CN104049641B - 一种自动降落方法、装置及飞行器 - Google Patents
一种自动降落方法、装置及飞行器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例提供了一种自动降落方法、装置及飞行器，其中，方法包括：在检测到飞行器的自动降落事件时，将获取的地面图像确定为目标图像；对确定的目标图像进行分析，若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制飞行器向该指示信号的信号源方向移动，并获取移动后新的地面图像，将新的地面图像确定为目标图像后，重复执行本步骤直至分析确定目标图像中包括着陆图形对象；在分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象执行对飞行器的着陆控制。采用本发明，可在GPS信号较弱的情况下方便、快捷且较为精确地引导飞行器的自主降落，较好地满足了飞行器用户对飞行器控制的自动化、智能化需求。
Description
技术领域
本发明涉及飞行技术领域，尤其涉及一种自动降落方法、装置及飞行器。
背景技术
随着科学技术的发展，各式各样的飞行器已经被制造用于满足不同的用户需求。各种带成像功能的旋翼飞行器，特别是诸如旋翼UAV(Unmanned Aerial Vehicle，无人机)等便携式飞行器由于其能够提供轻巧、灵活的低空、低速以及悬停飞行，已被广泛用来执行各种地理测绘、航拍等工作。
现有的旋翼飞行器一般是由操作人员通过控制器来操作飞行器降落到指定位置，随着技术的发展，已可以实现飞行器的自主降落，现有的自主降落方式是采用GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)卫星定位，并用IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)以及指南针等模块进行辅助降落。
现有的自动降落方式在GPS信号较好的情况下，基本能够实现自动降落，但是当飞行器处于GPS信号比较弱的环境下，例如室内、野外一些山区等环境，自动降落会失效，从而无法完成飞行器的自主降落。
发明内容
本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种自动降落方法、装置及飞行器，可基于图像和无线信号来完成飞行器的自主降落。
本发明实施例提供了一种自动降落方法，包括：
在检测到飞行器的自动降落事件时，将获取的地面图像确定为目标图像；
对确定的目标图像进行分析，若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动，并获取移动后新的地面图像，将新的地面图像确定为目标图像后，重复执行本步骤直至分析确定目标图像中包括着陆图形对象；
在分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象执行对所述飞行器的着陆控制。
其中，所述在检测到飞行器的自动降落事件时，将获取的地面图像确定为目标图像，包括：
在检测到飞行器的自动降落事件时，搜索并接收用于指示飞行器降落的指示信号，并确定该指示信号的强度；
基于确定的强度估算当前所述飞行器与所述指示信号的信号源之间的距离值；
如果距离值在预设的距离范围阈值内，则调用成像模块获取地面图像，并将获取得到的地面图像确定为目标图像。
其中，所述根据分析确定的着陆图形对象执行对所述飞行器的着陆控制，包括：
根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度；
在下降的过程中，当所检测到的离地高度值不大于预设的高度阈值后，获取包括所述着陆图形对象的图像；
对获取的包括所述着陆图形对象的图像进行分析，识别所述图像的着陆图形对象中的着陆标记；
根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆。
其中，所述根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度，包括：
计算在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离；
根据计算的横向距离和纵向距离控制向所述中心坐标点移动，并在移动过程中计算更新所述横向距离和纵向距离；
若更新后的横向距离和纵向距离在预设的距离阈值范围内，则控制下降所述飞行器的高度。
其中，所述根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆，包括：
确定识别的着陆标记在图像中的位置并确定该着陆标记的长轴；
计算飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角；
根据计算得到的夹角控制移动飞行器，使所述飞行器的主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内；
控制下降所述飞行器的高度直至降落。
相应地，本发明实施例还提供了一种自动降落装置，包括：
确定模块，用于在检测到飞行器的自动降落事件时，将获取的地面图像确定为目标图像；
处理模块，用于对所述确定模块确定的目标图像进行分析，若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动，并通知所述确定模块根据移动后新的地面图像再次确定目标图像；
控制模块，用于在所述处理模块分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象执行对所述飞行器的着陆控制。
其中，所述确定模块包括：
强度确定单元，用于在检测到飞行器的自动降落事件时，搜索并接收用于指示飞行器降落的指示信号，并确定该指示信号的强度；
估算单元，用于基于确定的强度估算当前所述飞行器与所述指示信号的信号源之间的距离值；
确定单元，用于如果距离值在预设的距离范围阈值内，则调用成像模块获取地面图像，并将获取得到的地面图像确定为目标图像。
其中，所述控制模块包括：
第一控制单元，用于在所述处理模块分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度；
获取单元，用于在下降的过程中，当所检测到的离地高度值不大于预设的高度阈值后，获取包括所述着陆图形对象的图像；
识别单元，用于对获取的包括所述着陆图形对象的图像进行分析，识别所述图像的着陆图形对象中的着陆标记；
第二控制单元，用于根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆。
其中，所述第一控制单元，具体用于计算在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离；根据计算的横向距离和纵向距离控制向所述中心坐标点移动，并在移动过程中计算更新所述横向距离和纵向距离；若更新后的横向距离和纵向距离在预设的距离阈值范围内，则控制下降所述飞行器的高度。
其中，所述第二控制单元，具体用于确定识别的着陆标记在图像中的位置并确定该着陆标记的长轴；计算飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角；根据计算得到的夹角控制移动飞行器，使所述飞行器的主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内；控制下降所述飞行器的高度直至降落。
相应地，本发明实施例还提供了一种飞行器，包括：控制装置、成像装置以及动力装置，其中：
所述成像装置，用于根据所述控制装置的指示获取地面图像；
所述控制装置，用于在检测到飞行器的自动降落事件时，将所述成像装置获取的地面图像确定为目标图像；对所述确定的目标图像进行分析，若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动，并指示所述成像装置获取移动后新的地面图像，并将新的地面图像确定目标图像进行分析；在分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象对所述动力装置进行控制以使所述飞行器着陆。
其中，所述控制装置，还用于在检测到飞行器的自动降落事件时，搜索并接收用于指示飞行器降落的指示信号，并确定该指示信号的强度；基于确定的强度估算当前所述飞行器与所述指示信号的信号源之间的距离值；如果距离值在预设的距离范围阈值内，则指示所述成像装置获取地面图像。
其中，所述控制装置，具体用于根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度；在下降的过程中，当所检测到的离地高度值不大于预设的高度阈值后，获取包括所述着陆图形对象的图像；对获取的包括所述着陆图形对象的图像进行分析，识别所述图像的着陆图形对象中的着陆标记；根据识别的着陆标记控制所述动力装置以调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆。
其中，所述控制装置在用于根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度时，具体用于计算在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离；根据计算的横向距离和纵向距离控制向所述中心坐标点移动，并在移动过程中计算更新所述横向距离和纵向距离；若更新后的横向距离和纵向距离在预设的距离阈值范围内，则控制所述动力装置以下降所述飞行器的高度。
其中，所述控制装置在用于根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆时，具体用于确定识别的着陆标记在图像中的位置并确定该着陆标记的长轴；计算飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角；根据计算得到的夹角控制移动飞行器，使所述飞行器的主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内；控制所述动力装置以下降所述飞行器的高度直至降落。
本发明实施例中，将图形对象识别和基于无线信号强度测距相结合来控制飞行器降落，可在GPS信号较弱的情况下方便、快捷且较为精确地引导飞行器的自主降落，较好地满足了飞行器用户对飞行器控制的自动化、智能化需求。
附图说明
图1是本发明实施例的一种自动降落方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的着陆图形的一种示意图；
图3是本发明实施例的另一种自动降落方法的流程示意图；
图4是本发明实施例的其中一种根据着陆图形对象进行降落的方法流程示意图；
图5是本发明实施例的其中一种根据着陆标记进行降落的方法流程示意图；
图6是本发明实施例的一种自动降落装置的结构示意图；
图7是图6中的确定模块的其中一种结构示意图；
图8是图6中的控制模块的其中一种结构示意图；
图9是本发明实施例的一种飞行器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例能够根据飞行器从以着陆点为信号源位置发出的指示信号的强度、飞行器成像装置采集到的地面图像中是否有着陆点标记来自动引导飞行器在着陆点降落。
请参见图1，是本发明实施例的一种自动降落方法的流程示意图，本发明实施例的所述方法可以由飞行器的飞行控制器执行，具体的，所述方法包括：
S101：在检测到飞行器的自动降落事件时，将获取的地面图像确定为目标图像。
自动降落事件的检测包括：检测是否接收到地面控制端发送的降落指令，或者，检测是否有需要飞行器降落的故障发生以及其他事件。
在检测到自动降落事件后，调用飞行器的成像装置，通过调节云台等方式控制成像装置获取正下方地面图像。飞行控制器再从获取的图像中确定出目标图像，以执行后续的图像分析。
在执行所示S101之前，还可以基于从地面着陆点接收的无线信号的强度来粗略计算飞行器当前距离着陆点的距离，具体在着陆点中设置地面无线信号发送装置、飞行器中包括无线信号接收装置，两者之间通过周期性(或实时)收发无线信号来确定信号强度与距离。
如果飞行器确定的到着陆点的距离还比较远，则向信号强度越来越强的方向飞行，当信号强度到达一定数值时，再开启成像功能，获取相关的地面图片。
S102：对确定的目标图像进行分析。
在本发明实施例的所述S102中，可基于灰度图像的轮廓的拟合误差来确定图像中是否存在着陆图形对象，着陆图形为预先绘制在地面着陆点的几何图形。
具体的，若预先协商确定的着陆图形为一个如图2所示的圆形等对称图形，则对目标图像的分析过程具体可以包括：对目标图像进行处理得到灰度图像，利用最大类间差法二值化图像，然后提取二值化图像中各个对象的轮廓，对提取到的轮廓逐个做最小二乘圆拟合，找到拟合误差最小的轮廓，如果该误差小于预设的阈值例如3，则认为该轮廓对应的图形对象为本发明实施例的中所设置的着陆图形对象。
S103：是否包括着陆图形对象；
S104：若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动。
若根据上述的分析，从各个轮廓中没有确定出预先协商确定的着陆图形对象的轮廓，则说明飞行器距离着陆点还有一段距离。需要根据信号强度来飞行移动。控制向信号强度越来越强的方向飞行即可保证向该指示信号的信号源方向移动。
S105：获取移动后新的地面图像，将新的地面图像确定为目标图像。
在移动一段时间或者距离，或者在信号强度增加量达到一定阈值时，再次通过云台以及成像装置获取新的地面图像，在将新的地面图像确定为目标图像后，重复执行上述的S102至S105，直至所述S102的分析结果为包括着陆图形对象。
当然也可以在向信号源方向飞行移动过程中，实时获取新的地面图像，并将新的地面图像作为目标图像执行上述的S102至S105，直至所述S102的分析结果为包括着陆图形对象。
S106：在分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象执行对所述飞行器的着陆控制。
在确定了着陆图形对象后，即可控制飞行器以该着陆图形对象为参照物执行下降操作。所述S106的一种实现方式为：调整飞行器的位置，使获取到的包括着陆图形对象的图像中，所述着陆图形对象始终位于图像的中心位置区域，使着陆图形对象的几何中心(例如圆心)位于图像的中心位置。
本发明实施例中，将图形对象识别和基于无线信号强度测距相结合来控制飞行器降落，可在GPS信号较弱的情况下方便、快捷且较为精确地引导飞行器的自主降落，较好地满足了飞行器用户对飞行器控制的自动化、智能化需求。
再请参见图3，是本发明实施例的另一种自动降落方法的流程示意图，本发明实施例的所述方法可以在各类飞行器的飞行控制器中实现，具体的，所述方法包括：
S201：在检测到飞行器的自动降落事件时，搜索并接收用于指示飞行器降落的指示信号，并确定该指示信号的强度。
自动降落事件的检测包括：检测是否接收到地面控制端发送的降落指令，或者，检测是否有需要飞行器降落的故障发生以及其他事件。
本发明实施例可以在着陆点中设置地面无线信号发送装置、飞行器中包括无线信号接收装置，两者之间通过周期性(或实时)收发无线信号来确定信号强度与距离。
S202：基于确定的强度估算当前所述飞行器与所述指示信号的信号源之间的距离值。
在确定了信号强度之后，一种简单的方式在于可以根据预置的信号强度与距离的映射关系，确定与当前计算的信号强度映射的距离值。该信号强度与距离的映射关系是通过大量的训练学习确定的。
当然，为了减小飞行器中对信号强度以及距离估算的计算量，可以在飞行器中设置无线信号发送端，地面着陆点位置设置无线信号接收端。由飞行器首先发送指示信号，地面端接收到该指示信号后，确定信号强度并估算距离，然后再将估算的距离通过无线方式发送给所述飞行器，以便于确定飞行器与着陆点的距离远近。
S203：如果距离值在预设的距离范围阈值内，则调用成像模块获取地面图像，并将获取得到的地面图像确定为目标图像。
如果距离值在预设的范围内，则表明飞行器距离着陆点不远，可以启用成像头采集图像进行图像识别步骤。反之则表明较远，需要向信号强度越来越强的方向移动，即向在着陆点的信号源方向移动。在移动的过程中，可以周期性地(或实时地)执行上述S201的信号搜索至S202的距离估算步骤，直至确定距离值在预设的距离范围阈值内。
具体可以基于飞行器的成像装置，通过调节云台等方式控制成像装置向正下方获取地面图像。飞行控制器再从获取的图像中确定出目标图像，以执行后续的图像分析。
S204：对确定的目标图像进行分析。
可基于灰度图像的轮廓的拟合误差来确定图像中是否存在着陆图形对象，着陆图形为预先绘制在地面着陆点的几何图形。
具体的，本发明实施例以圆形作为着陆图形为例来进行说明，其他的具有对称关系的图形都可以采用与本发明实施例中圆形图像对象相同或相似的处理方式进行图像分析识别处理。
首先，在基于二值化图像提取到轮廓后，确定待拟合的轮廓为X＝{(x1,y1),(x2,y2)……(xn,yn)}，其中，(xn,yn)为第n个点在图像中的坐标。
则圆心(xc,yc)以及半径r的拟合值分别为：
其中：
拟合误差为：
其中：
基于上述的公式，可以得到相关轮廓的拟合误差值，从而基于该拟合误差值来确定是否存在指定的圆形等着陆图形对象。
S205：是否包括着陆图形对象；
S206：若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动。
若根据上述的分析，从各个轮廓中没有确定出预先协商确定的着陆图形对象的轮廓，则说明飞行器距离着陆点还有一段距离。需要根据信号强度来飞行移动。控制向信号强度越来越强的方向飞行即可保证向该指示信号的信号源方向移动。
S207：获取移动后新的地面图像，将新的地面图像确定为目标图像。
在移动一段时间或者距离，或者在信号强度增加量达到一定阈值时，再次通过云台以及成像装置获取新的地面图像，在将新的地面图像确定为目标图像后，重复执行上述的S204至S207，直至所述S204的分析结果为包括着陆图形对象。
当然也可以在向信号源方向飞行移动过程中，实时获取新的地面图像，并将新的地面图像作为目标图像执行上述的S204至S207，直至所述S204的分析结果为包括着陆图形对象。
S208：根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度。
在所述S208中，主要调整飞行器在控制的位置，具体包括：调整飞行器的位置，使获取到的包括着陆图形对象的图像中，所述着陆图形对象始终位于图像的中心位置区域，使着陆图形对象的几何中心(例如圆心)位于图像的中心位置。完成位置调整后，再通过调节飞行器的动力输出来下降飞行器的高度。
S209：在下降的过程中，当所检测到的离地高度值不大于预设的高度阈值后，获取包括所述着陆图形对象的图像。
离地高度可以基于飞行器中的气压计等传感器来确定离地高度，当然也可以基于针孔相机模型和相似三角形定理来确定飞机高度，即：H＝Rf/r；H为飞机高度，R为着陆图形对象的实际尺寸，预先已设定，f为成像头焦距，r为检测到的图像中着陆图形对象的圆半径等图像尺寸。
S210：对获取的包括所述着陆图形对象的图像进行分析，识别所述图像的着陆图形对象中的着陆标记。
S211：根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆。
所述S209至S211主要用于调整飞行器的方向，确保机头位置或者机身主体方向降落后的朝向、位置。
所述着陆标记具体包括特殊的结构，如图2所述，所述着陆标记包括但不限于为一个“T”字形的标记。在该“T”型标记中包括短横线标识和从该短横线标识的中心区域延伸出的长竖线标识，飞行控制器对获取到的图像中包括的着陆图形对象进行分析，基于像素点的数量及颜色值等确定短横线标识和长竖线标识，然后根据预置的规则，将机头位置降落在短横线位置，机身主体与长竖线标识重合或基本重合。
对于本发明实施例中的根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度的步骤，即上述的S208，其中一种实现方式可参考图4对应的描述。而根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆的步骤，即上述的S211，其中一种实现方式可参考图5对应的描述。
请参见图4，是本发明实施例的其中一种根据着陆图形对象进行降落的方法流程示意图，所述方法包括：
S401：计算在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离；
S402：根据计算的横向距离和纵向距离控制向所述中心坐标点移动，并在移动过程中计算更新所述横向距离和纵向距离；可以周期性更新也可以实时更新。
S403：若更新后的横向距离和纵向距离在预设的距离阈值范围内，则控制下降所述飞行器的高度。让成像模块的中心基本与获取的图像的中心坐标点重合后，控制下降所述飞行器的高度，并且在下降过程中保持成像模块的中心和图像的中心基本重合。
所述着陆图形对象为圆形对象等对称图形对象时，上述S401中，在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离的计算公式，包括：
其中，x_dist为横向距离，y_dist为纵向距离，(xd，yd)为图像中所述着陆图形对象的中心像素坐标，R为预设的所述着陆图形对象的实际尺寸，例如着陆图形对象所对应实际圆形的圆半径等，w为图像的像素宽度，h为图像的像素高度，r为基于图像像素点计算得到的所述着陆图形对象的图像尺寸，例如圆图像的图像半径，cx为预置的成像模块光心相对于图像中心的横向偏移，cy为预置的成像模块光心相对于图像中心的纵向偏移。当为正方形等对称图形对象时，计算方式同样可以基于正方形图形的中心像素坐标、各个像素尺寸、边长以及上述的cx和cy等参数，完成横向距离和纵向距离的计算。
请参见图5，是本发明实施例的其中一种根据着陆标记进行降落的方法流程示意图，本发明实施例的所述方法包括：
S501：确定识别的着陆标记在图像中的位置并确定该着陆标记的长轴。
在本发明实施例中，着陆标记在图像中的位置的确定方式包括：首先标记二值化的图像的连通域，然后对每个连通域求取Hu矩M1～M3，M1～M3的定义如下：
其中：
通过上述的计算方式可以确定出着陆标记在图像中的位置，并基于相应的像素点的数量来确定着陆标记的长轴。
S502：计算飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角。
S503：根据计算得到的夹角控制移动飞行器，使所述飞行器的主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内。
其中根据计算得到的夹角控制移动飞行器包括：通过控制转动飞行器的尾舵或者控制转动飞行器来移动飞行器，并在移动过程中实时执行所述S502，以使飞行器主体的前向朝向与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内。
S504：控制下降所述飞行器的高度直至降落。
在所述S502中，飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角的计算公式包括：
其中，θ为飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角，(x，y)为图像坐标点，m和n为图像横向和纵向上的像素个数，I(x，y)为图像在坐标(x，y)处的灰度值。
本发明实施例中，将图形对象识别和基于无线信号强度测距相结合来控制飞行器降落，可在GPS信号较弱的情况下方便、快捷且较为精确地引导飞行器的自主降落。并且在检测到需要自动降落时，首先检测与设置在着陆点的地面端发射器之间无线信号的强度来进行初步预计距离，在距离较近的时候再启用成像模块获取图像，然后基于图像进行精确的降落引导，节约的软硬件资源，也确保了自动降落的准确性。同时，在降落的过程中基于图形对象进行位置粗标定，基于图形对象中的标记来进行精确位置、姿态标定，进一步地确保了飞行器准确地降落到目标着陆点，满足了飞行器用户的自动化、智能化需求。
下面对本发明实施例的自动降落装置及飞行器进行详细描述。
请参见图6，是本发明实施例的一种自动降落装置的结构示意图，本发明实施例的所述装置可设置在飞行器的飞行控制器中，具体的，所述装置包括：
确定模块1，用于在检测到飞行器的自动降落事件时，将获取的地面图像确定为目标图像；
处理模块2，用于对所述确定模块确定的目标图像进行分析，若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动，并通知所述确定模块根据移动后新的地面图像再次确定目标图像；
控制模块3，用于在所述处理模块分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象执行对所述飞行器的着陆控制。
进行自动降落事件的检测包括：所述确定模块1检测是否接收到地面控制端发送的降落指令，或者，检测是否有需要飞行器降落的故障发生以及其他事件。
在检测到自动降落事件后，所述确定模块1调用飞行器的成像装置，通过调节云台等方式控制成像装置向正下方获取地面图像。所述确定模块1再从获取的图像中确定出目标图像，以执行后续的图像分析。
所述确定模块1在触发成像装置获取地面图像之前，还可以基于从地面着陆点接收的无线信号的强度来粗略计算飞行器当前距离着陆点的距离，具体在着陆点中设置地面无线信号发送装置、飞行器中包括无线信号接收装置，两者之间通过周期性(或实时)收发无线信号来确定信号强度与距离。
如果飞行器确定的到着陆点的距离还比较远，则控制飞行器向信号强度越来越强的方向飞行，当信号强度到达一定数值时，所述确定模块1再触发开启成像功能，获取相关的地面图片得到目标图像。
在本发明实施例的所述处理模块2可基于灰度图像的轮廓的拟合误差来确定图像中是否存在着陆图形对象，着陆图形为预先绘制在地面着陆点的几何图形。
若所述处理模块2从各个轮廓中没有确定出预先协商确定的着陆图形对象的轮廓，则说明飞行器距离着陆点还有一段距离。需要根据信号强度来飞行移动。所述处理模块2控制飞行器向信号强度越来越强的方向飞行即可保证向该指示信号的信号源方向移动。
在移动一段时间或者距离，或者在信号强度增加量达到一定阈值时，所述处理模块2触发所述确定模块1再次通过云台以及成像装置获取新的地面图像，在将新的地面图像确定为目标图像后，所述处理模块2再对所述确定模块1确定的目标图像进行分析。当然也可以在向信号源方向飞行移动过程中，实时获取新的地面图像，并将新的地面图像作为目标图像供所述处理模块2分析。在确定模块1和处理模块2之间重复进行上述操作，直至从目标图像中确定着陆图形对象。所述处理模块2在确定了着陆图形对象后，再通知所述控制模块3。
在所述处理模块2确定了着陆图形对象后，所述控制模块3即可在所述处理模块2的通知下，控制飞行器以该着陆图形对象为参照物执行下降操作。所述控制模块3可以调整飞行器的位置，使获取到的包括着陆图形对象的图像中，所述着陆图形对象始终位于图像的中心位置区域，使着陆图形对象的几何中心(例如圆心)位于图像的中心位置。
进一步可选地，请参见图7，是图6中的确定模块的其中一种结构示意图，本发明实施例的所述确定模块1包括：
强度确定单元11，用于在检测到飞行器的自动降落事件时，搜索并接收用于指示飞行器降落的指示信号，并确定该指示信号的强度；
估算单元12，用于基于确定的强度估算当前所述飞行器与所述指示信号的信号源之间的距离值；
确定单元13，用于如果距离值在预设的距离范围阈值内，则调用成像模块获取地面图像，并将获取得到的地面图像确定为目标图像。
进一步可选地，请参见图8，是图6中的控制模块的其中一种结构示意图，本发明实施例的所述控制模块3包括：
第一控制单元31，用于在所述处理模块2分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度；
获取单元32，用于在下降的过程中，当所检测到的离地高度值不大于预设的高度阈值后，获取包括所述着陆图形对象的图像；
识别单元33，用于对获取的包括所述着陆图形对象的图像进行分析，识别所述图像的着陆图形对象中的着陆标记；
第二控制单元34，用于根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆。
进一步具体的，所述第一控制单元31，具体用于计算在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离；根据计算的横向距离和纵向距离控制向所述中心坐标点移动，并在移动过程中计算更新所述横向距离和纵向距离；若更新后的横向距离和纵向距离在预设的距离阈值范围内，则控制下降所述飞行器的高度。其中横向距离和纵向距离的计算公式可参考图4对应实施例中关于x_dist和y_dist计算公式的描述。
进一步具体的，所述第二控制单元34，具体用于确定识别的着陆标记在图像中的位置并确定该着陆标记的长轴；计算飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角；根据计算得到的夹角控制移动飞行器，使所述飞行器的主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内；控制下降所述飞行器的高度直至降落。其中，所述夹角的计算公式可参考图5对应实施例中关于θ的计算公式的描述。
其中具体的，上述各个模块及其各个单元的具体实现可参考方法项对应实施例的相关描述。
本发明实施例中，将图形对象识别和基于无线信号强度测距相结合来控制飞行器降落，可在GPS信号较弱的情况下方便、快捷且较为精确地引导飞行器的自主降落。并且在检测到需要自动降落时，首先检测与设置在着陆点的地面端发射器之间无线信号的强度来进行初步预计距离，在距离较近的时候再启用成像模块获取图像，然后基于图像进行精确的降落引导，节约的软硬件资源，也确保了自动降落的准确性。同时，在降落的过程中基于图形对象进行位置粗标定，基于图形对象中的标记来进行精确位置、姿态标定，进一步地确保了飞行器准确地降落到目标着陆点，满足了飞行器用户的自动化、智能化需求。
再请参见图9，是本发明实施例的一种飞行器的结构示意图，本发明实施例的所述飞行器包括各种旋翼无人机等便携式飞行器，其具有现有无人机的相关结构以及模块，例如起落架、电源、定位模块等，在本发明实施例中，还包括具有特殊功能的控制装置100、成像装置200以及动力装置300。所述飞行器中还可以设置存储装置，在该存储器中存储相应的程序，所述控制装置100通过调用存储装置中相应的程序来完成相关功能。
所述成像装置200，用于根据所述控制装置100的指示获取地面图像；
所述控制装置100，用于在检测到飞行器的自动降落事件时，将所述成像装置200获取的地面图像确定为目标图像；对所述确定的目标图像进行分析，若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动，并指示所述成像装置200获取移动后新的地面图像，并将新的地面图像确定目标图像；在分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象对所述动力装置300进行控制以使所述飞行器着陆。
其中具体的，所述控制装置100，还用于在检测到飞行器的自动降落事件时，搜索并接收用于指示飞行器降落的指示信号，并确定该指示信号的强度；基于确定的强度估算当前所述飞行器与所述指示信号的信号源之间的距离值；如果距离值在预设的距离范围阈值内，则指示所述成像装置200获取地面图像。
其中具体的，所述控制装置100，具体用于根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度；在下降的过程中，当所检测到的离地高度值不大于预设的高度阈值后，获取包括所述着陆图形对象的图像；对获取的包括所述着陆图形对象的图像进行分析，识别所述着陆图形对象中的着陆标记；根据识别的着陆标记控制所述动力装置300以调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆。
其中具体的，所述控制装置100在用于根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度时，具体用于计算在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离；根据计算的横向距离和纵向距离控制向所述中心坐标点移动，并在移动过程中计算更新所述横向距离和纵向距离；若更新后的横向距离和纵向距离在预设的距离阈值范围内，则控制所述动力装置300以下降所述飞行器的高度。
其中具体的，所述控制装置100在用于根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆时，具体用于确定识别的着陆标记在图像中的位置并确定该着陆标记的长轴；计算飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角；根据计算得到的夹角控制移动飞行器，使所述飞行器的主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内；控制所述动力装置300以下降所述飞行器的高度直至降落。
本发明实施例中，所述控制器100的具体实现以及其所基于的计算公式具体可参考上述图1至图5对应实施例中相关的描述。
本发明实施例中，将图形对象识别和基于无线信号强度测距相结合来控制飞行器降落，可在GPS信号较弱的情况下方便、快捷且较为精确地引导飞行器的自主降落。并且在检测到需要自动降落时，首先检测与设置在着陆点的地面端发射器之间无线信号的强度来进行初步预计距离，在距离较近的时候再启用成像模块获取图像，然后基于图像进行精确的降落引导，节约的软硬件资源，也确保了自动降落的准确性。同时，在降落的过程中基于图形对象进行位置粗标定，基于图形对象中的标记来进行精确位置、姿态标定，进一步地确保了飞行器准确地降落到目标着陆点，满足了飞行器用户的自动化、智能化需求。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的相关装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得计算机处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种自动降落方法，其特征在于，包括：
在检测到飞行器的自动降落事件时，将获取的地面图像确定为目标图像；
对确定的目标图像进行分析，若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动，并获取移动后新的地面图像，将新的地面图像确定为目标图像后，重复执行本步骤直至分析确定目标图像中包括着陆图形对象；
在分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象执行对所述飞行器的着陆控制；
所述在检测到飞行器的自动降落事件时，将获取的地面图像确定为目标图像，包括：
在检测到飞行器的自动降落事件时，搜索并接收用于指示飞行器降落的指示信号，并确定该指示信号的强度；
基于确定的强度估算当前所述飞行器与所述指示信号的信号源之间的距离值；
如果距离值在预设的距离范围阈值内，则调用成像模块获取地面图像，并将获取得到的地面图像确定为目标图像。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据分析确定的着陆图形对象执行对所述飞行器的着陆控制，包括：
根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置及下降高度；
在下降的过程中，当所检测到的离地高度值不大于预设的高度阈值后，获取包括所述着陆图形对象的第一图像；
对获取的包括所述着陆图形对象的第一图像进行分析，识别所述第一图像的着陆图形对象中的着陆标记；
根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度，包括：
计算在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离；
根据计算的横向距离和纵向距离控制向所述中心坐标点移动，并在移动过程中计算更新所述横向距离和纵向距离；
若更新后的横向距离和纵向距离在预设的距离阈值范围内，则控制下降所述飞行器的高度。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆，包括：
确定识别的着陆标记在第一图像中的位置并确定该着陆标记的长轴；
计算飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角；
根据计算得到的夹角控制移动飞行器，使所述飞行器的主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内；
控制下降所述飞行器的高度直至降落。
5.一种自动降落装置，其特征在于，包括：
确定模块，用于在检测到飞行器的自动降落事件时，将获取的地面图像确定为目标图像；
处理模块，用于对所述确定模块确定的目标图像进行分析，若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动，并通知所述确定模块根据移动后新的地面图像再次确定目标图像；
控制模块，用于在所述处理模块分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象执行对所述飞行器的着陆控制；
所述确定模块包括：
强度确定单元，用于在检测到飞行器的自动降落事件时，搜索并接收用于指示飞行器降落的指示信号，并确定该指示信号的强度；
估算单元，用于基于确定的强度估算当前所述飞行器与所述指示信号的信号源之间的距离值；
确定单元，用于如果距离值在预设的距离范围阈值内，则调用成像模块获取地面图像，并将获取得到的地面图像确定为目标图像。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块包括：
第一控制单元，用于在所述处理模块分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置及下降高度；
获取单元，用于在下降的过程中，当所检测到的离地高度值不大于预设的高度阈值后，获取包括所述着陆图形对象的第一图像；
识别单元，用于对获取的包括所述着陆图形对象的第一图像进行分析，识别所述第一图像的着陆图形对象中的着陆标记；
第二控制单元，用于根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述第一控制单元，具体用于计算在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离；根据计算的横向距离和纵向距离控制向所述中心坐标点移动，并在移动过程中计算更新所述横向距离和纵向距离；若更新后的横向距离和纵向距离在预设的距离阈值范围内，则控制下降所述飞行器的高度。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述第二控制单元，具体用于确定识别的着陆标记在第一图像中的位置并确定该着陆标记的长轴；计算飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角；根据计算得到的夹角控制移动飞行器，使所述飞行器的主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内；控制下降所述飞行器的高度直至降落。
9.一种飞行器，其特征在于，包括：控制装置、成像装置以及动力装置，其中：
所述成像装置，用于根据所述控制装置的指示获取地面图像；
所述控制装置，用于在检测到飞行器的自动降落事件时，将所述成像装置获取的地面图像确定为目标图像；对所述确定的目标图像进行分析，若分析确定不包括着陆图形对象，则根据接收到的指示信号的强度控制所述飞行器向该指示信号的信号源方向移动，并指示所述成像装置获取移动后新的地面图像，并将新的地面图像确定目标图像进行分析；在分析确定目标图像中包括着陆图形对象后，根据分析确定的着陆图形对象对所述动力装置进行控制以使所述飞行器着陆；
所述控制装置，还用于在检测到飞行器的自动降落事件时，搜索并接收用于指示飞行器降落的指示信号，并确定该指示信号的强度；基于确定的强度估算当前所述飞行器与所述指示信号的信号源之间的距离值；如果距离值在预设的距离范围阈值内，则指示所述成像装置获取地面图像。
10.如权利要求9所述的飞行器，其特征在于，
所述控制装置，具体用于根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置及下降高度；在下降的过程中，当所检测到的离地高度值不大于预设的高度阈值后，获取包括所述着陆图形对象的第一图像；对获取的包括所述着陆图形对象的第一图像进行分析，识别所述第一图像的着陆图形对象中的着陆标记；根据识别的着陆标记控制所述动力装置以调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆。
11.如权利要求10所述的飞行器，其特征在于，
所述控制装置在用于根据分析确定的所述着陆图形对象调整所述飞行器的位置并下降高度时，具体用于计算在平面坐标上所述飞行器到所述着陆图形对象的中心坐标点的横向距离和纵向距离；根据计算的横向距离和纵向距离控制向所述中心坐标点移动，并在移动过程中计算更新所述横向距离和纵向距离；若更新后的横向距离和纵向距离在预设的距离阈值范围内，则控制所述动力装置以下降所述飞行器的高度。
12.如权利要求10所述的飞行器，其特征在于，
所述控制装置在用于根据识别的着陆标记调整所述飞行器的飞行姿态并进一步下降高度直至完成着陆时，具体用于确定识别的着陆标记在第一图像中的位置并确定该着陆标记的长轴；计算飞行器主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角；根据计算得到的夹角控制移动飞行器，使所述飞行器的主体与所述着陆标记的长轴之间的夹角在预设的角阈值范围内；控制所述动力装置以下降所述飞行器的高度直至降落。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |