CN104808680A - 一种多旋翼飞行拍摄设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多旋翼飞行拍摄设备及拍摄方法，其无需复杂的操作，也不用繁琐的计算机控制，仅仅通过用户简单的指令与参数输入，就能实现从特定角度与方位对特定拍摄对象的拍摄效果。甚至如果预设好了常用参数，用户还可以在无需输入任何参数或进行任何额外飞行控制操作、拍摄控制操作的情况下，就能实现定点飞行拍摄功能。

Description

一种多旋翼飞行拍摄设备

技术领域

本申请涉及一种多旋翼飞行拍摄设备，其通过简便的操作，就能够针对性的完成对特定角度和特定方向的拍摄功能，尤其是可以实现常规距离自拍或者预设角度与距离的自拍，迎合了消费者的生活需求，具有广泛的市场空间。

背景技术

本申请所涉及的多旋翼飞行拍摄设备，也是一种无人机，而无人机最早是一种由无线电遥控设备或者自身程序控制装置所操纵的无人驾驶飞行器。

无人机最早是作为军事概念提出的，通过无人机来实现侦查甚至战斗目的，所以主要是在常用飞机的基础上，针对远程传感遥控方向开展研发工作，并且对于隐形、载重、续航时间等方向都非常重视。随着无人机的发展，逐渐明确了其作为靶机和侦察的作用，而且也分一次性使用或者循环利用的两个发展方向。然而传统的无人机领域技术发展，由于始终与国家安全高度相关，加上航空管制，因此基本不存在无人机的民用市场。

除了军事用途外，当前还有民用航空与通用航空两大航空技术发展方向。

其中，民用航空是指使用各类航空器从事除了军事性质（包括国防、警察和海关）以外的所有的航空活动。而当前从安全性、人力成本等角度考虑，民航行业暂时不存在发展无人机的契机，民航飞机基本以普通飞机为主，包括数量丰富，分工齐全的机组人员，他们既驾驶飞机，也提供机上服务。

而通用航空，则是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。国家空管委办公室空管局副局长马欣在2012年11月13日开幕的第九届中国国际航空航天博览会上指出，中国将从明年开始，全面推进通信指挥和对空监视设施建设，逐步形成政府监管、行业指导、市场化运作、全国一体化的低空空域管理运行和服务保障体系。换句话说，中国通用航空即将迎来发展机遇期。

通用航空范畴下，无人机技术领域中最常见的飞行器也主要是普通飞机和旋翼式飞机两种。其中旋翼式飞机又可以分为直升机（单个旋翼作为飞行主要动力）与多旋翼飞机，而其中的多旋翼飞机已成为当前广受关注的热门产品，市场上也把这种产品称作四轴无人机或者六轴无人机等，此类飞行器通过多个旋翼共同提供升力，利用自平衡功能的飞行控制板来实现平衡控制。

多旋翼飞机，也叫多旋翼飞行器。这种飞行器的特点是非常适合静态平衡以及准静态下的飞行，所以尤其适合用于实施一些要求具备一定稳定性的操作，比如拍摄动作。

申请号为201220686731.2的已授权中国实用新型专利，公开了一种多旋翼无人飞行器，其包括中空的外壳和收容于外壳内的电路模块，所述外壳包括主体部和由主体部围设的外壳内腔，所述电路模块收容于外壳内腔中，所述多旋翼无人飞行器还包括置于外壳上且远离外壳内腔的传感器。所述传感器远离外壳内腔，即远离电路模块，避免了电路模块对传感器的干扰，保证了飞行的可靠性。该多旋翼无人飞行器发明的主要关注点在于如何避免其他电子器件对电路模块的干扰，而该多旋翼无人飞行器本身已搭载了云台、摄像机，并且通过遥感信号来控制，通过遥控器以及其他智能控制方式的控制，该多旋翼无人飞行器可以实现航拍、地图测绘、空中监控、线路巡检等多种功能。

本申请发明人注意到，由于该多旋翼无人飞行器意在通过人的操控实现对多种不同功能的实现，所以在远程遥控端需要设置极为复杂的操纵装置，对无人飞行器的飞行方式、飞行姿态、飞行动作以及云台与摄像机的动作都能够连续或者同时加以控制，由此造成了两个问题。第一，飞行器本身的系统结构较为复杂，体积与成本控制不易，导致飞行器价格居高不下，也不好携带，所以难于普及；第二，飞行器的操控极难上手，而且对于操控者的反映速度、熟悉程度提出了很高的要求，加大了对飞行器受众的挑选。这两个问题，极大阻碍了多旋翼飞行器行业的发展。

申请号为201410240071.9的中国发明专利则认为现有的航拍航线生成方法主要是两种：一是直接由飞行操作人员进行多次试飞，再通过对比，选择最优航线，这种方式的拍摄非常依赖飞行操作人员的现场控制；二是先在地图上设定多个目标航点以及拍摄角度，再通过人为操作或者计算机控制，使飞行器按一定顺序完成经过这些目标点的飞行，生成目标航线。

该发明还认为，对于上述第一种航拍航线的生成方法，由于人员操作很难每次都达到精确和完美的效果，所以需要飞行操作人员在目标物体或场景周围进行多次飞行拍摄，这不仅增加飞行操作的时间和雇佣飞行操作员的成本，又难以保证拍摄的质量。虽然具有高超熟练度的飞行员可以精确的控制航线，但这样的操作人员非常难得，同时让专业的摄影师和飞行员能够高效配合沟通也具有较大难度。而对于第二种方法，虽然降低了对飞行员的依赖，但是由于无法所见即所得，仅依据地图上设置航点的方式具有一定盲目性，而且这些航点无法保证能够获得最佳的拍摄距离和角度。另外，如果出现了地图上没有标注的物体，例如一棵树或一栋新建筑，在地图上规划航线的方式还会带来安全上的隐患，例如实际飞行中撞上建筑物等等。

所以该发明公开了一种无人机的航向生成方法，其包括如下步骤：预先取景飞行，记录飞行航点，所述航点包括无人机的定位数据和飞行高度信息；接收并记录无人机的飞行航点；根据取景飞行的航点生成一飞行轨迹；编辑所述飞行轨迹，以得到一新的飞行轨迹；传送编辑好的所述新的飞行轨迹至所述无人机，以使所述无人机按新的飞行轨迹飞行。

本申请发明人注意到，上述发明关注的是对一个不特定拍摄对象的航拍，通过结合使用人工操作的方式去踩点，然后利用智能化方式，采用计算机自动生成飞行轨迹，如此来实现航拍过程，换句话说，该方法最可能应用的是，需要使用无人机对某个景观或场景进行多方位多角度的航空摄像以便形成航拍素材的场合，此时，先由人操纵无人机飞到场景上空，通过试拍或者实时传回的信号来设计与确定实拍时的路线，其次，通过智能化手段，设计出程序化的飞行轨迹，确保实拍时的飞行路线。由于实拍的路线是经过电脑设计与确定的，所以实拍的飞行轨迹不会因为人为操作的随机性而导致发生不可预期的突发状况。由此可见，该发明所关注的需求是针对一种较为专业的场合提出的，对于专业摄像取景而言，其特点是：拍摄要求高、飞行控制要求高、需求发生频率低、收费高。本申请发明人认为，当前存在大量发生频率高、简单明确的拍摄需求，比如，以空中俯拍方式完成自拍，只要操作便捷，成本可接受，其实类似合照、留影级别的拍摄需求存在极大的需求市场。

发明人正是注意到这一需求，经过长期设计与大量实验确认了本发明的方法，通过用户简单的操作就能实现如自拍、定点拍摄这样的功能，操作便捷，并且设备成本得到了极大所见，体积也得以控制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种能够更加简便的实现拍摄功能的飞行拍摄设备以及飞行拍摄方法。

本发明提供的技术方案是：

一种多旋翼飞行拍摄设备，包括飞行单元、拍摄单元以及控制单元，其中飞行单元为多旋翼飞行器，且具备至少两组旋翼；其中的拍摄单元按照与飞行单元随动的方式实现拍照与摄像功能；

该设备的特征在于，其中的控制单元还包括：

飞行轨迹确定单元，该单元根据飞行拍摄设备准备姿态下的状态和/或输入的参数来确定飞行轨迹；

飞行指令生成单元，该单元计算出适当的飞行控制指令，使得飞行拍摄设备能够顺利沿着飞行轨迹飞抵目标位置，并且能从目标位置返回；

拍摄指令生成单元，该单元根据预设值和/或输入的参数来确定拍摄单元的拍摄动作；

信号发送与接收单元，该单元实现控制单元与飞行单元、拍摄单元之间的信号传输与控制。

如此，本申请的多旋翼飞行拍摄设备，无需复杂的操作，也不用繁琐的计算机控制，仅仅通过用户简单的指令与参数输入，就能实现最为实用的拍摄功能。甚至在某些拍摄功能比较固定的时候，用户无需输入任何参数或进行任何额外飞行控制操作、拍摄控制操作，就能实现拍摄功能。

优选地，飞行轨迹确定单元，根据飞行拍摄设备在准备姿态下的空间朝向来确定飞行方向，根据预设参数或者输入的参数来确定飞行距离。

优选地，飞行指令生成单元生成的飞行控制指令包括：起飞阶段，让飞行拍摄设备进入空中悬停状态；飞行拍摄阶段，控制飞行拍摄设备飞抵目标位置，在目标位置悬停一段时间，然后飞回出发位置；回收阶段，让飞行拍摄设备进入空中悬停状态和/或降落状态。

优选地，拍摄指令生成单元用于生成控制拍摄单元在目标位置实施单拍和/或连拍和/或摄像动作的指令，和/或拍摄指令生成单元用于生成控制拍摄单元在飞行途中实施单拍和/或连拍和/或摄像动作的指令。

优选地，飞行指令生成单元可利用线性插值法或非线性插值法或贝塞尔曲线法来计算出发地点与目标位置之间的飞行轨迹，生成飞行控制指令。

如此，本申请的飞行拍摄设备，从复杂的航拍过程中筛选出了几个关键因子，通过几个关键因子的控制，就能以直观、简洁的方式，实现航怕效果。

优选地，飞行轨迹确定单元根据飞行拍摄设备在准备姿态下的空间方位朝向和仰角来确定飞行方向，结合预设的和/或可调整的飞行时间和飞行功率来确定飞行轨迹。

如此，本申请的飞行拍摄设备，将复杂的飞行过程转化成了对飞行轨迹、飞行距离的控制，为有效、可靠的拍摄环境，创造了条件。

优选地，拍摄指令生成单元在控制拍摄单元实施拍摄动作之前，还可根据飞行拍摄设备准备姿态下的空间朝向和/或手动输入的参数来调整拍摄单元的镜头朝向。

如此，本申请的飞行拍摄设备，无论其所要飞行抵达的目标位置与拍摄点的空间位置关系如何，都能够准确的对拍摄点进行拍摄。

优选地，所述拍摄单元为手机、数码相机、微型摄像机。

如此，本申请的飞行拍摄设备也可以有效的利用现有的便携式电子拍摄设备。

另一方面，本发明还提供一种飞行拍摄方法，具体如下：

一种利用无人飞行拍摄设备实现飞行拍摄的方法，其特征在于包括如下步骤：

飞行轨迹确定步骤，根据无人飞行拍摄设备准备姿态下的状态和/或输入的参数来确定飞行轨迹；

飞行指令生成步骤，计算出适当的飞行控制指令，使得无人飞行拍摄设备能够顺利沿着飞行轨迹飞抵目标位置，并且能从目标位置返回；

拍摄指令生成步骤，根据预设值和/或输入的参数来确定拍摄动作；

飞行与拍摄步骤，无人飞行拍摄设备根据飞行控制指令完成预定飞行轨迹的飞行任务，期间根据拍摄指令完成拍摄动作。

另外，本发明的飞行拍摄方法，还可以进一步细化如下：

一种利用多旋翼飞行拍摄设备实现飞行拍摄的方法，其特征在于包括如下步骤：

飞行轨迹确定步骤，根据多旋翼飞行拍摄设备准备姿态下的状态确定飞行方位与飞行角度，结合预设和/或输入的飞行时间与飞行功率来确定飞行轨迹；

飞行指令生成步骤，根据之前确定的飞行轨迹计算出飞行控制指令，该指令可使得无人飞行拍摄设备能够顺利沿着飞行轨迹飞抵目标位置，并且能从目标位置返回；

拍摄指令生成步骤，根据预设值和/或输入的参数来生成拍摄指令，该拍摄指令可控制拍摄单元在目标位置实施单拍和/或连拍和/或摄像动作，和/或该拍摄指令可控制拍摄单元在飞行途中实施单拍和/或连拍和/或摄像动作的指令；

飞行与拍摄步骤，根据飞行控制指令完成预定飞行轨迹的飞行任务，期间根据拍摄指令完成拍摄动作。

采用上述飞行拍摄方法，使用方便，功能清晰，飞行拍摄设备的设计也可以更加小巧，产生了极大的市场价值。

附图说明

图1为本发明实施例一的多旋翼飞行拍摄设备所使用的飞行单元的示意图，其中示出了一种常见的四轴飞行器的形状。

图2为本发明实施例一的多旋翼飞行拍摄设备所使用的飞行单元的旋翼设置示意图。

图3为本发明实施例一的飞行拍摄设备实施飞行拍摄的方法的流程图。

图4为本发明实施例一的飞行拍摄设备实施飞行拍摄时，关于角度确认阶段的方位示意图。

图5为本发明实施例二所述的拍摄设备的示例图。

附图标记

1……机架（支架）。

2……电机（马达）。

3……旋翼（螺旋桨）。

4……飞行控制器。

5……旋转方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰地理解本发明，而非对本发明的限定性解释。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种多旋翼飞行拍摄设备，尤其是一种四轴旋翼式飞行拍摄设备，其主要包括三个单元：飞行单元、拍摄单元、拍摄控制单元。

首先，该飞行拍摄设备的飞行单元包括：机架1（也称支架），其用于提供整个飞行单元的刚性，并将飞行单元的其他部件连接起来；电源单元，其用于提供飞行单元飞行的动力；飞行控制器4，其既可以在外部命令控制下实现对飞行单元的飞行轨迹控制，也可以在没有外部命令下，利用自身的陀螺仪与自平衡电路设计，完成对飞行单元的惯性控制，保持其稳定飞行的状态；电机2（马达），其数量与机架结构相匹配，且与旋翼3数量相对应，每个电机2均从电源单元处获得动力支持，然后以可调节地方式驱动与其对应的旋翼3转动；多个与轴数对应的旋翼3，旋翼3经由电机2提供的能量实现高速转动，从而产生向下的作用力，多个旋翼3向下作用力的合力足以使得飞行单元离开地面，并且通过对各个旋翼3转速的单独控制，调节旋翼提供的升力，从而能够实现飞行单元在空中的6个自由度的飞行。

上述飞行单元也可以不单独设计机架，将构成飞行单元的各个元器件一体成型，然后用其他适当的刚性材料（如，高强度轻质塑料、碳素纤维钢等重量轻，强度高的材料）包覆上述元器件，由此来成型为整体视觉效果好，强度高、使用可靠的结构。

如图2所示，对于本实施例所述的四轴飞行单元中的旋翼3组合，为了抵消其自旋所产生的反向旋转力，可以将其四个旋翼3的旋转方向5按照相邻旋翼3彼此不同的方向进行设置，这样既能较好的确保飞行单元悬空停滞的可靠性，同时，也能通过调整旋翼3的转速来实现飞行单元在空中悬停时，沿着自身纵轴方向自转。

该飞行单元还可设置有专门的起落架，飞行单元既可以通过可自动折叠的起落架来实现着陆操作，也可以是该飞行单元的机架上存在突出的物理结构部分，用于承担起落架结构所起到的作用。

该飞行单元还可设置有信号警示灯，该信号警示灯既可以是常亮的也可以是闪烁的，在阳光充足的环境下，该信号灯既可用于警示飞行单元的状态（比如，通过不同的显示状态来表示上升、下降、加速、减速等），也可以用于实现一些灯光效果；在夜晚时，该信号灯用于警示飞行单元的位置，避免发生飞行意外。

另外信号警示灯还可以根据其位置不同，采用不同的颜色或者位置设计，这样对于通常结构比较对称的飞行单元，能够简单通过观察信号警示灯的差异来判断飞行单元的朝向。

本实施例中使用的飞行单元为如图1所示的四轴旋翼式飞行器，实际上，也可以采用其他的多旋翼飞行器，如六轴旋翼式飞行器等。

其次，该飞行拍摄设备的拍摄单元包括：成像单元、显示信号采集单元、显示信号传输单元，显示信号临时存储单元。成像单元可以采集影像，生成照片信号、连续照片信号或者视频信号，并由与其相连接的显示信号采集单元所采集，采集到的信号既可以通过显示信号传输单元通过无线或者有线方式传输给显示信号接收端（可以是用户手中的手机或者其他类似的具有图像处理、图像存储能力的电子设备），也可以存储在显示信号临时存储单元中，以备用户后期调用或读取。

该拍摄单元既可以直接与飞行单元相连，也可以通过一个能够实现自身位置调节的云台相连接，然后通过云台与飞行单元相连接。无论采用何种方式连接，拍摄单元均可以相对于飞行单元进行旋转或者俯仰角度的调整，以实现对特定角度的拍摄目的。此外，如果是通过云台来安装拍摄单元，可以借由云台能够自动调整位置的特性，实现对拍摄单元镜头方位与角度控制的更为复杂的智能化操纵。

该拍摄设备既可以是单独设计、体积轻巧的电子元器件的组合，也可以使用现有轻便的数码相机或者带有拍摄功能的手机。

最后，该飞行拍摄设备的拍摄控制单元系由硬件编程电路实现的模块化电路产品，它能够分别向飞行单元以及拍摄单元发出控制信号，实现预先设计好的组合拍摄动作。尤其是可以通过非常简洁的方式，实现对特定角度、特定方位的自定义拍摄模式。

该拍摄模式包括预编程拍摄模式、飞行参数定义拍摄模式以及个性化定义拍摄模式，下面分别对上述飞行拍摄设备的这三种拍摄模式进行说明。

预编程拍摄模式

如图3所示，其中以流程图方式示出了本实施例一的预编程拍摄模式。

该预编程拍摄模式的特点在于，飞行拍摄设备根据预设的指令，实现一种固定程序的拍摄，比如自拍。由于模式的规律性强，应用场合广泛，针对性的进行设计之后，既能使得拍摄效果最为优化，也能充分降低设备的成本与体积，让用户获得良好的使用体验。该模式的具体步骤如下：

步骤1（S1）：飞行拍摄准备阶段

在飞行拍摄准备阶段，用户操作飞行拍摄设备，使其进入待机状态，飞行拍摄设备将载入预设的时间参数T、飞行功率P以及拍摄次数N。

步骤2（S2）：拍摄角度确认阶段

用户采用手持等方式操作飞行拍摄设备，确定拟自拍的角度，保持该角度的情况下使该飞行拍摄设备处于一个较为稳定的准备姿态，然后向飞行拍摄设备输入开始拍摄的指令。

比如，如图4所示，用户在登山过程中，想从正北方向，仰角为45度的情况下，对自己所处的方位进行拍摄，但是由于身处高山，正北方向正好是悬空的，不可能通过他人协助的方式来完成拍摄，则用户可手持飞行拍摄设备将其朝向正北方向，并在飞行拍摄设备的默认镜头方向正对着自己的情况下，将飞行拍摄设备布置成以45度仰角倾斜，保持飞行拍摄设备处于该准备姿态的情况下，用户输入开始拍摄的指令。

图4中用一个镜头示意性的示出的飞行拍摄设备一旦接收到由用户所输入的开始拍摄的指令，则记录下其当前位置状态，生成起飞控制中所需要使用的角度参数a和b。以空间三维坐标系为例，则，其中a表示飞行拍摄设备在XY平面上的飞行方位，b表示在Z轴方向上的飞行仰角。图3中示出了本实施例正北方位、仰角为45度的例子。其中X轴为南北朝向，X轴指向南方，而虚线则指向北方，如图可见，用镜头表示的飞行拍摄设备所处的方位是，其XY平面投影方向与正北方位重合，而其与Z轴所形成的仰角为b。

步骤3（S3）：飞行控制指令生成阶段

在步骤1中确定了飞行时间T以及飞行功率P，在步骤2中确定了飞行方位a与飞行角度b，飞行拍摄设备的拍摄控制单元则根据上述参数，确定飞行控制指令。

所生成的飞行控制指令，包括飞行方向控制指令与飞行距离控制指令，其中飞行方向根据飞行方位与飞行角度来确定，飞行距离根据飞行时间与飞行功率来确定。

另外，飞行控制指令还可以按照如下方式计算，根据飞行方位与飞行角度能够确定飞行方向，而根据飞行时间以及飞行功率能够推算出飞行距离，得到飞行方向和飞行距离之后，就可以确定目标位置，根据出发位置与目标位置的空间关系，如此，采用线性/非线性插值、贝塞尔曲线接近等方式来自动生成飞行轨迹以及飞行控制指令。

该飞行控制指令主要分为四段，分别为：第一段（飞出阶段），用于让飞行拍摄设备沿着飞行方向a和飞行角度b向着远离用户的方向，以飞行功率P飞行，飞行时间为T；第二段（拍摄阶段），让飞行拍摄设备空中悬停一段时间（5秒~10秒），控制拍摄单元或者控制云台让拍摄设备以b角度反向定位，对准用户实施拍摄；第三段（飞回阶段），让飞行拍摄设备沿着原路返回初始地点，并保持空中悬停状态等待回收。

生成的飞行控制指令，可以暂存在拍摄控制单元中，在适当时机，发送到飞行单元的飞行控制器实现飞行轨迹控制，也可以即时发送至飞行控制器，延期执行。

步骤4（S4）：起飞阶段（进入空中悬停状态）

用户在输入开始拍摄指令之后，尽量在原位置将飞行拍摄设备恢复到一个易于起飞的状态，通常是让飞行拍摄设备保持水平的状态，然后采用托持的方式来保证该飞行拍摄设备的空间位置，让该飞行拍摄设备处于一个能够随时自由飞行的状态。

飞行拍摄设备在接受到开始拍摄的指令之后3~5秒，实施起飞动作。如果飞行拍摄设备检测到自身处于一个水平状态，则很容易实现从被托持状态转入空中悬停状态；如果飞行拍摄设备处于一个存在一定倾斜度而起飞困难的状态，则需要利用飞行单元内飞行控制器的自平衡功能，对飞行单元多个旋翼的转速实施分速控制，来确保飞行拍摄设备进入空中悬停状态。

步骤5（S5）：飞行拍摄阶段（完成预定空中飞行轨迹）

飞行拍摄设备检测到自身进入空中悬停状态，并且悬停1秒后，开始进入空中飞行阶段，此时飞行拍摄设备根据在步骤3中所确定的飞行控制指令进行飞行。

其中，拍摄单元在飞行拍摄设备飞行到空中拍摄状态时，将镜头的角度按照与b仰角相反的趋势进行调整，使得镜头朝向飞出地（用户所在地），在此状态下，拍摄单元完成对用户的N次拍摄动作。

随后飞行拍摄设备按照预设飞行控制指令，回到初始地点，进入空中悬停状态。

步骤6（S6）：回收阶段（手动回收与应急降落）

飞行拍摄设备飞回初始地点，然后保持空中悬停状态，此时用户可手动回收飞行拍摄设备，并关闭该设备，使其进入待机状态；如果飞行拍摄设备悬停5秒后，仍然没有感应到被回收，并关停至待机状态，则飞行拍摄设备降低转速，进入垂直着陆状态，着陆后，自动进入待机状态，等待回收。

步骤7（S7）：拍摄结果处理阶段

飞行拍摄设备拍摄的内容，可通过适当的无线传输方式，回传至用户手持的数字图像信息处理终端（如，手机、笔记本、数字相框等电子设备），也可以等飞行拍摄设备被回收后，由用户来手动下载暂存于飞行拍摄设备中的图像或者视频信息。

飞行参数定义拍摄模式

本模式是基于预编程拍摄模式的改进，其与预编程拍摄模式的相同之处不再赘述，其区别在于：

在飞行拍摄准备阶段，飞行拍摄设备即将载入的预设时间参数T、飞行功率P以及拍摄次数N是可以由用户来手动调整的。

通过调整时间参数T、飞行功率P，用户可以控制飞行拍摄设备在完成拍摄时，与被拍摄对象之间的距离，飞行功率越大、飞行时间越长，则飞行拍摄设备就能在距离用户更远的地方，对拍摄对象进行拍摄。在自拍场合下，能实现对广角、宽范围人群的拍摄，而在俯拍模式下，能实现鸟瞰的拍摄效果等。如果按照如后所述实施例的方式，对特定地点进行拍摄，通过调整上述参数，也能实现自己所期望的拍摄效果。

通过调整拍摄次数N，用户可以自动实现对同一对象的连续拍摄，获得多个拍摄结果，这样用户能够从多个拍摄结果中选择效果最好，最适合自己需要的结果。

个性化定义拍摄模式

本模式也是基于预编程拍摄模式的一个变形，其与预编程拍摄模式以及飞行参数定义模式的相同之处不再赘述，其区别点在于：

本模式下，用户还可以手动输入额外的对镜头拍摄角度的调整参数，从而实现，从预定地点向预定位置的拍摄。

下面以上述预编程拍摄模式的实施例为基础，对本模式进行说明。

上述预编程拍摄模式的拍摄对象是位于空间坐标轴原点的用户自己，简单的说，该预编程拍摄模式所实现的功能就是在自定义角度和位置上对用户自己实施自拍。具体来说，就是从正北方向，45度仰角的高度，远离用户一定距离的情况下，对用户进行向下的俯拍。

如果用户需要对正北方向的另一目标，实施从上往下的俯拍，则通过本模式可以实现这一目的。个性化定义拍摄模式中，用户可以针对拍摄角度b，另行设置增量参数b1以及自转角度c，其中增量参数b1与拍摄角度b为同一象限，自转角度c是相对于镜头的空间Z轴方向的。在设定了增量参数b1以及自转角度c的情况下，飞行拍摄设备在空中拍摄状态时，除了按照角度b调整拍摄方向外，还根据上述b1和c参数来调整方向。如果是本实施例所述用户需要向正北方向的另一目标进行俯拍，则用户经过预估，可将b1设定为90度，或者将c设定为180度。如此，拍摄单元的镜头在空中拍摄阶段，对镜头角度进行调整时，在反向转到b角度使得镜头朝向拍摄者之后，还将继续增量转动b1（90）角度，则基本朝向了用户所希望的方向；或者拍摄单元的镜头在空中拍摄阶段，对镜头角度进行调整时，在反向转到b角度使得镜头朝向拍摄者之后，还将绕自身Z轴旋转180度，从而朝向了用户所希望的方向。

上述示例中的数据只是示意性的表示镜头角度调整的远离，实际使用中，用户可以根据自身需要设置上述参数，实现拍摄效果的完全自定义化。

实施例二

如图5所示，其中示出了几种常见的微型拍摄设备，其中的镜头拍摄角度均可以在三个维度、很大范围内进行调整。此外，虽然本申请实施例一中的飞行拍摄设备的镜头调整机构是通过编程电路控制的，但是该控制结构也可以是机械控制的。

由于本申请关注的重点在于降低成本、减轻重量，实现对重点需求的针对性解决，而不是一揽子的通过程序控制、智能化控制解决任意的即时产生的需求，所以对于固定角度、固定位置以及固定对象的拍摄需求，完全也可以通过手动调整的镜头结构来配合实现。

比如，拍摄单元的镜头结构是以机械方式连接于飞行单元之上，其既可以绕着Z轴方向旋转，也可以绕着X轴或者Y轴方向旋转，并且在手动控制镜头旋转之后，其自身可相对稳定的保持在被调整后的位置上。

比如：当用户预估要向正北方向释放飞行拍摄设备，并且从空中以向下45度角的方式来对自己进行拍摄时候，在向正北方向释放飞行拍摄设备之前，手动将飞行拍摄设备上的镜头向下转动45度角，并保持镜头朝南，然后镜头自动保持在该状态下，飞行拍摄设备无需在飞行过程中另行对镜头的角度进行控制，只需要空中拍摄阶段，抓准时机，连续进行拍摄即可。

再如，当用户预估是要以自身为原点，朝正北方，以俯视45度角的方式来进行拍摄，则用户在将飞行拍摄设备调整为向正北方飞行之前，提前将镜头角度调整至朝正北方，向下45度角的方式即可。

实施例三

拍摄单元还可以通过云台与飞行单元相连接。所谓云台就是安装、固定拍摄单元的支撑设备，其包括固定云台或者电动云台。

相对于其中具有角度可调整镜头的拍摄设备而言，用固定云台支撑的拍摄设备能够确保拍摄范围更大，操作感觉更好，使用更加便利。在固定云台上安装好的拍摄设备，其水平和俯仰的角度可以进行针对性调整，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了。

相对于上述固定云台而言，电动云台适用于实现智能化的拍摄。电动云台的位置调整是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的拍摄设备既可自动扫描监视区域，也可在利用用户的操纵来跟踪拍摄对象。

也就是说，根据飞行拍摄设备的使用环境和使用需求不同，可以灵活使用云台或者不使用云台，也可选择使用固定云台或者电动云台。

相较于拍摄单元自身实现镜头角度调整的方案而言，由于电动云台的技术比较成熟，而且也有成品可以选择，所以考虑成本的情况下，可以更多选择电动云台。但是，如果考虑到产品集成度、产品重量控制等因素，也可根据自身需要，选择采用专门设计的电控技术在拍摄单元内部集成镜头角度调整解决手段。

实施例四

在前述实施例中，本申请的拍摄单元仅在空中拍摄阶段，对特定角度拍摄若干次。

实际上，这种拍摄模式的选择也可以是根据用户需求，有更多的选择，也可分别实现有价值的商业效果

比如：在空中拍摄阶段，拍摄单元可以采用不同的取景范围，按照从大到小或者从小到大的方式，连续拍摄多张图片。如此，在拍摄对象范围或者体积较大的情况下，可以通过多次不同取景范围的试拍，获得多个不同的拍摄结果，用户后期可以从中选择出取景范围与被拍摄对象更加匹配的结果。

再如：除了空中拍摄阶段，在飞行拍摄设备的飞行阶段，拍摄单元也可以自动单拍或者连续拍摄，这样取得的结果，体现出针对同一拍摄角度和拍摄对象，从不同距离连续拍摄的结果，获得的拍摄结果既可供用户选择出最佳的拍摄结果，也可以连续展示，由于拍摄结果的连续性和规律变化性，可以实现超出预期的动态展示效果。

再如：拍摄单元除了拍摄固定的照片之外，也可以是拍摄一段视频，如上所述，这个拍摄过程也可以预先设置好，选取整个空中飞行过程的一段适当时机来实施。如果在空中拍摄阶段，完成视频拍摄，则能完成在固定位置固定角度的连续视频录取；如果在空中飞行阶段，就完整或者部分的实施拍摄，也能实现独特的移动中拍摄的动态显示效果。

再如：拍摄单元的拍摄还可以结合对镜头角度的规律性控制，比如在空中拍摄阶段，拍摄单元完成360度的旋转拍摄，并且合成为全景照片。

实施例五

该飞行拍摄设备还可以另行设有用于连接其他外接拍摄单元（如、相机、录像机、带有拍摄功能的手机等类似电子设备）的连接机构，该连接机构可以是卡接、夹持、包覆等多种连接方式，通过该连接机构稳固的保持住外接拍摄单元。

当飞行拍摄设备使用外接拍摄单元来实现飞行拍摄时，其操作步骤与上述第一实施例中的方式类似，仅是具体使用的拍摄信号控制方式有所不同，比如可以通过蓝牙方式、软件编程等方式来实现拍摄时机、拍摄方式的控制。

实施例六

在实施例一中，确定飞行拍摄设备的飞行方向与飞行角度时，是通过用户手持飞行拍摄设备的方式来实现的。由于飞行拍摄设备通常是一个异形的结构，用户手持的方式也可能存在一些问题，比如方向对位不够准确，手持不稳易滑动，所以，还可以设置有与飞行拍摄设备的外形相对应的起落架。用户既可以通过该起落架来可靠的释放和回收飞行拍摄设备，也可以通过该起落架来容纳飞行拍摄设备。

该起落架与飞行拍摄设备的外形相互配合，当用户手持其间容纳有飞行拍摄设备的起落架时，即使用户设定的飞行仰角很大，由于起落架可靠的收纳了飞行拍摄设备，该飞行拍摄设备也不会掉落，从而发生损毁。回收时，用起落架去接纳飞行拍摄设备。

实施例七

根据本申请实施例一的方案，用户在确定好飞行方向与飞行角度之后，还需要尽量在原位置将飞行拍摄设备恢复到一个易于起飞的状态，通常是让飞行拍摄设备保持水平的状态，以便让该飞行拍摄设备处于一个能够随时自由飞行的状态。

但是飞行拍摄设备同时也具备一定的困难状态下起飞的能力，在倾斜程度不高的情况下，飞行拍摄设备的飞行单元可以通过自身陀螺仪来感应自身状态，然后根据自身状态情况，调整多个旋翼具有不同转速，使得位置相对下沉的部分获得更强的升力，使得飞行单元迅速、可靠的进入空中悬停状态。

实施例八

本申请实施例一的方案中是采用以用户为原点的普通空间坐标系方式来确定飞行方向、飞行距离，目标位置，所以，对应的预设参数、输入参数选择了空间坐标系下的飞行方位、飞行角度、飞行时间、飞行功率等。

实际上在偏心坐标系、参心坐标系、高斯坐标系情况下，也可根据具体情况选择其他适宜的参数，以便简化飞行控制指令的生成过程。同样的，对于飞行时间、飞行功率参数的选择，也可以根据实际情况，选择适宜的方式来确定，而无需限制为本申请实施例一的方式。

实施例九

本申请实施例一是以飞行拍摄设备的空间姿态来确认飞行方位与角度，结合预设的飞行距离控制因素（飞行时间、飞行功率）来确定拍摄目标位置。实际上由于本申请意在能够简化飞行拍摄设备的功能实现，对于一些非常容易根据用户经验估算确定目标位置的场合，完全可以输入全部参数的方式来实现自动拍摄。

比如：用户手动输入飞行方位为正北方向（或将飞行拍摄设备在起飞状态摆设成朝北方出发的方向），手动输入飞行角度为45度，手动调整镜头角度、手动输入飞行时间为3秒，飞行功率为2级（比如折算成飞行速度大概为2米/秒）。则也能简单的实现从正北方位斜上45度角，相距6米处，朝自己方向完成自拍的动作。

再如：根据用户最常见的需求，本申请实施例的产品也可以不设置由用户来设定的功能，而是默认设置了一种最为常见的自拍模式，即使无需用户手动输入任何信息，飞行拍摄设备也能够按照设置好的自拍模式完成飞行拍摄。此时，用户只需要手持飞行拍摄设备，飞行拍摄设备按照预定程序自动完成固定模式的自拍动作。如此，由于取消了自动设置的功能模块以及与实时计算飞行轨迹有关的功能模块，还能够进一步降低飞行拍摄设备的系统复杂程度、重量与成本，使得该飞行拍摄设备有可能得以更加普及。

应该理解，对于本发明所提供多个实施例而言，其描述仅仅是示意性的，其所揭露的系统，装置和方法，也可以通过其它本领域人员可以合理得知的方式实现。例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能的划分，其在具体实现时，还可以有另外的合理划分方式；再如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到其他合理系统，或一些非必要特征可以忽略，或不执行。另一方面来说，所揭示的关于单元彼此之间的耦合关系，无论是直接耦合还是通信连接方式，既可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接的方式，也可以是电性方式、机械方式或其它合理形式。

此外，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；这些部件即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。本领域技术人员可以基于本发明的构思，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所要完成的技术效果。

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单元中，也可以是各个单元单独存在，还可以是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 采用软件功能模块的形式实现。

如上所述的本发明各个实施例，其并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所实现的等效结构或等效流程变换，或将本发明构思直接或间接运用在其他相关的技术领域，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多旋翼飞行拍摄设备，包括飞行单元、拍摄单元以及控制单元，其中飞行单元为多旋翼飞行器，且具备至少两组旋翼；其中的拍摄单元按照与飞行单元随动的方式实现拍照与摄像功能；

该设备的特征在于，其中的控制单元还包括：

飞行轨迹确定单元，该单元根据飞行拍摄设备准备姿态下的状态和/或输入的参数来确定飞行轨迹；

飞行指令生成单元，该单元计算出适当的飞行控制指令，使得飞行拍摄设备能够顺利沿着飞行轨迹飞抵目标位置，并且能从目标位置返回；

拍摄指令生成单元，该单元根据预设值和/或输入的参数来确定拍摄单元的拍摄动作；

信号发送与接收单元，该单元实现控制单元与飞行单元、拍摄单元之间的信号传输与控制。

2.如权利要求1所述的多旋翼飞行拍摄设备，其特征在于：飞行轨迹确定单元，根据飞行拍摄设备在准备姿态下的空间朝向来确定飞行方向，根据预设参数或者输入的参数来确定飞行距离。

3.如权利要求1所述的多旋翼飞行拍摄设备，其特征在于：飞行指令生成单元生成的飞行控制指令包括：起飞阶段，让飞行拍摄设备进入空中悬停状态；飞行拍摄阶段，控制飞行拍摄设备飞抵目标位置，在目标位置悬停一段时间，然后飞回出发位置；回收阶段，让飞行拍摄设备进入空中悬停状态和/或降落状态。

4.如权利要求1所述的多旋翼飞行拍摄设备，其特征在于：拍摄指令生成单元用于生成控制拍摄单元在目标位置实施单拍和/或连拍和/或摄像动作的指令，和/或拍摄指令生成单元用于生成控制拍摄单元在飞行途中实施单拍和/或连拍和/或摄像动作的指令。

5.如权利要求1所述的多旋翼飞行拍摄设备，其特征在于：飞行指令生成单元可利用线性插值法或非线性插值法或贝塞尔曲线法来计算出发地点与目标位置之间的飞行轨迹，生成飞行控制指令。

6.如权利要求2所述的多旋翼飞行拍摄设备，其特征在于：飞行轨迹确定单元根据飞行拍摄设备在准备姿态下的空间方位朝向和仰角来确定飞行方向，结合预设的和/或可调整的飞行时间和飞行功率来确定飞行轨迹。

7.如权利要求1所述的多旋翼飞行拍摄设备，其特征在于：拍摄指令生成单元在控制拍摄单元实施拍摄动作之前，还可根据飞行拍摄设备准备姿态下的空间朝向和/或手动输入的参数来调整拍摄单元的镜头朝向。

8.如权利要求1所述的多旋翼飞行拍摄设备，其特征在于：所述拍摄单元为手机、数码相机、微型摄像机。

9.一种利用无人飞行拍摄设备实现飞行拍摄的方法，其特征在于包括如下步骤：

飞行轨迹确定步骤，根据无人飞行拍摄设备准备姿态下的状态和/或输入的参数来确定飞行轨迹；

飞行指令生成步骤，计算出适当的飞行控制指令，使得无人飞行拍摄设备能够顺利沿着飞行轨迹飞抵目标位置，并且能从目标位置返回；

拍摄指令生成步骤，根据预设值和/或输入的参数来确定拍摄动作；

飞行与拍摄步骤，无人飞行拍摄设备根据飞行控制指令完成预定飞行轨迹的飞行任务，期间根据拍摄指令完成拍摄动作。

10.一种利用多旋翼飞行拍摄设备实现飞行拍摄的方法，其特征在于包括如下步骤：

飞行轨迹确定步骤，根据多旋翼飞行拍摄设备准备姿态下的状态确定飞行方位与飞行角度，结合预设和/或输入的飞行时间与飞行功率来确定飞行轨迹；

飞行指令生成步骤，根据之前确定的飞行轨迹计算出飞行控制指令，该指令可使得无人飞行拍摄设备能够顺利沿着飞行轨迹飞抵目标位置，并且能从目标位置返回；

拍摄指令生成步骤，根据预设值和/或输入的参数来生成拍摄指令，该拍摄指令可控制拍摄单元在目标位置实施单拍和/或连拍和/或摄像动作，和/或该拍摄指令可控制拍摄单元在飞行途中实施单拍和/或连拍和/或摄像动作的指令；

飞行与拍摄步骤，根据飞行控制指令完成预定飞行轨迹的飞行任务，期间根据拍摄指令完成拍摄动作。