CN102785780B - 无人飞行载具控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种无人飞行载具控制系统及方法，该方法包括如下步骤：获取无人飞行载具的摄像装置摄取的场景影像；在获取的场景影像中侦测物体，并获取侦测到的物体到无人飞行载具的距离；当该距离小于预设值时，获取无人飞行载具的指示方向；根据该无人飞行载具的指示方向，计算无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度；根据计算出的相对位置与相对角度确定无人飞行载具的不当飞行方向；将该无人飞行载具的不当飞行方向与警示信号发送给控制器。利用本发明可以自动过滤控制器对无人飞行载具下达的不当飞行指令。

Description

无人飞行载具控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种控制系统及方法，尤其涉及一种无人飞行载具控制系统及方法。

背景技术

传统的无人飞行载具(UnmannedAerialVehicle，UAV)仅能倚赖操作人员于中央控制台以遥控器进行飞行控制，操作者仅能依赖目视确认无人飞行载具的飞行路线、方向及障碍物位置。若操作人员因操作不当，或一时分神未留意无人飞行载具的飞行状况，即可能导致无人飞行载具撞上障碍物而发生坠机事故。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种无人飞行载具控制系统及方法，其可自动过滤控制器对无人飞行载具下达的不当飞行指令，避免无人飞行载具撞上障碍物。

一种无人飞行载具控制系统，该系统包括：

影像获取模块，用于获取无人飞行载具的摄像装置摄取的场景影像，该摄像装置获取场景影像中被摄物体各点与摄像装置的镜头之间的距离信息；

物体侦测模块，用于利用物体侦测技术，在获取的场景影像中侦测物体，并获取侦测到的物体到摄像装置的镜头的距离，作为该侦测到的物体到无人飞行载具的距离；

方向获取模块，用于当该距离小于预设值时，获取无人飞行载具内建的电子罗盘侦测到的无人飞行载具的指示方向；

方向分析模块，用于根据该无人飞行载具的指示方向，计算无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度，所述方向分析模块根据该无人飞行载具的指示方向，计算无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度包括步骤(1)及(2)：

(1)以无人飞行载具的指示方向为基准建立坐标系，以确定无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置，其中，X轴正方向代表东方，X轴负方向代表西方，Y轴正方向代表北方，Y轴负方向代表南方；

(2)获取该侦测到的物体在场景影像中的坐标(x0，y0)，根据公式x0×360÷W计算出无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对角度，其中W代表场景影像的长度；

所述方向分析模块还用于根据计算出的相对位置与相对角度确定无人飞行载具的不当飞行方向；及

数据发送模块，用于将该无人飞行载具的不当飞行方向与警示信号发送给控制器，以控制无人飞行载具的飞行方向。

一种无人飞行载具控制方法，该方法包括：

影像获取步骤，获取无人飞行载具的摄像装置摄取的场景影像，该摄像装置获取场景影像中被摄物体各点与摄像装置的镜头之间的距离信息；

物体侦测步骤，利用物体侦测技术，在获取的场景影像中侦测物体，并获取侦测到的物体到摄像装置的镜头的距离，作为该侦测到的物体到无人飞行载具的距离；

方向获取步骤，当该距离小于预设值时，获取无人飞行载具内建的电子罗盘侦测到的无人飞行载具的指示方向；

方向分析步骤一，根据该无人飞行载具的指示方向，计算无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度，所述方向分析步骤一包括步骤(1)及(2)：

(1)以无人飞行载具的指示方向为基准建立坐标系，以确定无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置，其中，X轴正方向代表东方，X轴负方向代表西方，Y轴正方向代表北方，Y轴负方向代表南方；

(2)获取该侦测到的物体在场景影像中的坐标(x0，y0)，根据公式x0×360÷W计算出无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对角度，其中W代表场景影像的长度；

方向分析步骤二，根据计算出的相对位置与相对角度确定无人飞行载具的不当飞行方向；及

数据发送步骤，将该无人飞行载具的不当飞行方向与警示信号发送给控制器，以控制无人飞行载具的飞行方向。

前述方法可以由电子装置执行，其中该电子装置具有附带了一个或多个处理器、存储器以及保存在存储器中用于执行这些方法的一个或多个模块、程序或指令集。在某些实施例中，该电子装置提供了包括无线通信在内的多种功能。

用于执行前述方法的指令可以包含在被配置成由一个或多个处理器执行的计算机程序产品中。

相较于现有技术，所述的无人飞行载具控制系统及方法，其可自动过滤控制器对无人飞行载具下达的不当飞行指令，从而避免无人飞行载具撞上障碍物。

附图说明

图1是本发明无人飞行载具较佳实施例的结构方框图。

图2是无人飞行载具控制系统的功能模块图。

图3是本发明无人飞行载具控制方法的较佳实施例的流程图。

图4和图5计算无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度的示意图。

主要元件符号说明

无人飞行载具	2
		UAV控制系统	20
存储器	21
		摄像装置	22
电子罗盘	23
		网络模组	24

处理器	26
		影像获取模块	201
物体侦测模块	202
		方向获取模块	203
方向分析模块	204
		数据发送模块	205
指令过滤模块	206

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

如图1所示，是本发明无人飞行载具较佳实施例的结构方框图。在本实施例中，该无人飞行载具(UnmannedAerialVehicle，UAV)2包括通过数据总线相连的UAV控制系统20、存储器21、摄像装置22、电子罗盘23、网络模组24和处理器26。

其中，该存储器21用于存储摄像装置22摄取的场景图像，以及UAV控制系统20的程序化代码。该UAV控制系统20用于自动过滤无人飞行载具2的控制器对无人飞行载具2下达的不当飞行指令，具体过程参见图3的描述。

在本实施例中，所述摄像装置22为一种深度摄影机(Depth-sensingCamera)，如时间飞行(TimeofFlight，TOF)摄影机，用于摄取场景影像，以及获取场景影像中被摄物体的景深信息。所述被摄物体的景深信息是指被摄物体各点与摄像装置22的镜头的距离信息。由于TOF摄像机在拍摄目标物时，将发射一定波长的信号，当信号遇到目标物时即会反射至TOF摄像机的镜头，根据信号发射与接收之间的时间差即可计算出目标物上各点与TOF摄像机镜头之间的距离信息，因此所述摄像装置22可得到场景影像中被摄物体各点与摄像装置22的镜头之间的距离信息。

在本实施例中，所述电子罗盘23为一组内建于无人飞行载具2中的电子罗盘芯片，能使无人飞行载具2具备指南针的功能。其运作原理与传统罗盘相同，皆通过感应地球磁场来识别南极和北极，只不过电子罗盘把磁针换成了磁阻传感器，应用了霍尔效应，利用洛仑磁力会造成电流中电子的偏向，来算得电压变化的数据，从而得知无人飞行载具2的指示方向。

所述网络模组24用于通过有线或无线网络传输方式，提供无人飞行载具2与其它电子设备(如无人飞行载具的控制器)的网络通讯功能和数据传输功能。上述有线或无线网络传输方式包含，但不限于传统网络连接、GPRS、Wi-Fi/WLAN、3G/WCDMA、3.5G/HSDPA等。

为实现无人飞行载具2与控制器的通讯，所述无人飞行载具2的控制器中安装有信号发射器。所述控制器通过信号发射器将控制器的控制指令传送给无人飞行载具2的信号接收器。在本实施例中，所述控制器用于控制无人飞行载具2的飞行方向。所述控制器包括一个操控杆。该操控杆可以前、后、左、右扳动，以控制无人飞行载具2向北、向南、向西、向东移动。

在本实施例中，所述UAV控制系统20可以被分割成一个或多个模块，所述一个或多个模块被存储在所述存储器21中并被配置成由一个或多个处理器(本实施例为一个处理器26)执行，以完成本发明。例如，参阅图2所示，所述UAV控制系统20被分割成影像获取模块201、物体侦测模块202、方向获取模块203、方向分析模块204、数据发送模块205和指令过滤模块206。本发明所称的模块是完成一特定功能的程序段，比程序更适合于描述软件在无人飞行载具2中的执行过程。

如图3所示，是本发明无人飞行载具控制方法的较佳实施例的流程图。

步骤S10，影像获取模块201获取无人飞行载具2的摄像装置22摄取的场景影像。在本实施例中，无人飞行载具2安装有一个摄像装置22，该摄像装置22安装于无人飞行载具2的前方。在其它实施例中，也可以在无人飞行载具2上安装多个摄像装置22。例如，在无人飞行载具2的前方、后方、左边、右边分别安装四个摄像装置22。

步骤S11，物体侦测模块202利用物体侦测技术，在获取的场景影像中侦测物体，并获取侦测到的物体到摄像装置22的镜头的距离，作为该侦测到的物体到无人飞行载具2的距离。其中，该侦测到的物体视作无人飞行载具2的障碍物。在本实施例中，所述物体侦测技术可以采用Robust实时对象检测方法(RobustReal-timeObjectDetectionMethod)。

步骤S12，物体侦测模块202判断该距离是否小于预设值。如果该距离小于预设值，则执行步骤S13。如果该距离大于或等于预设值，则返回步骤S10。在本实施例中，所述预设值可以取10米。

在其它实施例中，如果无人飞行载具2上安装有多个摄像装置22，则物体侦测模块202获取侦测到的物体到每个摄像装置22的镜头的距离，截取最短的距离作为该侦测到的物体到无人飞行载具2的距离。

步骤S13，方向获取模块203获取无人飞行载具2内建的电子罗盘23侦测到的无人飞行载具2的指示方向。

在本实施例中，所述无人飞行载具2的指示方向包括主要指示方向、偏移方向和偏移角度。其中，第一位英文数字为无人飞行载具2的主要指示方向，第二位英文数字为无人飞行载具2的偏移方向，第三位数字为偏移角度。例如，无人飞行载具2的指示方向为N-E20°，其中，主要指示方向为北方(N)，偏移方向为东方(E)，偏移角度为20度。

步骤S14，方向分析模块204根据该无人飞行载具2的指示方向，计算无人飞行载具2与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度。

举例而言，参阅图4所示，假设X轴正方向代表东方(E)，X轴负方向代表西方(W)，Y轴正方向代表北方(N)，Y轴负方向代表南方(S)。其中，A代表摄像装置22摄取的场景影像，B代表无人飞行载具2，C代表在场景影像A中侦测到的物体。假设场景影像A的长度为W，高度为H，无人飞行载具2的指示方向为：N-0°(正北方)，则方向分析模块204以无人飞行载具2的指示方向为基准建立坐标系，以确定无人飞行载具2与侦测到的物体C之间的相对位置为：北偏西(N-W)。在本实施例中，场景影像A的长度W代表360度，即-180°-180°。

然后，方向分析模块204获取该侦测到的物体C在场景影像中的坐标(x0，y0)，根据公式x0×360÷W计算出无人飞行载具2与侦测到的物体C之间的相对角度(如30度)。则方向分析模块204确定无人飞行载具2与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度为N-W30°(参阅图5所示)。

步骤S15，方向分析模块204根据计算出的相对位置与相对角度确定无人飞行载具2的不当飞行方向。

具体而言，方向分析模块204以该计算出的相对位置和相对角度为基准，向左右各展开预设角度值α，得到该无人飞行载具2的不当飞行方向。在本实施例中，所述预设角度值α取20度。例如，假设无人飞行载具2与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度为N-W30°，则无人飞行载具2的不当飞行方向为[N-W10°，N-W50°]。

步骤S16，数据发送模块205将该无人飞行载具2的不当飞行方向与警示信号发送给控制器，以控制无人飞行载具2的飞行方向。控制器收到该不当飞行方向与警示信号后，开启警示灯号，提醒使用者修正无人飞行载具2的飞行方向。

在其它实施例中，该方法还包括如下步骤：当无人飞行载具2接收到控制器发送过来的包含不当飞行方向的控制指令时，指令过滤模块206过滤掉该包含不当飞行方向的控制指令，以避免无人飞行载具2撞上障碍物。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种无人飞行载具控制系统，其特征在于，该系统包括：

影像获取模块，用于获取无人飞行载具的摄像装置摄取的场景影像，该摄像装置获取场景影像中被摄物体各点与摄像装置的镜头之间的距离信息；

物体侦测模块，用于利用物体侦测技术，在获取的场景影像中侦测物体，并获取侦测到的物体到摄像装置的镜头的距离，作为该侦测到的物体到无人飞行载具的距离；

方向获取模块，用于当该距离小于预设值时，获取无人飞行载具内建的电子罗盘侦测到的无人飞行载具的指示方向；

方向分析模块，用于根据该无人飞行载具的指示方向，计算无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度，所述方向分析模块根据该无人飞行载具的指示方向，计算无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度包括步骤(1)及(2)：

(1)以无人飞行载具的指示方向为基准建立坐标系，以确定无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置，其中，Y轴正方向代表飞行载具的指示方向，Y轴负方向代表与飞行载具的指示方向相反的方向，X轴正方向与飞行载具的指示方向垂直并相对飞行载具的指示方向顺时针旋转90度，X轴负方向与飞行载具的指示方向垂直并相对飞行载具的指示方向逆时针旋转90度；

(2)获取该侦测到的物体在场景影像中的坐标(x0，y0)，根据公式x0×360÷W计算出无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对角度，其中W代表场景影像的长度；

所述方向分析模块还用于根据计算出的相对位置与相对角度确定无人飞行载具的不当飞行方向；及

数据发送模块，用于将该无人飞行载具的不当飞行方向与警示信号发送给控制器，以控制无人飞行载具的飞行方向。

2.如权利要求1所述的无人飞行载具控制系统，其特征在于，该系统还包括：

指令过滤模块，用于当无人飞行载具接收到控制器发送过来的包含不当飞行方向的控制指令时，过滤掉该包含不当飞行方向的控制指令。

3.如权利要求1所述的无人飞行载具控制系统，其特征在于，所述无人飞行载具的指示方向包括主要指示方向、偏移方向和偏移角度。

4.如权利要求1所述的无人飞行载具控制系统，其特征在于，所述方向分析模块根据计算出的相对位置与相对角度确定无人飞行载具的不当飞行方向包括：

以该计算出的相对位置和相对角度为基准，向左右各展开预设角度值，得到该无人飞行载具的不当飞行方向。

5.一种无人飞行载具控制方法，其特征在于，该方法包括：

影像获取步骤，获取无人飞行载具的摄像装置摄取的场景影像，该摄像装置获取场景影像中被摄物体各点与摄像装置的镜头之间的距离信息；

物体侦测步骤，利用物体侦测技术，在获取的场景影像中侦测物体，并获取侦测到的物体到摄像装置的镜头的距离，作为该侦测到的物体到无人飞行载具的距离；

方向获取步骤，当该距离小于预设值时，获取无人飞行载具内建的电子罗盘侦测到的无人飞行载具的指示方向；

方向分析步骤一，根据该无人飞行载具的指示方向，计算无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置与相对角度，所述方向分析步骤一包括步骤(1)及(2)：

(1)以无人飞行载具的指示方向为基准建立坐标系，以确定无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对位置，其中，Y轴正方向代表飞行载具的指示方向，Y轴负方向代表与飞行载具的指示方向相反的方向，X轴正方向与飞行载具的指示方向垂直并相对飞行载具的指示方向顺时针旋转90度，X轴负方向与飞行载具的指示方向垂直并相对飞行载具的指示方向逆时针旋转90度；

(2)获取该侦测到的物体在场景影像中的坐标(x0，y0)，根据公式x0×360÷W计算出无人飞行载具与侦测到的物体之间的相对角度，其中W代表场景影像的长度；

方向分析步骤二，根据计算出的相对位置与相对角度确定无人飞行载具的不当飞行方向；及

数据发送步骤，将该无人飞行载具的不当飞行方向与警示信号发送给控制器，以控制无人飞行载具的飞行方向。

6.如权利要求5所述的无人飞行载具控制方法，其特征在于，该方法还包括：

指令过滤步骤，当无人飞行载具接收到控制器发送过来的包含不当飞行方向的控制指令时，过滤掉该包含不当飞行方向的控制指令。

7.如权利要求5所述的无人飞行载具控制方法，其特征在于，所述无人飞行载具的指示方向包括主要指示方向、偏移方向和偏移角度。

8.如权利要求5所述的无人飞行载具控制方法，其特征在于，所述方向分析步骤二包括：

以该计算出的相对位置和相对角度为基准，向左右各展开预设角度值，得到该无人飞行载具的不当飞行方向。