无人机空间导航方法、无人机控制系统及控制装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种无人机空间导航方法、无人机控制系统及控制装置，其中，所述方法包括：确定无人机的飞行范围，根据所述飞行范围调整图像采集装置的图像采集范围，所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像；根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息和所述无人机当前的状态参数；根据所述无人机的位置信息、所述状态参数和预设的飞行轨迹，确定所述无人机的调整信息；将所述调整信息发送所述无人机，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度以完成所述预设飞行轨迹。上述方法实现在室内或室外精确掌握无人机的飞行状态，实现了无人机的智能化飞行。
【专利说明】无人机空间导航方法、无人机控制系统及控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及导航技术，尤其涉及一种无人机空间导航方法、无人机控制系统及控制装置。
【背景技术】
[0002]现有技术中无人机的导航设备可包括:人工遥控装置、包含机载摄像在内的传感器导航装置，以及机载全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)导航仪等。
[0003]然而，人工遥控装置耗费人力，通过人眼确定无人机的飞行状态无法使无人机持续工作较长时间，且无法精确控制无人机，进而无法扩大无人机应用范围。
[0004]包括机载摄像在内的传感器导航装置容易增加无人机的负载，导致无人机的可持续工作时间不长；此外，该传感器导航装置无法对周边障碍物、无人机需到达的目标物进行较好判断。
[0005]GPS导航仪对无人机的导航在较长时间和较长距离上精度比较高，但是GPS导航仪无法实现无人机在室内的导航，在室外，GPS导航仪无法对无人机周边复杂地形进行识别和侦查。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种无人机空间导航方法、无人机控制系统及控制装置，用于实现在室内或室外精确掌握无人机的飞行状态，实现无人机的智能化自主飞行。
[0007]第一方面，本发明提供一种无人机空间导航方法，包括:
[0008]确定无人机的飞行范围，根据所述飞行范围调整图像采集装置的图像采集范围，所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像；
[0009]根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息和所述无人机当前的状态参数；
[0010]根据所述无人机的位置信息、所述状态参数和预设的飞行轨迹，确定所述无人机的调整信息；
[0011]将所述调整信息发送所述无人机，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度以完成所述预设的飞行轨迹。
[0012]可选地，所述根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息，包括:
[0013]对每一图像采集装置中一帧以上的图像进行处理，确定每一图像中所述无人机的二维坐标信息；
[0014]将所述无人机对应的所有二维坐标信息进行转换，获得所述无人机在三维空间的
位置信息。
[0015]可选地，所述根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前的状态参数，包括:[0016]确定所述无人机当前位置信息对应的第一时间点，获取无人机在第二时间点的位置信息；所述第二时间点小于所述第一时间点，且所述第一时间点与所述第二时间点的差值为预设值；
[0017]根据所述无人机在第一时间点的位置信息、第二时间点的位置信息，确定所述无人机当前的航向和当前的飞行速度。
[0018]可选地，若所述无人机预设的飞行轨迹是到达所述飞行范围内的目标物，则所述根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息和所述无人机当前的状态参数的步骤之前，所述方法还包括:
[0019]确定所述目标物在所述飞行范围内的位置信息；
[0020]相应地，所述根据所述无人机的位置信息、所述状态参数和预设的飞行轨迹，确定所述无人机的调整信息，包括:
[0021]根据所述目标物的位置信息、所述无人机的位置信息和所述无人机的状态参数，确定所述无人机的调整信息。
[0022]可选地，所述确定所述目标物在所述飞行范围内的位置信息，包括:
[0023]采用图像识别方式从所述图像采集装置的视频图像中识别出所述目标物，并确定每一视频图像中所述目标物的二维坐标信息；
[0024]将所述目标物对应的所有二维坐标信息进行转换，获取所述目标物在三维空间的
位置信息。
[0025]第二方面，本发明提供一种无人机控制系统，包括:
[0026]控制装置和两个以上的图像采集装置；
[0027]所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像；
[0028]所述控制装置用于根据所述图像采集装置采集的图像确定所述无人机的位置信息和所述无人机的状态参数，以及根据所述位置信息和所述状态参数确定发送所述无人机的调整信息，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度。
[0029]可选地，任意两个图像采集装置的固定方位不相同。
[0030]第三方面，本发明提供一种控制装置，包括:
[0031]飞行范围确定单元，用于确定无人机的飞行范围，根据所述飞行范围调整图像采集装置的图像采集范围，所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像；
[0032]无人机参数获取单元，用于根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息和所述无人机当前的状态参数；
[0033]调整信息确定单元，用于根据所述无人机参数获取单元获取的位置信息、状态参数和预设的飞行轨迹，确定所述无人机的调整信息；
[0034]发送单元，用于将所述调整信息确定单元确定的所述调整信息发送所述无人机，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度以完成所述预设飞行轨迹。
[0035]可选地，所述无人机参数获取单元，具体用于
[0036]对每一图像采集装置中一帧以上的图像进行处理，确定每一图像中所述无人机的二维坐标信息；
[0037]将所述无人机对应的所有二维坐标信息进行转换，获得所述无人机在三维空间的位置信息；[0038]确定所述无人机当前位置信息对应的第一时间点，获取无人机在第二时间点的位置信息；所述第二时间点小于所述第一时间点，且所述第一时间点与所述第二时间点的差值为预设值；
[0039]根据所述无人机在第一时间点的位置信息、第二时间点的位置信息，确定所述无人机当前的航向和当前的飞行速度。
[0040]由上述技术方案可知，本发明的无人机空间导航方法、无人机控制系统及控制装置，首先确定无人机的飞行范围并调整图像采集装置的图像采集范围，进而根据图像采集装置采集的图像获取无人机当前的位置信息和状态参数，结合获取的无人机当前的位置信息和当前的状态参数，以及预设的飞行轨迹确定无人机的调整信息，以使无人机根据调整信息调整当前的航向和速度以完成所述预设的飞行轨迹，进而实现在室内或室外精确掌握无人机的飞行状态，实现了无人机的智能化自主飞行。
【专利附图】
【附图说明】
[0041]图1为本发明一实施例提供的无人机空间导航方法的流程示意图；
[0042]图2为本发明另一实施例提供的无人机空间导航方法的流程示意图；
[0043]图3为本发明一实施例提供的图像采集装置的分布示意图；
[0044]图4为本发明另一实施例提供的无人机控制系统的结构示意图；
[0045]图5为本发明一实施例提供的控制装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0047]图1为本发明一实施例提供的无人机空间导航方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的无人机空间导航方法如下所述。
[0048]101、确定无人机的飞行范围，根据所述飞行范围调整图像采集装置的图像采集范围，所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像。
[0049]可理解的是，在确定无人机飞行之前，需要对无人机的飞行的工作范围即飞行范围标定，以便确定图像米集装置的视频米集范围。
[0050]102、根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息和所述无人机当前的状态参数。
[0051]举例来说，对每一图像采集装置中一帧以上的图像进行处理，确定每一图像中所述无人机的二维坐标信息；
[0052]将所述无人机对应的所有二维坐标信息进行转换，获得所述无人机在三维空间的
位置信息。
[0053]103、根据所述无人机的位置信息、所述状态参数和预设的飞行轨迹，确定所述无人机的调整信息。
[0054]104、将所述调整信息发送所述无人机，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度以完成所述预设飞行轨迹。
[0055]在具体应用过程中，前述步骤102中的“根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前的状态参数”可具体如下的图中未示出的步骤102a和步骤102b。
[0056]102a、确定所述无人机当前位置信息对应的第一时间点，获取无人机在第二时间点的位置信息；所述第二时间点小于所述第一时间点，且所述第一时间点与所述第二时间点的差值为预设值；
[0057]102b、根据所述无人机在第一时间点的位置信息、第二时间点的位置信息，确定所述无人机当前的航向和当前的飞行速度。
[0058]应说明的是，本实施例中的无人机中设置有可接收调整信息的接收单元。
[0059]前述的预设的飞行轨迹可为无人机到达终点的飞行路线，或者无人机达到目标物的飞行路线等。举例来说，本实施例中无人机根据调整信息可以稳定的悬停在飞行路线的某一点上。
[0060]在本实施例中，上述无人机空间导航方法，首先确定无人机的飞行范围并调整图像采集装置的图像采集范围，进而根据图像采集装置采集的图像获取无人机当前的位置信息和状态参数，结合获取的无人机当前的位置信息和当前的状态参数，以及预设的飞行轨迹确定无人机的调整信息，以使无人机根据调整信息调整当前的航向和速度以完成所述预设的飞行轨迹，进而实现在室内或室外精确掌握无人机的飞行状态，实现了无人机的智能化飞行。
[0061]图2示出了本发明另一实施例提供的无人机空间导航方法的流程示意图，图3示出了本发明一实施例提供的图像采集装置的分布示意图，结合图2和图3所示，本实施例的无人机空间导航方法如下所述。
[0062]应说明的是，在本实施例中，无人机可在室内飞行，且飞行轨迹可为飞机通过障碍物到达目标物,如图3所示。
[0063]本实施例中的无人机控制系统可包括两个图像采集装置(如摄像机)，如图3所示，一个图像采集装置的采集范围可为无人机的最大飞行范围。当然，本实施例不限定无人机控制系统的图像采集装置的数量。
[0064]在具体应用中，无人机控制系统中的图像采集装置可根据无人机的飞行范围预先安装，通过无人机控制系统调整多个图像采集装置的采集范围。
[0065]201、确定无人机的飞行范围，根据所述飞行范围调整图像采集装置的图像采集范围，所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像。
[0066]也就是说，在确定无人机飞行之前，需要对无人机的飞行的工作范围即飞行范围标定，进而确定图像采集装置的数量，以及每一图像采集装置的图像采集范围/视频采集范围。
[0067]应说明的是，本实施例中每一图像采集装置的固定方位唯一，即任意两个图像采集装置的固定方位可不相同。可选地，每一图像采集装置的图像/视频采集范围可包含无人机的最大飞行范围。
[0068]当然，在具体应用中，图像采集装置的数量可根据飞行范围灵活设置，且通过视频拼接方式扩展每一图像采集装置的视频采集范围，进而可扩大无人机的最大飞行范围。
[0069]202、根据图像采集装置采集的视频图像，确定所述目标物在所述飞行范围内的位
置信息。[0070]举例来说，采用图像识别方式从所述图像采集装置的视频图像中识别出所述目标物，并确定每一视频图像中所述目标物的二维坐标信息；
[0071]进一步地，将所述目标物对应的所有二维坐标信息进行转换，获取所述目标物在三维空间的位置信息。
[0072]也就是说，本实施例中目标物的位置信息为三维空间中位置坐标信息。
[0073]在具体应用中，可采用局部特征描述算子的识别方式识别图像采集装置的视频图像中目标物的位置。
[0074]203、根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，对每一图像采集装置中一帧以上的图像进行处理，确定每一图像中所述无人机的二维坐标信息。
[0075]204、将所述无人机对应的所有二维坐标信息进行转换，获得无人机当前在三维空间的位置信息。
[0076]在具体应用中，每一图像采集装置可采用视频图像的帧差方式对运动的无人机进行检测，进而控制装置可在图像采集装置获取的视频图像中采用矩形标示无人机，并使矩形的中心点坐标近似代表无人机的当前二维坐标信息。
[0077]根据多个无人机的二维坐标信息可转换得到无人机的三维空间的位置信息。即根据多个图像采集装置的方位和无人机的二维坐标信息得到无人机的三维空间的位置信息。
[0078]205、确定所述无人机当前位置信息对应的第一时间点，获取无人机在第二时间点的位置信息；所述第二时间点小于所述第一时间点，且所述第一时间点与所述第二时间点的差值为预设值。
[0079]例如，预设值可为100ms，或者50ms等。
[0080]206、根据所述无人机在第一时间点的位置信息、第二时间点的位置信息，确定所述无人机当前的航向和当前的飞行速度。
[0081]在具体应用中，根据无人机当前位置信息(即三维坐标信息)，可通过与图像采集装置的η帧图像之前确定的无人机三维空间的位置信息进行差值，得出无人机的航向(包括水平航向和垂直航向)，飞行速度等信息。N为大于零的正数。
[0082]207、根据所述无人机的位置信息、所述状态参数和所述目标物的位置信息，确定所述无人机的调整信息。
[0083]208、将所述调整信息发送所述无人机，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度以绕过障碍物到达目标物。
[0084]上述无人机空间导航方法中的图像采集装置可实现对无人机的实时跟踪识别，获得无人机的位置信息和状态参数，进而可结合无人机的飞行轨迹向无人机发出调整信息/调整信号，使得无人机根据调整信息/调整信号对自身姿态如航向、速度等进行调整，进而完成飞行任务。
[0085]本发明的无人机空间导航方法可控制无人机在室内进行飞行，且能够实现高精度的调整无人机状态参数，无需人工操控，实现自主式无人机智能作业。
[0086]应说明的是，前述步骤202中的目标物还可为无人机在飞行轨迹中的障碍物，由此，无人机控制系统可根据障碍物的位置信息，确定无人机的航向和速度，以调整无人机绕过障碍物，达到最终的目标物。
[0087]图4为本发明一实施例提供的无人机控制系统的结构示意图，如图4所示，本实施例的无人机控制系统可包括:控制装置41和两个以上的图像采集装置42 ；
[0088]所述图像采集装置42用于实时采集所述无人机的图像；
[0089]所述控制装置41用于根据所述图像采集装置42采集的图像确定所述无人机的位置信息和所述无人机的状态参数，以及根据所述位置信息和所述状态参数确定发送所述无人机的调整信息，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度。
[0090]举例来说，图像采集装置42可为摄像机，或摄像头或者其他能够进行视频采集的装直。
[0091]本实施例的图像采集装置42可通过传输线与控制装置41连接，由此，图像采集装置42可将实时采集的视频信息传输给控制装置41，以使控制装置41根据图像采集装置42采集的视频信息确定无人机的飞行范围、状态参数、位置信息等。
[0092]在本实施例中，多个图像采集装置42的固定方位可不相同。如图3中所示的两个图像采集装置42的固定方位可间隔一定的角度。也就是说，任意两个图像采集装置的固定方位不相同。当然，在飞行范围比较大的时候，可使两个或多个图像采集装置的固定方位相同，以通过视频拼接方式达到对飞行范围的覆盖。例如，在图3中，将图像采集装置架设于某一固定方位，该方位使得图像采集装置的视野能够包含无人机的最大飞行范围。将另一图像采集装置架设于与上述图像采集装置成一定角度的固定方位，该方位也能使得图像采集装置的视野能够包含无人机需要的最大飞行范围。由此，两个图像采集装置即可建立起无人机飞行的三维空间坐标系。当然，图3中的摄像机可根据无人机的飞行范围灵活增加数量，不局限于两台摄像机。位于同一平面的摄像机之间可通过视频拼接方式扩展视频采集范围。
[0093]应说明的是，本实施例中的控制装置41中设置有无线发射模块，该无线发射模块可将调整信息发送无人机。当然，无人机中设置有无线接收模块，以便接收控制装置41发出的调整信息，进而根据调整信息调整自己的航向和速度，以绕过障碍物达到目标物，较好的完成飞行任务。
[0094]上述无人机控制系统能够控制无人机在室内或者一定范围的室外环境下实现自主飞行，实现了无人机的智能化自主飞行。
[0095]图5为本发明一实施例提供的控制装置的结构示意图，如图5所示，本实施例的控制装置可包括:飞行范围确定单元51、无人机参数获取单元52、调整信息确定单元53和发送单元54 ；
[0096]其中，飞行范围确定单元51用于确定无人机的飞行范围，根据所述飞行范围调整图像采集装置的图像采集范围，所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像；
[0097]无人机参数获取单元52用于根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息和所述无人机当前的状态参数；
[0098]调整信息确定单元53用于根据所述无人机参数获取单元获取的位置信息、状态参数和预设的飞行轨迹，确定所述无人机的调整信息；
[0099]发送单元54用于将所述调整信息确定单元确定的所述调整信息发送所述无人机，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度以完成所述预设飞行轨迹。
[0100]在具体应用中，前述的无人机参数获取单元52可具体用于:
[0101]对每一图像采集装置中一帧以上的图像进行处理，确定每一图像中所述无人机的二维坐标信息；
[0102]将所述无人机对应的所有二维坐标信息进行转换，获得所述无人机在三维空间的位置信息；
[0103]确定所述无人机当前位置信息对应的第一时间点，获取无人机在第二时间点的位置信息；所述第二时间点小于所述第一时间点，且所述第一时间点与所述第二时间点的差值为预设值；
[0104]根据所述无人机在第一时间点的位置信息、第二时间点的位置信息，确定所述无人机当前的航向和当前的飞行速度。
[0105]本实施例中的控制装置可与多个图像采集装置结合，实现对无人机的智能控制，实现无人机在室内或室外都能够实现自主飞行。
[0106]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
【权利要求】
1.一种无人机空间导航方法，其特征在于，包括: 确定无人机的飞行范围，根据所述飞行范围调整图像采集装置的图像采集范围，所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像； 根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息和所述无人机当前的状态参数； 根据所述无人机的位置信息、所述状态参数和预设的飞行轨迹，确定所述无人机的调整信息； 将所述调整信息发送所述无人机，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度以完成所述预设的飞行轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息，包括: 对每一图像采集装置中一帧以上的图像进行处理，确定每一图像中所述无人机的二维坐标信息； 将所述无人机对应的所有二维坐标信息进行转换，获得所述无人机在三维空间的位置信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前的状态参数，包括: 确定所述无人机当前位置信息对应的第一时间点，获取无人机在第二时间点的位置信息；所述第二时间点小于所述第一时间点，且所述第一时间点与所述第二时间点的差值为预设值； 根据所述无人机在第一时间点的位置信息、第二时间点的位置信息，确定所述无人机当前的航向和当前的飞行速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述无人机预设的飞行轨迹是到达所述飞行范围内的目标物，则所述根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息和所述无人机当前的状态参数的步骤之前，所述方法还包括: 确定所述目标物在所述飞行范围内的位置信息； 相应地，所述根据所述无人机的位置信息、所述状态参数和预设的飞行轨迹，确定所述无人机的调整信息，包括: 根据所述目标物的位置信息、所述无人机的位置信息和所述无人机的状态参数，确定所述无人机的调整信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述目标物在所述飞行范围内的位置信息，包括: 采用图像识别方式从所述图像采集装置的视频图像中识别出所述目标物，并确定每一视频图像中所述目标物的二维坐标信息； 将所述目标物对应的所有二维坐标信息进行转换，获取所述目标物在三维空间的位置信息。
6.一种无人机控制系统，其特征在于，包括: 控制装置和两个以上的图像采集装置；所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像； 所述控制装置用于根据所述图像采集装置采集的图像确定所述无人机的位置信息和所述无人机的状态参数，以及根据所述位置信息和所述状态参数确定发送所述无人机的调整信息，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，任意两个图像采集装置的固定方位不相同。
8.—种控制装置，其特征在于，包括: 飞行范围确定单元，用于确定无人机的飞行范围，根据所述飞行范围调整图像采集装置的图像采集范围，所述图像采集装置用于实时采集所述无人机的图像； 无人机参数获取单元，用于根据所述图像采集装置实时采集的所述无人机的图像，确定所述无人机当前所在的位置信息和所述无人机当前的状态参数； 调整信息确定单元，用于根据所述无人机参数获取单元获取的位置信息、状态参数和预设的飞行轨迹，确定所述无人机的调整信息； 发送单元，用于将所述调整信息确定单元确定的所述调整信息发送所述无人机，以使所述无人机根据所述调整信息调整当前的航向和速度以完成所述预设飞行轨迹。
9.根据权利要求 8所述的装置，其特征在于，所述无人机参数获取单元，具体用于 对每一图像采集装置中一帧以上的图像进行处理，确定每一图像中所述无人机的二维坐标信息； 将所述无人机对应的所有二维坐标信息进行转换，获得所述无人机在三维空间的位置信息； 确定所述无人机当前位置信息对应的第一时间点，获取无人机在第二时间点的位置信息；所述第二时间点小于所述第一时间点，且所述第一时间点与所述第二时间点的差值为预设值； 根据所述无人机在第一时间点的位置信息、第二时间点的位置信息，确定所述无人机当前的航向和当前的飞行速度。
【文档编号】G05D1/10GK104007767SQ201410203558
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】孙明, 陈方平, 王巧, 李晓, 马佳瑶, 刘云玲 申请人:中国农业大学