别结果和验证结果到所述身份识别模块。

第三步骤中，所述身份识别模块基于所述识别结果和验证结果生成授权证书到所述无人飞行器，其中，当识别结果和验证结果均通过时，生成完全授权权限的授权证书，当识别结果或验证结果中任一个通过时，生成部分授权权限的授权证书，当识别结果和验证结果均未通过时，生成禁止授权的授权证书并发出警报提示。

本发明提出的方案，能够利用人脸识别、包括用户信息和无人飞行器产品信息的账户验证双重识别，显著提高了无人飞行器的安全性，且本发明进一步对授权进行分级和有条件地授权以区分不同的用户使用权限，更进一步地，通过加密、警报提示等提高无人飞行器的安全性，本发明结构简单且识别效率高。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的无人飞行器的身份识别装置的结构示意图。

图2是根据本发明另一个实施例的无人飞行器的身份识别装置的结构示意图。

图3是根据本发明一个实施例的无人飞行器的识别系统的结构示意图。

图4是根据本发明一个实施例的无人飞行器的识别方法的步骤示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

以下详细描述实际上仅是示例性的而并不意欲限制应用和使用。此外，并不意欲受以上技术领域、背景、简要概述或以下详细描述中呈现的任何明确或暗示的理论约束。如本文使用，术语“模块”或“单元”是指任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器设备单独地或者以任何组合，包括而不限于：专用集成电路ASIC、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器共享、专用或成组的和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能性的其他适合的部件。此外，除非明确地具有相反的描述，否则词语“包括”及其不同的变型应被理解为隐含包括所述的部件但不排除任意其他部件。

无人飞行器简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。

本发明实施例中优选的无人飞行器为多旋翼无人机(或称为多旋翼飞行器)，可以是四旋翼、六旋翼及旋翼数量大于六的无人机。优选的，机身由碳纤维材料制成，在满足较高使用强度和刚度的前提下，可大幅减轻机身的重量，从而降低多旋翼无人机的动力需求以及提高多旋翼无人机的机动性。当然，在本发明的其他实施例中，机身还可以由塑料或者其他任意使用的材料制成。机身上设有多个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的浆臂，每一个浆臂远离所述机身的一端设有桨叶组件，所述桨叶组件包括安装在所述浆臂上的电机和连接在所述电机的输出轴上的桨叶，每一片桨叶的旋转轴线均位于同一圆柱面上。

当然，所述多旋翼无人机的说明只是一个简单说明，具体还包括许多其他的组成构件，也还有其他许多种无人机类型，均可以用于实现本发明的目的，在此不再赘述。

但是，从消费级市场的需求以及用户对于飞行拍摄的操纵便利性的发展趋势来看，本发明技术方案的飞行拍摄设备主要是指小、微型多旋翼无人机，这种无人机体积小、成本低、飞行稳定性较好，飞行拍摄成本低等。本发明使用的飞行器，典型的以四轴多旋翼飞行器为代表。并且，这种飞行器已经开始广泛用于航拍、空中作业、物流等领域。

本发明的实施例描述的一种无人飞行器的身份识别装置如图1所示，无人飞行器的身份识别装置身份识别装置1包括用于拍摄用户脸部图像的拍摄设备2、人脸识别器3和身份识别模块4，所述人脸识别器3识别所述脸部图像并发送识别结果到所述身份识别模块4，所述身份识别模块4基于所述识别结果生成授权证书且发送到所述无人飞行器。

本发明的无人飞行器的身份识别装置依据无人机的高安全性要求，同时考虑到无人机尤其是航拍无人机正好均具备摄像装置。因此在无需额外的摄像装置的情况下,或者为了方便起见利用遥控器端设置的摄像头，比如用手机作为控制终端时，利用手机的前置摄像头或者后置摄像头，通过人脸识别来实现对无人机用户的身份验证。在实施例中，以使用航拍摄像头作为人脸识别摄像设备为例说明。则是无人机开机启动时，在授权给控制终端允许起飞之前，首先提出人脸识别请求，要求如控制者的用户通过航拍摄像头来进行人脸识别操作。在通过人脸识别操作读取到控制者的脸时，与本机上存储的可授权对象信息进行对比认证，亦可通过网络传输到云端的可授权对象数据库进行对比认证。如通过认证，识别结果为授权名单用户，则允许该用户自由操作无人机执行飞行任务。如通过认证，识别结果为授权名单用户，则允许该用户自由操作无人机执行飞行任务；如未通过授权名单认证，但是识别结果为白名单用户则允许该用户在受限的情况下操作无人机执行飞行任务；如识别结果为黑名单用户，则禁止该用户控制无人机。当然，上述识别过程既可以是如上所述那样分级执行的，分成了完全授权用户、部分授权用户和禁止授权用户，对于一些较为简单的情形，也可以简化为两种类型，即允许操作飞行或者不允许操作飞行的用户。

本发明的无人飞行器的身份识别装置优选地是，所述身份识别装置1设在所述无人飞行器上或者集成在控制终端上，所述控制终端包括无人飞行器遥控终端、手机或pad。

本发明的无人飞行器的身份识别装置优选地是，所述拍摄设备2、人脸识别器3和/或身份识别模块4单独设在无人飞行器上和/或控制终端中且经由无线或有线连接通信。例如，拍摄设备2设在无人飞行器上，人脸识别器3和/或身份识别模块4集成在控制终端上，或者，拍摄设备2和/或人脸识别器3设在控制终端上，身份识别模块4设在无人飞行器上。本发明的身份识别装置的各组成部分可以根据需要灵活地设置在无人飞行器或控制终端，当然身份识别装置也可以独立成为单独的一个装置。

本发明的另一个实施例描述的一种无人飞行器的身份识别装置如图2所示，无人飞行器的身份识别装置身份识别装置1包括用于拍摄用户脸部图像的拍摄设备2、人脸识别器3和身份识别模块4，所述人脸识别器3识别所述脸部图像并发送识别结果到所述身份识别模块4，所述身份识别模块4包括验证用户信息的账号验证单元5，所述账号验证单元5验证用户信息并发送验证结果到所述身份识别模块4，所述身份识别模块4基于所述识别结果和验证结果生成授权证书发送到所述无人飞行器。

举例来说，通常而言，人脸识别的用户信息代表的是当前无人机的操作申请者，而账号验证的用户信息代表的是当前无人机的所有者。毋庸置疑，如果同时通过了账号验证和人脸识别的验证，并且通过账号信息与人脸识别结果的关联可以确认两个信息代表同一人，则可以确认，当前的使用者为无人机的所有者，通常可以获得最高的操作权限；然而，如果通过了账号验证和人脸识别验证，该人脸识别验证之所以能通过，比如可能因为该用户为无人机厂商经过验证的用户如官方测试人员、拥有小型航空器驾驶执照的人员、所有者曾经给予授权的特定人员等，但是账号信息与人脸识别的结果相互并无关联，也就是说可以确认，当前的使用者并非无人机的所有者，比如可能是无人机所有者的朋友，此时可根据无人机所有者的预先设定，适当授予该当前使用者控制权限。

如果通过了账号验证，但是人脸识别验证并未通过，则可以判断当前使用者可能存在无人机控制权限授权的警示信息，应将该信息通过适当方式发送给账号信息拥有者。对于具体情形，可能是无人机所有者不慎丢失了无人机，并被第三者捡到试图使用。再如，可能通过了人脸识别验证，但是账号验证并未通过。可能是因为所有者主动将账号登出或者锁定，有意拒绝了任何其他人使用。

另外，上述人脸识别的联动工作基础，还可结合无人机产品的唯一编码或串码，此时加入了对于无人机本体设备的唯一性识别，还可进一步提高该设备使用的安全性。将人脸识别、账号识别过程与设备码绑定，如此无论该无人机是否被允许起飞，或者在飞行中完成了什么任务，都可以有效确认执行了上述操作的主体具体是哪一台无人机。

本发明的无人飞行器的身份识别装置优选地是，所述用户信息包括无人飞行器所有权人注册信息、授权用户信息和/或无人飞行器产品信息，其中，无人飞行器产品信息包括无人飞行器唯一性的机器编码。

本发明的无人飞行器的身份识别装置优选地是，所述授权证书具有在时间上、空间上或者条件上的授权范围，和/或所述授权证书分成完全授权权限、部分授权权限和禁止授权权限。

本发明的无人飞行器的身份识别装置优选地是，所述身份识别模块4包括密匙生成模块6，所述密匙生成模块6生成授权证书和一对由公匙和私匙组成的密匙并分别将授权证书和公匙发送到无人飞行器以及将授权证书和私匙发送到控制终端。

在一个实施例中，账号验证单元5负责无人飞行器的客户终端身份的验证。例如无人飞行器用户经由客户终端申请或通过关联方式如QQ账号、微信账号、微博账号等申请无人飞行器授权账号，通过账号登陆账号验证单元5，在一个实施例中，身份验证时，身份信息包括但不限于用户的身份证信息、护照信息、通行证信息、驾照信息、社保号以及如上所述的可通过关联方式的注册授权帐号等。在一个实施例中，用户可通过扫描二维码进行身份验证。用户可根据具体情况提交授权请求，例如租赁某个时间段的无人飞行器或租赁无人飞行器运送一次物品，或者在某个空域租用无人飞行器飞行，又或者租用无人飞行器的某个金额的使用期限等。

在一个实施例中，密匙生成模块6是一种可限定条件的密码生成器。密码生成器可根据成立的授权请求生成具有在时间上、空间上或者条件上的授权范围的授权证书和一对密匙，例如授权证书可以是无人飞行器可租赁飞行的某个时间段的授权范围，如果超过这个时间段，授权证书自动失效，授权处理器1可接管该无人飞行器的控制权或者指令无人飞行器返回。由公匙和私匙组成的密匙必须配对使用，授权证书和公匙发送到无人飞行器以及将授权证书和私匙发送到客户终端。

在一个实施例中，无人飞行器可以是各种类型的无人飞行器，包括固定翼、多旋翼等各种能够在空域范围内进行多自由度活动的飞行器。无人飞行器优选地是多旋翼无人飞行器。

在一个实施例中，本发明的身份识别装置可用于租赁无人飞行器，一个实施例中，游客甲使用其携带的如手机的客户终端10，其中，客户终端10集成身份识别装置1。游客甲通过账号验证单元5身份验证，当通过人脸识别和身份验证后，身份识别装置向游客甲的客户终端10发送授权证书和私匙和向无人飞行器发送授权证书和私匙，游客甲通过其客户终端10与无人飞行器取得联系，并使用该密钥获得授权，然后游客甲可以直接使用客户终端10来控制该公用无人飞行器完成各种飞行任务，包括航拍等。其中，授权证书还可以选择性地限定游客的使用时间、飞行速度、飞行高度和/或适用范围，避免飞行器的飞行发生意外。在授权证书的有效期已过，并且甲并不愿意继续付费租用时，则身份识别装置切断控制权限，进入自动返航/悬停/自动降落模式。游客甲可以通过如无线图传的媒体流处理模块实时获得拍摄图像。

图3是根据本发明一个实施例的无人飞行器的识别系统的结构示意图，如图3所示，一种无人飞行器的识别系统包括如所述的无人飞行器的身份识别装置1和服务器7，所述服务器7包括存储授权的人脸图像和用户信息的数据库，所述身份识别装置1经由有线或无线访问所述数据库。

在一个实施例中，服务器7是云端服务器或一个服务器集群，有很多服务器，和通用的计算机架构类似，服务器7的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等。服务器7能够提供简单高效、安全可靠、处理能力可弹性伸缩的计算服务。服务器7的处理器还可以包括：CPU，RAM内存，操作系统和应用软件，负责多任务调度，包括无线通信功能、存储器读写和数据处理等等。服务器7的硬盘或存储器可包括可快速读写的SDD硬盘以及可插入SD卡的移动读写装置，主要用于存储无人飞行器授权的人脸图像和用户信息，例如：注册的无人飞行器识别编码和人脸图像等等。

在一个实施例中，无线访问通过无线通信模块建立，所述无线通信模块至少包括具有不同优选级的无线局域网通信设备、移动通信网络设备、平流层通信网络设备和卫星网络通信设备中的一个，所述无线通信模块建立识别系统之间以及识别系统与所述无人飞行器的无线通信链路。其中，移动通信网络设备主要由2G/3G/4G无线通信芯片组构成。无线局域网通信设备可以是蓝牙、ZigBee或Wi-Fi模块中的一个，无线局域网通信设备可通过2.4GHz通信频率建立短距离通信，在室内或低速移动的室外环境会优选该通信设备建立识别系统之间以及识别系统与所述无人飞行器的通信连接。平流层通信网络设备一般用充氦飞艇、气球作为安置转发站的平台，平台高度距地面17km～22km，无人飞行器在大范围野外飞行时，可以优选平流层通信网络设备建立识别系统之间以及识别系统与所述无人飞行器的通信连接。卫星网络通信设备利用卫星通信信道建立识别系统之间以及识别系统与所述无人飞行器的通信连接，一般是在无其他可用无线通信网络的情况下，会使用卫星网络通信设备作为应急通信。

在一个实施例中，依据无线网络成本或无线网络接入速度，选择无线传输网络，本申请设计以下为优先级方案，Wi-Fi网络：优先级为0；4G无线网络：优先级为1；3G无线网络：优先级为2；平流层通信网络：优先级为3；卫星通信网络：优先级为4；优先级别0-4，所选择无线网络优先级由高到低，即如果同时存在多种无线信号，且信号强度有效时，无人飞行器会首先选择Wi-Fi网络作为无线接入网络；当Wi-Fi信号强度无效时，无人飞行器会次优选择4G网络作为无线接入网络；依次类推。

在一个实施例中，所述无线通信模块还设有计时器。无线通信模块可以对通信连接进行计时。

在一个实施例中，所述身份识别模块4可编译、组织或分析在数据库中的数据以执行对数据的对比分析。身份识别模块4可以包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC，现场可编程门阵列FPGA、模拟电路、数字电路、及其组合、或其他已知或以后开发的处理器。数据库可存储在存储器中，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器。服务器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器、电子可擦除可编程只读存储器EEPROM或其它类型的存储器。

参见图4所示的根据本发明一个实施例的无人飞行器识别方法的步骤示意图，步骤如下。

第一步骤S1中，所述拍摄设备2拍摄用户脸部图像。

第二步骤S2中，所述人脸识别器3识别所述脸部图像并发送识别结果到所述身份识别模块4。

第三步骤S3中，所述身份识别模块4基于所述识别结果生成授权证书到所述无人飞行器。

在一个实施例中，第二步骤S2中，所述人脸识别器3识别所述脸部图像和账号验证单元5验证用户信息，并发送识别结果和验证结果到所述身份识别模块4。

第三步骤S3中，所述身份识别模块4基于所述识别结果和验证结果生成授权证书到所述无人飞行器，其中，当识别结果和验证结果均通过时，生成完全授权权限的授权证书，当识别结果或验证结果中任一个通过时，生成部分授权权限的授权证书，当识别结果和验证结果均未通过时，生成禁止授权的授权证书并发出警报提示。

本方法中，通过拍摄设备对用户进行识别以及通过账号验证的方式既可靠又便利的完成身份确认工作，提高了无人机管理的安全性，还可以通过与无人机上唯一的串号编码之间的联动确认，来进一步提高无人机管理的全面性。并且还可以基于确认的控制者身份、无人机身份，从而迅速完成后续的飞行行为合法性申报、飞行航迹记录等相关工作。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。