CN104932523A - 一种无人飞行器的定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人飞行器的定位方法及系统，方法包括：通过无人飞行器上的摄像头实时采集视频流图像信息；获取无人飞行器的高度信息和姿态信息；根据所述高度信息和姿态信息对所述视频流图像信息进行解析，得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离；自动控制无人飞行器朝与所述漂移方向相反的方向移动所述漂移距离，稳定无人飞行器的位置。本发明实现了无人飞行器在无卫星定位系统或卫星定位信号精度差的情况下，即无法提供具体操控量的情况下同样能够实现无人飞行器的定点悬停，提高无人飞行器的安全性，尤其是室内飞行的安全性；同时又能优化操控人员的飞行体验。

Description

一种无人飞行器的定位方法及装置

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体说的是一种无人飞行器定位的方法及装置。

背景技术

如今，由于各行各业的需求，无人飞行器的运用越来越广泛，随着不断的发展，出现了更多航飞速度更快、飞行高度更高、更加操作灵活、体积更小的无人飞行器。而随着飞行速度及飞行高度的不断增加，加上飞行器本体越来越小，对飞行器本身的性能要求也越来越高，具体的，飞行器飞行速度及高度的提升，将导致飞行器根据操控要求实现悬停的难度提高；小型飞行器在室内或空间较为隐蔽的地方飞行时由于无法实现卫星定位或卫星定位精度差，而无法实现定点悬停的问题，上述问题将导致无人飞行器存在一定的安全隐患，同时对操控者而言，也无法体验到良好的飞行操控效果。

为了更好的适应飞行器的快速发展，技术人员不断的研发解决方法，如专利申请号201310307007.3，名称为《微小型飞行器地面测试姿态记录仪》的发明申请，提供一种飞行器地面试验姿态记录仪，结合多种传感器获得飞行器的原始飞行姿态数据，利用均值滤波方法处理后根据自定义数据格式对飞行姿态数据进行分割和打包，以整数形式发送到上位机进行处理，解算后实现对飞行姿态数据融合，实现快速、实时对飞行姿态的更新，更好的掌握飞行器的飞行姿态。但是，上述方案虽然提供了一种实时更新飞行器飞行姿态信息，但还是无法解决在卫星定位精度差或无法实现卫星定位时遇到的无法定点悬停问题，因此，有必要提供一种能够根据姿态信息等数据实现无人飞行器定位的方法及装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种无人飞行器定位的方法及装置，能够在无卫星定位或卫星定位信号差的情况下，同样实现无人飞行器的定点悬停，提高飞行器的安全性能和操控人员的飞行体验。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种无人飞行器的定位方法，包括：

通过无人飞行器上的摄像头实时采集视频流图像信息；获取无人飞行器的高度信息和姿态信息；

对所述视频流图像信息进行解析，并根据所述高度信息和姿态信息得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离；

自动控制无人飞行器朝与所述漂移方向相反的方向移动所述漂移距离，定点悬停。

本发明提供的另一个技术方案为：

一种无人飞行器的定位系统，包括摄像头、获取模块、解析模块和自动控制模块；

所述摄像头，用于通过无人飞行器上的摄像头实时采集视频流图像信息；

所述获取模块，用于获取无人飞行器的高度信息和姿态信息；

所述解析模块，用于对所述视频流图像信息进行解析，并根据所述高度信息和姿态信息得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离；

所述自动控制模块，用于自动控制无人飞行器朝与所述漂移方向相反的方向移动所述漂移距离，定点悬停。

本发明的有益效果在于：区别于现有技术的无人飞行器由于无法进行定位，而无法实现飞行器的定点悬停；配备有定位功能的无人飞行器大多通过卫星定位信号进行定位，在卫星定位信号差或者无卫星信号的情况下也无法实现定点悬停；无法实现无人飞行器的定点悬停将导致无人飞行器很难接受操控，在空中具有较大的漂移速度，存在较大安全隐患；同时也影响操控者的操控体验。本发明提供一种无人飞行器的定位方法及系统，通过实时采集得到视频流图像信息；在获取得到无人飞行器的高度信息和姿态信息后对视频流图像信息进行解析，便得到飞行器的漂移方向和漂移距离；根据漂移方向和漂移距离便能够自动控制无人飞行器抵消相应的漂移量，实现无人飞行器在无定位系统提供的操控量的情况下实现定点悬停。本发明实现了无人飞行器在无卫星定位系统或卫星定位信号精度差的情况下，即无法提供具体操控量的情况下同样能够实现无人飞行器的定点悬停，提高无人飞行器的安全性，尤其是室内飞行的安全性；同时又能优化操控人员的飞行体验。

附图说明

图1为本发明一实施例一种无人飞行器的定位方法的基础流程框图；

图2为本发明一实施例一种无人飞行器的定位方法的流程框图；

图3为本发明一实施例一种无人飞行器的定位方法的流程框图；

图4为本发明一实施例一种无人飞行器的定位方法的流程框图；

图5为本发明一实施例一种无人飞行器的定位方法的流程框图；

图6为本发明一实施例一种无人飞行器的定位系统的基础结构组成方框图；

图7为本发明一实施例一种无人飞行器的定位系统的结构组成方框图；

图8为本发明一实施例一种无人飞行器的定位系统的中识别模块的组成方框图；

图9为本发明一实施例一种无人飞行器的定位系统的结构组成方框图；

图10为本发明一实施例一种无人飞行器的定位系统的结构组成方框图。

标号说明：

1、摄像头；2、获取模块；3、解析模块；4、自动控制模块；

5、识别模块；6、第一监测模块；7、计算模块；8、选取单元；

9、第一识别单元；10、第二识别单元；

12、卫星定位系统；13、第二监测模块。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

名词解释：

姿态信息：飞行器三个轴的轴向角加速度和加速度信息；

漂移量：包括无人飞行器的漂移方向和漂移速度。

本发明最关键的构思在于：获取视频流图像信息和飞行器的高度信息及姿态信息后解析得到飞行器的漂移方向和漂移距离的漂移量，自动控制飞行器抵消相应的漂移量，实现无人飞行器的定点悬停。

请参照图1以及图10，本发明提供一种无人飞行器的定位方法，包括：

通过无人飞行器上的摄像头1实时采集视频流图像信息；获取无人飞行器的高度信息和姿态信息；

对所述视频流图像信息进行解析，并根据所述高度信息和姿态信息得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离；

自动控制无人飞行器朝与所述漂移方向相反的方向移动所述漂移距离，定点悬停。

需要说明的是，通过获取无人飞行器的高度信息和姿态信息后便能够得出无人飞行器此时的状态。自动控制无人飞行器朝与所述漂移方向相反的方向移动所述漂移距离即让无人飞行器在悬停过程中抵消由于惯性而产生的漂移距离，目的是实现在没有卫星定位信息提供的定位操控量时能够把无人飞行器稳定在一点，从而做到定点悬停。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供一种无人飞行器的定位方法，通过实时采集得到视频流图像信息；在获取得到无人飞行器的高度信息和姿态信息后对视频流图像信息进行解析，便得到飞行器的漂移方向和漂移距离；根据漂移方向和漂移距离便能够自动控制无人飞行器抵消相应的漂移量，实现无人飞行器在无定位系统提供的操控量的情况下实现定点悬停。本发明实现了无人飞行器在无卫星定位系统12或卫星定位信号精度差的情况下，即无法提供具体操控量的情况下同样能够实现无人飞行器的定点悬停，提高无人飞行器的安全性，尤其是室内飞行的安全性；同时又能优化操控人员的飞行体验。

进一步的，所述“对所述视频流图像信息进行解析，并根据所述高度信息和姿态信息得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离”具体包括：

自动识别所述视频流图像信息中的特征点；

对所述特征点进行监测，得到特征点的移动方向和移动速度；

根据特征点的移动方向、移动速度、所述高度信息和姿态信息计算得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离。

需要说明的是，所述特征点可以理解为在图像中，相对图像背景环境比较突出的像素点；在本发明中特征点的选取、识别、检测过程均是全自动实现的，不需要预先设定任何参考物。

进一步的，所述“自动识别所述视频流图像信息中的特征点；对所述特征点进行监测，得到特征点的移动方向和移动速度”具体包括：

选取所述视频流图像信息中的一帧图像；识别出本帧图像中两个以上的特征点；

在所述视频流图像信息的每一帧图像中自动识别出所述特征点；

将每一帧图像中的每一个特征点与上一帧图像中相对应的特征点进行比较，得到所述特征点的比较数据；

对所述比较数据进行均值处理，得到特征点的移动方向和移动速度。

需要说明的是，在选取视频流图像信息中的一帧图像后，将自动在该帧图像上识别出一定数量的特征点，之后会在视频流图像信息中的每一帧图像上都识别出上述选取的特定图像中识别出的特征点，通过对同一特征点在每相邻的两帧图像中的移动的距离、方向和时间进行比较，得出一系列的特征点比较数据，通过对这一系列的特征点比较数据进行均值处理，得出特征点的平均移动方向和平均移动速度，即特征点的移动方向和移动速度。

进一步的，所述“自动控制”包括自动控制参数调整的过程；

所述参数包括通过所述姿态信息预估得到的无人飞行器下一时刻的状态信息。

需要说明的是，自动控制过程中将结合自动控制规律，以免无人飞行器在定点悬停过程中发生动作发散、抵消量不足或抵消量过大等情况。

进一步的，所述“通过无人飞行器上的摄像头1实时采集视频流图像信息”之前还包括使用卫星定位系统12进行定位的过程；具体包括：

监测卫星定位系统12信号的定位精度；

当定位精度低于阀值时执行步骤“通过无人飞行器上的摄像头1实时采集视频流图像信息”；

当定位精度高于阀值时切换至卫星定位系统12进行定位。

由上述描述可知，在无人飞行器没有配备卫星定位系统12，或者卫星定位信号精度较低时，能够通过或自动切换至本发明所述的视频流辅助定位方法进行无人飞行器的定位，避免无人飞行器在空中横冲猛撞，无法定位着陆；从而实现无人飞行器的定点悬停，提高无人飞行器的飞行安全性，同时也能够保障人们的安全。

本发明提供的另一个技术方案为：一种无人飞行器的定位系统，包括摄像头1、获取模块2、解析模块3和自动控制模块4；

所述摄像头1，用于通过无人飞行器上的摄像头1实时采集视频流图像信息；

所述获取模块2，用于获取无人飞行器的高度信息和姿态信息；

所述解析模块3，用于对所述视频流图像信息进行解析，并根据所述高度信息和姿态信息得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离；

所述自动控制模块4，用于自动控制无人飞行器朝与所述漂移方向相反的方向移动所述漂移距离，定点悬停。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明提供一种无人飞行器的定位系统，通过摄像头1实时采集得到视频流图像信息；通过获取模块2获取得到无人飞行器的高度信息和姿态信息后通过解析模块3对视频流图像信息进行解析，便得到飞行器的漂移方向和漂移距离；自动控制模块4根据漂移方向和漂移距离便能够自动控制无人飞行器抵消相应的漂移量，实现无人飞行器在无定位系统提供的操控量的情况下实现定点悬停。本发明实现了无人飞行器在无卫星定位系统12或卫星定位信号精度差的情况下，即无法提供具体操控量的情况下同样能够实现无人飞行器的定点悬停，提高无人飞行器的安全性，尤其是室内飞行的安全性；同时又能优化操控人员的飞行体验。

进一步的，所述解析模块3包括识别模块5、第一监测模块6和计算模块7；

所述识别模块5，用于自动识别所述视频流图像信息中的特征点；

所述第一监测模块6，用于对所述特征点进行监测，得到特征点的移动方向和移动速度；

所述计算模块7，用于根据特征点的移动方向、移动速度、所述高度信息和姿态信息计算得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离。

进一步的，所述识别模块5包括选取单元8、第一识别单元9和第二识别单元10；所述第一检测模块包括处理单元；

所述选取单元8，用于选取所述视频流图像信息中的一帧图像；

所述第一识别单元9，用于识别出本帧图像中两个以上的特征点；

所述第二识别单元10，用于将每一帧图像中的每一个特征点与上一帧图像中相对应的特征点进行比较，得到所述特征点的比较数据；

所述处理单元，用于对所述比较数据进行均值处理，得到特征点的移动方向和移动速度。

进一步的，所述自动控制模块4还用于自动控制参数调整；所述参数包括通过所述姿态信息预估得到的无人飞行器下一时刻的状态信息。

进一步的，还包括卫星定位系统12和第二监测模块13；

所述第二监测模块13，用于监测卫星定位系统12信号的定位精度；

当定位精度低于阀值时触发摄像头1，通过视频流辅助定位；

当定位精度高于阀值时切换至卫星定位系统12进行定位。

请参照图4和5，本发明的实施例一为：

提供一种无人飞行器的定位方法，包括以下步骤：

1、启动视频流辅助定位系统；

2、通过无人飞行器机身上布置的摄像头1获取实时图像，获取无人飞行器高度信息及姿态信息；

3、实时解算无人飞行器漂移方向及漂移距离；具体包括：

采集图像：自动在图像上识别一定数量的特征点(可以理解为在图像中，相对图像背景环境比较突出的像素点)，同时监测这些像素点的移动方向和速度，对这一系列特征点的数据进行均值处理，结合飞行器此时本身状态，获得飞行器此时的漂移方向和距离；在每一帧图像上，都会识别本帧图像的特征点，与上一帧图像中相同的特征点进行比较。

4、结合自动控制规律，自行控制无人飞行器向漂移方向相反方向移动，抵消漂移量；

5、在无操控量的情况下，稳定无人飞行器定点悬停。

请参照图10，本发明的实施例二为：

一种无人飞行器的定位系统，包括卫星信号定位模块、视频信号采集模块、获取模块2、解析模块3和自动控制模块4；

所述卫星信号定位模块可以是GPS装置；所述视频信号采集模块包括摄像头1；所述获取模块2优选包括高度信息采集模块和姿态信息采集模块；所述解析模块3优选为信息处理模块；所述自动控制模块4优选为飞行控制模块和信息输出模块。

在本发明的无人飞行器可以配备有卫星定位的GPS装置，也可以没有，通过本发明所述的无人飞行器的视频流定位系统同样能够单独完成无人飞行器的定位，实现定点悬停。当辅助卫星定位系统12时将能够大大提高无人飞行器的定位精度。

综上所述，本发明提供的一种无人飞行器的定位方法及系统，不仅能够在无卫星定位系统12使实现无人飞行器的准确定点悬停功能；而且能够在卫星定位信号精度较差使辅助完成无人飞行器的定位，显著提高无人飞行器的定点悬停精度，同时提高无人飞行器的安全性，尤其是室内飞行的安全性，进一步的，还能优化操控者的飞行操纵体验。

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同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人飞行器的定位方法，其特征在于，包括：

通过无人飞行器上的摄像头实时采集视频流图像信息；获取无人飞行器的高度信息和姿态信息；

对所述视频流图像信息进行解析，并根据所述高度信息和姿态信息得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离；

自动控制无人飞行器朝与所述漂移方向相反的方向移动所述漂移距离，定点悬停。

2.根据权利要求1所述的一种无人飞行器的定位方法，其特征在于，

所述“对所述视频流图像信息进行解析，并根据所述高度信息和姿态信息得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离”具体包括：

自动识别所述视频流图像信息中的特征点；

对所述特征点进行监测，得到特征点的移动方向和移动速度；

根据特征点的移动方向、移动速度、所述高度信息和姿态信息计算得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离。

3.根据权利要求2所述的一种无人飞行器的定位方法，其特征在于，所述“自动识别所述视频流图像信息中的特征点；对所述特征点进行监测，得到特征点的移动方向和移动速度”具体包括：

选取所述视频流图像信息中的一帧图像；识别出本帧图像中两个以上的特征点；

在所述视频流图像信息的每一帧图像中自动识别出所述特征点；

将每一帧图像中的每一个特征点与上一帧图像中相对应的特征点进行比较，得到所述特征点的比较数据；

对所述比较数据进行均值处理，得到特征点的移动方向和移动速度。

4.根据权利要求1所述的一种无人飞行器的定位方法，其特征在于，所述“自动控制”包括自动控制参数调整的过程；

所述参数包括通过所述姿态信息预估得到的无人飞行器下一时刻的状态信息。

5.根据权利要求1所述的一种无人飞行器的定位方法，其特征在于，所述“通过无人飞行器上的摄像头实时采集视频流图像信息”之前还包括使用卫星定位系统进行定位的过程；具体包括：

监测卫星定位系统信号的定位精度；

当定位精度低于阀值时执行步骤“通过无人飞行器上的摄像头实时采集视频流图像信息”；

当定位精度高于阀值时切换至卫星定位系统进行定位。

6.一种无人飞行器的定位系统，其特征在于，包括摄像头、获取模块、解析模块和自动控制模块；

所述摄像头，用于通过无人飞行器上的摄像头实时采集视频流图像信息；

所述获取模块，用于获取无人飞行器的高度信息和姿态信息；

所述解析模块，用于对所述视频流图像信息进行解析，并根据所述高度信息和姿态信息得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离；

所述自动控制模块，用于自动控制无人飞行器朝与所述漂移方向相反的方向移动所述漂移距离，定点悬停。

7.根据权利要求1所述的一种无人飞行器的定位系统，其特征在于，所述解析模块包括识别模块、第一监测模块和计算模块；

所述识别模块，用于自动识别所述视频流图像信息中的特征点；

所述第一监测模块，用于对所述特征点进行监测，得到特征点的移动方向和移动速度；

所述计算模块，用于根据特征点的移动方向、移动速度、所述高度信息和姿态信息计算得到无人飞行器的漂移方向和漂移距离。

8.根据权利要求7所述的一种无人飞行器的定位系统，其特征在于，所述识别模块包括选取单元、第一识别单元和第二识别单元；所述第一检测模块包括处理单元；

所述选取单元，用于选取所述视频流图像信息中的一帧图像；

所述第一识别单元，用于识别出本帧图像中两个以上的特征点；

所述第二识别单元，用于将每一帧图像中的每一个特征点与上一帧图像中相对应的特征点进行比较，得到所述特征点的比较数据；

所述处理单元，用于对所述比较数据进行均值处理，得到特征点的移动方向和移动速度。

9.根据权利要求6所述的一种无人飞行器的定位系统，其特征在于，所述自动控制模块还用于自动控制参数调整；所述参数包括通过所述姿态信息预估得到的无人飞行器下一时刻的状态信息。

10.根据权利要求6所述的一种无人飞行器的定位系统，其特征在于，还包括卫星定位系统和第二监测模块；

所述第二监测模块，用于监测卫星定位系统信号的定位精度；

当定位精度低于阀值时触发摄像头，通过视频流辅助定位；

当定位精度高于阀值时切换至卫星定位系统进行定位。