CN102809969A - 无人飞行载具控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无人飞行载具控制系统，应用于无人飞行载具UAV。该UAV包括致动单元及摄像装置，该摄像装置利用镜头捕获场景区域的连续场景影像。该系统在UAV利用摄像装置进行场景拍摄过程中持续侦测出人型影像在场景影像中的位置及所占比例，并根据人型影像的位置及比例自动产生调整摄像装置的镜头的偏转角度及焦距的指令，及调整UAV 100的飞行方向、高度及速度的指令，以获得清晰的人型影像。本发明还提供一种无人飞行载具控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人飞行载具控制系统及方法。
背景技术
无人飞行载具(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)，例如遥控飞机，被越来越多地用作玩具、航模，或者是民用或军用进行安全监控。传统的UAV不具备人物自动识别及追踪功能，只能通过专用遥控器控制UAV的飞行动作。
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，可以自动分析实时场景影像，识别场景影像中出现的人型资料，并根据人型资料自动调整UAV内置的摄像装置镜头参数及UAV的飞行动作。
一种无人飞行载具控制系统，应用于无人飞行载具UAV。该UAV包括致动单元及摄像装置，该摄像装置利用镜头捕获场景区域的连续场景影像。该系统采用人型侦测技术侦测场景影像中的人型影像，对人型影像进行方形区域标定，当方形区域中心与场景影像中心不重合时，产生第一控制指令至致动单元以控制镜头作相应偏转操作，使得方形区域中心与场景影像中心靠近。当镜头的偏转角度已经调整到镜头角度偏转范围的阀值，但方形区域中心与场景影像中心仍未重合时，该系统产生第二控制指令至致动单元以控制UAV调整飞行方向及飞行高度，直到方形区域中心与场景影像中心重合。当方形区域中心与场景影像中心重合但方形区域在场景影像中所占面积比例落入预设比例范围之外时，该系统产生第三控制指令至致动单元以控制镜头作焦距调整，以调整方形区域在场景影像中所占面积比例。当镜头的焦距已经调整到镜头变焦范围的阀值，但方形区域在场景影像所占面积比例仍未落入预设比例范围之内时，该系统产生第四控制指令至致动单元以控制UAV与被跟踪人物之间的距离，使得方形区域在场景影像中所占面积比例落入预设比例范围之内。
一种无人飞行载具控制方法，应用于无人飞行载具UAV。该UAV包括致动单元及摄像装置，该摄像装置利用镜头捕获场景区域的连续场景影像。该方法包括：(A)采用人型侦测技术侦测场景影像中的人型影像，并对人型影像进行方形区域标定；(B)当方形区域中心与场景影像中心不重合时，产生第一控制指令至致动单元以控制镜头作相应偏转操作，使得方形区域中心与场景影像中心靠近；(C)当镜头的偏转角度已经调整到镜头角度偏转范围的阀值，但方形区域中心与场景影像中心仍未重合时，产生第二控制指令至致动单元以控制UAV调整飞行方向及飞行高度，直到方形区域中心与场景影像中心重合；(D)当方形区域中心与场景影像中心重合但方形区域在场景影像中所占面积比例落入预设比例范围之外时，产生第三控制指令至致动单元以控制镜头作焦距调整，以调整方形区域在场景影像中所占面积比例；及(E)当镜头的焦距已经调整到镜头变焦范围的阀值，但方形区域在场景影像所占面积比例仍未落入预设比例范围之内时，产生第四控制指令至致动单元以控制UAV与被跟踪人物之间的距离，使得方形区域在场景影像中所占面积比例落入预设比例范围之内。
相较于现有技术，本发明所提供的无人飞行载具控制系统及方法，可以自动分析实时场景影像，识别场景影像中出现的人型资料，并根据人型资料自动调整UAV内置的摄像装置镜头参数及UAV的飞行动作。
附图说明
图1是本发明无人飞行载具控制系统较佳实施例的应用环境图。
图2A及图2B是本发明无人飞行载具控制方法较佳实施例的流程图。
图3及图4是无人飞行载具内置的摄像装置获取的场景影像的示意图。
主要元件符号说明
| UAV | 100 |
| UAV控制系统 | 10 |
| 人型侦测模块 | 11 |
| 镜头调整模块 | 12 |
| UAV飞行控制模块 | 13 |
| 致动单元 | 20 |
| 摄像装置 | 30 |
| 存储器 | 40 |
| 微处理器 | 50 |
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
参阅图1所示，是本发明无人飞行载具(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)控制系统10较佳实施例的应用环境图。该UAV控制系统10应用于UAV 100，该UAV 100还包括致动单元20、摄像装置30、存储器40及微处理器50。
摄像装置30为具备夜视功能及平移/倾斜/缩放(pan/tilt/zoom，PTZ)功能之摄像机，用于拍摄场景区域的连续场景影像。
UAV控制系统10用于在UAV 100利用摄像装置30进行场景拍摄过程中持续侦测出人型影像在场景影像中的位置及所占比例，并根据人型影像的位置及比例自动产生调整摄像装置30的镜头的偏转角度及焦距的指令，及调整UAV 100的飞行方向、高度及速度的指令，以获得清晰的人型影像。
致动单元20是一种驱动马达，其用于根据UAV控制系统10下达的控制指令在摄像装置30的角度偏转范围及变焦范围内调整摄像装置30的镜头的偏转角度及焦距，及调整UAV 100的飞行方向、高度及速度。
在本实施例中，所述的UAV控制系统10包括人型侦测模块11、镜头调整模块12及UAV飞行控制模块13。本发明所称的模块可以为由多个电子元器件构成的硬件芯片，也可以为由一系列计算指令组成的计算机程序段。本实施例所述的模块是一种能够被UAV 100的微处理器50所执行并且能够完成固定功能的计算机程序段，其存储在UAV 100的存储器40中。
人型侦测模块11用于采用人型侦测技术对场景影像进行影像侦测以判断场景影像中是否包含人型影像。本发明所述的人型侦测技术是一种现有技术，其实作方式为先搜集大量各式不同的人型影像数据，从而建立完善的人型样本，以此人型样本作为判断场景影像是否包含人型影像的比较依据。
镜头调整模块12用于对人型影像进行方形区域标定，当方形区域中心与场景影像中心不重合时，产生第一控制指令控制摄像装置30的镜头作相应偏转操作，使得方形区域中心与场景影像中心靠近。
UAV飞行控制模块13用于当摄像装置30的镜头的偏转角度已经调整到镜头角度偏转范围的阀值，例如最大或最小可偏转阀值，但是方形区域中心与场景影像中心仍未重合时，产生第二控制指令控制UAV 100调整飞行方向及飞行高度，直到方形区域中心与场景影像中心重合。
镜头调整模块12还用于，当方形区域中心与场景影像中心重合但方形区域在场景影像中所占的面积比例落入预设比例范围之外时，产生第三控制指令控制摄像装置30的镜头作焦距调整，以调整方形区域在场景影像中所占的面积比例。
UAV飞行控制模块13还用于，当摄像装置30的镜头的焦距已经调整到镜头变焦范围的阀值，例如最大或最小焦距阀值，但是方形区域在场景影像中所占的面积比例仍未落入预设比例范围之内时，产生第四控制指令控制UAV 100调整飞行速度以调整UAV 100与被跟踪人物之间的距离，使得方形区域在场景影像中所占的面积比例落入预设比例范围之内。
参阅图2A及2B所示，是本发明UAV控制方法较佳实施例的流程图。
步骤S201，摄像装置30对场景进行拍摄以获取场景影像。
步骤S202，人型侦测模块11采用人型侦测技术对获取的场景影像进行影像侦测。本发明所述的人型侦测技术是一种现有技术，其实作方式为先搜集大量各式不同的人型影像数据，从而建立完善的人型样本，以此人型样本作为判断场景影像是否包含人型影像的比较依据。
步骤S203，人型侦测模块11根据影像识别结果判断场景影像中是否包含人型影像。若场景影像中包含人型影像，执行步骤S204；若场景影像中没有包含人型影像，返回步骤S201。
步骤S204，人型侦测模块11对人型影像进行方形区域标定，并计算该方形区域中心与场景影像中心的偏移量。例如，人型侦测模块11以方形区域B标示图3所示的场景影像A中的人型影像，并计算该方形区域B中心与场景影像A中心的偏移量。
步骤S205，镜头调整模块12根据所述偏移量计算将方形区域中心调整至与影像中心重合，摄像装置30镜头需要调整的偏转方向及偏转角度。如图3所示，方形区域B中心位于场景影像A中心右下方，则镜头需要向右下方偏转一定角度才能将方形区域B中心调整至与场景影像中心A重合。
步骤S206，镜头调整模块12判断所述偏转角度是否超出摄像装置30镜头的角度偏转范围。若所述偏转角度未超出摄像装置30镜头的角度偏转范围，则执行步骤S207，镜头调整模块12产生第一控制指令并发送至致动单元20，控制镜头直接向所述偏转方向转动所述偏转角度，将方形区域B中心调整至与场景影像中心A重合。之后，执行步骤S210。若所述偏转角度超出摄像装置30镜头的角度偏转范围，则执行步骤S208。例如，假设摄像装置30镜头的角度偏转范围为5～120度，若所述偏转角度为60度，则未超出摄像装置30镜头的角度偏转范围。若所述偏转角度为122度，则超出摄像装置30镜头的角度偏转范围。
步骤S208，镜头调整模块12产生第一控制指令并发送至致动单元20，控制摄像装置30镜头向所述偏转方向转动相应角度偏转阀值，将方形区域B中心与场景影像中心A尽量拉近。例如，当摄像装置30镜头的角度偏转范围为5度～120度，所述偏转角度为122度，则镜头调整模块12产生第一控制指令命令致动单元20控制摄像装置30镜头向右下方转动120度。之后，镜头调整模块12触发UAV飞行控制模块13。
步骤S209，UAV飞行控制模块13产生第二控制指令调整UAV飞行方向及高度，将方形区域中心与场景影像中心进一步拉近，直到方形区域中心与场景影像中心重合。
步骤S210，人型侦测模块11判断方形区域在场景影像中所占的的面积比例是否落入预设比例范围。若方形区域在场景影像中所占的的面积比例落入预设比例范围之内，则流程结束。若方形区域在场景影像中所占的面积比例未落入预设比例范围之内，则执行步骤S211。例如，假设预设比例范围为15％～20％，若图3中方形区域B在场景影像A中所占的的面积比例为16％，则流程结束，若方形区域B在场景影像A中所占的的面积比例为10％，则执行步骤S211。
步骤S211，镜头调整模块12计算将所述面积比例调整至落入所述预设比例范围之内摄像装置30镜头需要调整的焦距范围。
步骤S212，镜头调整模块12判断该需要调整的焦距范围是否超出镜头的变焦范围。若该需要调整的焦距范围未超出摄像装置30镜头的变焦范围，则执行步骤S213，镜头调整模块12产生第三控制指令至致动单元20，控制摄像装置30镜头直接调整相应焦距，使得方形区域在场景影像中所占的的面积比例落入预设比例范围。若该需要调整的焦距范围超出镜头的变焦范围，则执行步骤S214。例如，假设摄像装置30镜头的变焦范围为24毫米～85毫米，若需要调整的焦距范围为30毫米～45毫米，则执行步骤S213，若需要调整的焦距范围为86毫米～101毫米，则执行步骤S214。
步骤S214，镜头调整模块12产生第三控制指令并发送至致动单元20，控制摄像装置30镜头调整至相应焦距阀值。例如，当摄像装置30镜头的变焦范围为24毫米～85毫米，而需要调整的焦距范围为86毫米～101毫米，则镜头调整模块12产生第三控制指令命令致动单元20控制摄像装置30镜头将焦距调近86毫米。之后，镜头调整模块12触发UAV飞行控制模块13。
步骤S215，UAV飞行控制模块13产生第四控制指令并发送至致动单元20，调整UAV 100与被跟踪人物之间的距离，以进一步调整所述面积比例直到该面积比例落入所述预设比例范围之内。如图4所示，调整后的方形区域B中心与场景影像中心A重合，且方形区域B在场景影像A中所占面积比例落入预设比例范围15％～20％之内。
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方法，该无人飞行载具UAV包括致动单元及摄像装置，该摄像装置利用镜头捕获场景区域的连续场景影像，其特征在于，该方法包括：
人型侦测步骤：采用人型侦测技术侦测场景影像中的人型影像，并对人型影像进行方形区域标定；
第一镜头调整步骤：当方形区域中心与场景影像中心不重合时，产生第一控制指令并发送至致动单元以控制镜头作相应偏转操作，使得方形区域中心与场景影像中心靠近；
第一UAV飞行控制步骤：当镜头的偏转角度已经调整到镜头角度偏转范围的阀值，但方形区域中心与场景影像中心仍未重合时，产生第二控制指令并发送至致动单元以控制UAV调整飞行方向及飞行高度，直到方形区域中心与场景影像中心重合；
第二镜头调整步骤：当方形区域中心与场景影像中心重合但方形区域在场景影像中所占面积比例落入预设比例范围之外时，产生第三控制指令并发送至致动单元以控制镜头作焦距调整，以调整方形区域在场景影像中所占面积比例；及
第二UAV飞行控制步骤：当镜头的焦距已经调整到镜头变焦范围的阀值，但方形区域在场景影像所占面积比例仍未落入预设比例范围之内时，产生第四控制指令并发送至致动单元以控制UAV与被跟踪人物之间的距离，使得方形区域在场景影像中所占面积比例落入预设比例范围之内。
2.如权利要求1所述的无人飞行载具控制方法，其特征在于，所述致动单元为驱动马达，该驱动马达根据控制指令在镜头的角度偏转范围内调整镜头的偏转角度，或在镜头的变焦范围内调整镜头的焦距，或根据控制指令调整UAV的飞行方向、高度及速度。
3.如权利要求1所述的无人飞行载具控制方法，其特征在于，所述摄像装置为具备夜视功能及平移/倾斜/缩放功能之摄像机。
4.如权利要求1所述的无人飞行载具控制方法，其特征在于，所述人型侦测技术系先搜集大量各式不同的人型影像数据，建立完善的人型样本，以此人型样本作为判断场景影像是否包含人型影像的比较依据。
5.一种无人飞行载具控制系统，该无人飞行载具UAV包括致动单元及摄像装置，该摄像装置利用镜头捕获场景区域的连续场景影像，其特征在于，该系统包括：
人型侦测模块，用于采用人型侦测技术侦测场景影像中的人型影像，并对人型影像进行方形区域标定；
镜头调整模块，用于当方形区域中心与场景影像中心不重合时，产生第一控制指令并发送至致动单元以控制镜头作相应偏转操作，使得方形区域中心与场景影像中心靠近；
UAV飞行控制模块，用于当镜头的偏转角度已经调整到镜头角度偏转范围的阀值，但方形区域中心与场景影像中心仍未重合时，产生第二控制指令并发送至致动单元以控制UAV调整飞行方向及飞行高度，直到方形区域中心与场景影像中心重合；
所述镜头调整模块，还用于当方形区域中心与场景影像中心重合但方形区域在场景影像中所占面积比例落入预设比例范围之外时，产生第三控制指令并发送至致动单元以控制镜头作焦距调整，以调整方形区域在场景影像中所占面积比例；及
所述UAV飞行控制模块，还用于当镜头的焦距已经调整到镜头变焦范围的阀值，但方形区域在场景影像所占面积比例仍未落入预设比例范围之内时，产生第四控制指令并发送至致动单元以控制UAV与被跟踪人物之间的距离，使得方形区域在场景影像中所占面积比例落入预设比例范围之内。
6.如权利要求5所述的无人飞行载具控制系统，其特征在于，所述致动单元为驱动马达，该驱动马达根据控制指令在镜头的角度偏转范围内调整镜头的偏转角度，或在镜头的变焦范围内调整镜头的焦距，或根据控制指令调整UAV的飞行方向、高度及速度。
7.如权利要求5所述的无人飞行载具控制系统，其特征在于，所述摄像装置为具备夜视功能及平移/倾斜/缩放功能之摄像机。
8.如权利要求5所述的无人飞行载具控制系统，其特征在于，所述人型侦测技术系先搜集大量各式不同的人型影像数据，建立完善的人型样本，以此人型样本作为判断场景影像是否包含人型影像的比较依据。
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Application publication date: 20121205 |