CN105045276A - 无人机飞行控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机飞行控制方法，该方法包括：控制搭载在无人机上的摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；分析拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点；获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离；获取无人机的当前飞行高度；根据特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到无人机在第二方向上的补偿漂移量；根据第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行。本发明还公开了一种无人机飞行控制装置。采用本发明可提供一种可靠、低成本的飞行控制策略。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种无人机飞行控制方法及装置。
背景技术
由于无人机具有体积小、重量轻、可垂直起飞降落、定点悬停、高机动性等优点，在交通监控、自然灾害监视与救援、环境和污染监测、农林业勘测、应对突发事件等领域具有广阔的应用前景。
在室外环境下，无人机的位置信息可由全球定位系统(GPS)提供实时位置信息。在无GPS信号的环境下，例如在室内环境中，通常由高速、高精度的室内定位系统(如Vicon高速动作捕捉系统，Optitrack运动捕捉系统、基于超宽带技术的无线定位系统等)提供无人机的实时位置信息，这些高速、高精度室内定位系统的价格非常昂贵，同时，由于无人机受限于定位系统的有效测量空间，这极大地限制了无人机自主飞行的性能。实现无人机自定位的另一种解决方案是使用激光测距仪，但适于小型无人机的激光测距仪的价格昂贵、更新效率低。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种无人机飞行控制方法及装置，旨在提供可靠、低成本的飞行控制策略。
为实现上述目的，本发明提供一种无人机飞行控制方法，该方法包括：
控制搭载在无人机上的摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；
分析所述拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点；
获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离；所述第一方向与第二方向呈垂直关系；
获取所述无人机的当前飞行高度；
根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量；
根据所述第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行。
优选地，所述获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离的步骤包括：
分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第一方向运动的距离，对所述计算的各个特征点在第一方向运动的距离求平均值，作为所述前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离；
分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第二方向运动的距离，对所述计算的各个特征点在第二方向运动的距离求平均值，作为所述前后两个拍摄图像中的特征点在第二方向运动的距离。
优选地，所述根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量的步骤之前，该方法还包括：判断所述摄像机是否正对地面拍摄；
所述根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量的步骤包括：
在所述摄像机未正对地面拍摄时，获取搭载在云台上的陀螺仪在第一方向运动的距离和在第二方向运动的距离；
根据所述特征点在第一方向运动的距离及陀螺仪在第一方向运动的距离，得到无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离及陀螺仪在第二方向运动的距离，得到无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量；
根据所述无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量。
优选地，所述根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量的步骤之前，该方法还包括：判断所述无人机是否有运动量及判断搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中是否存在移动物；所述根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量的步骤包括：
在所述无人机没有运动量且搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中存在移动物时，采集设置在无人机上的加速度计测量的加速度；
对所述采集的加速度进行二次积分得到位移量；
根据所述特征点在第一方向运动的距离及所述位移量，得到无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离及所述位移量，得到无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量；
根据所述无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量。
优选地，所述分析所述拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点的步骤为：
分析所述拍摄图像，从所述拍摄图像中获取梯度图像，并根据梯度图像提取至少一个特征点。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种无人机飞行控制装置，该装置包括：
第一控制模块，用于控制搭载在无人机上的摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；
分析模块，用于分析所述拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点；
第一获取模块，用于获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离；所述第一方向与第二方向呈垂直关系；
第二获取模块，用于获取所述无人机的当前飞行高度；
补偿模块，用于根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量；
第二控制模块，用于根据所述第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行。
优选地，所述第一获取模块包括：
第一获取单元，用于分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第一方向运动的距离，对所述计算的各个特征点在第一方向运动的距离求平均值，作为所述前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离；
第二获取单元，用于分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第二方向运动的距离，对所述计算的各个特征点在第二方向运动的距离求平均值，作为所述前后两个拍摄图像中的特征点在第二方向运动的距离。
优选地，所述装置还包括第一判断模块，用于判断所述摄像机是否正对地面拍摄；
所述补偿模块包括：
第三获取单元，用于在所述摄像机未正对地面拍摄时，获取搭载在云台上的陀螺仪在第一方向运动的距离和在第二方向运动的距离；
第一补偿单元，用于根据所述特征点在第一方向运动的距离及陀螺仪在第一方向运动的距离，得到无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离及陀螺仪在第二方向运动的距离，得到无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量；
第二补偿单元，用于根据所述无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量。
优选地，所述装置还包括第二判断模块，用于判断所述无人机是否有运动量及判断搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中是否存在移动物；
所述补偿模块包括：
采集单元，用于在所述无人机没有运动量且搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中存在移动物时，采集设置在无人机上的加速度计测量的加速度；
积分单元，用于对所述采集的加速度进行二次积分得到位移量；
第三补偿单元，用于根据所述特征点在第一方向运动的距离及所述位移量，得到无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离及所述位移量，得到无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量；
第四补偿单元，用于根据所述无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量。
优选地，所述分析模块包括：
分析单元，用于分析所述拍摄图像，从所述拍摄图像中获取梯度图像，并根据梯度图像提取至少一个特征点。
本发明的无人机飞行控制方法及装置，通过控制搭载在无人机上的摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；分析所述拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点；获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离；获取所述无人机的当前飞行高度；根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量；根据所述第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行；即可通过搭载在无人机上的摄像机得到拍摄图像，根据该拍摄图像中的特征点的位置变化及无人机的当前飞行高度，得到补偿漂移量，再根据该补偿漂移量控制无人机飞行，使得无人机飞行到特定位置，对无人机进行定位，具有可靠、低成本优点。
附图说明
图1为本发明无人机飞行控制方法优选实施例的流程示意图；
图2为本发明获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离的步骤的细化流程示意图；
图3为图1中步骤S50的第一实施例的详细流程示意图；
图4为图1中步骤S50的第二实施例的详细流程示意图；
图5为本发明无人机飞行控制装置优选实施例的结构示意图；
图6为本发明无人机飞行控制装置的第一获取模块的细化结构示意图；
图7为本发明无人机飞行控制装置的补偿模块的第一实施例细化结构示意图；
图8为本发明无人机飞行控制装置的补偿模块的第二实施例细化结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明无人机飞行控制方法优选实施例的流程示意图，该方法包括：
S10、控制搭载在无人机上的摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像。
摄像机搭载在无人机上，与无人机固定连接。在一实施例中，可通过云台将摄像机搭载在无人机上，通过该摄像机可拍摄无人机正下方或前方的图像。
在该步骤中，控制摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；该预设频率由摄像机的具体配置决定，若该摄像机的配置高，则该预设频率可以大一些，若该摄像机的配置低，则该预设频率可以小一些。在一实施例中，该预设频率可以为250次/秒，即每秒拍摄250幅图像。
S20、分析该拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点。
当步骤S10中得到的拍摄图像有多个时，则分别对各个拍摄图像进行分析，得到各个拍摄图像上的特征点。各个拍摄图像上的特征点至少有一个。
在一实施例中，分析该拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点的步骤为：分析该拍摄图像，从该拍摄图像中获取梯度图像，并根据梯度图像提取至少一个特征点。根据获取的梯度图像计算梯度值，选取梯度值大于预设梯度阀值的点为特征点。
S30、获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离；该第一方向与第二方向呈垂直关系。
较佳的，该第一方向为水平方向，该第二方向为垂直方向；或该第一方向为垂直方向，该第二方向为水平方向。
特征点在前拍摄图像中的坐标为(x1，y1)，特征点在后拍摄图像中的坐标为(x2，y2)，将特征点在前拍摄图像中的坐标点(x1，y1)与在后拍摄图像中的坐标(x2，y2)作差，得到特征点在第一方向运动的距离和在第二方向运动的距离，如，特征点在第一方向运动的距离D为|x1-x2|，特征点在第二方向运动的距离D’为|y1-y2|。
S40、获取该无人机的当前飞行高度。
可通过设置在无人机上的超声波传感器、激光传感器、声纳传感器、红外传感器等高度测量传感器测量无人机的当前飞行高度，该当前飞行高度为无人机相对地面的高度。
在该步骤中，通过读取超声传感器、激光传感器、声呐传感器、红外传感器等高度测量传感器上的测量数据，得到无人机的当前飞行高度。
S50、根据该特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据该特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量。
在该步骤中，根据特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；较佳中，可对该特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第一方向运动的补偿漂移量offset1，即其中D表示该特征点在第一方向运动的距离，H表示无人机的当前飞行高度。
在该步骤中，根据特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量；较佳的，可对该特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第二方向运动的补偿漂移量offset2，即其中D’表示该特征点在第二方向运动的距离，H表示无人机的当前飞行高度。
S60、根据该第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行。
在该步骤中，根据该第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行，使得无人机飞行到特定位置，对无人机进行定位。具体的，可先根据该第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量计算需要向无人机上的马达输出的PWM信号，然后将该计算出的PWM信号发送给无人机的微控制器，供微控制器根据该PWM信号控制马达的转速。
采用上述实施例，通过控制搭载在无人机上的摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；分析该拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点；获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离；获取该无人机的当前飞行高度；根据该特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据该特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量；根据该第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行；即可通过搭载在无人机上的摄像机得到拍摄图像，根据该拍摄图像中的特征点的位置变化及无人机的当前飞行高度，得到补偿漂移量，再根据该补偿漂移量控制无人机飞行，使得无人机飞行到特定位置，对无人机进行定位，具有可靠、低成本优点。
进一步的，如图2所示，该获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离的步骤包括：
S31、分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第一方向运动的距离，对该计算的各个特征点在第一方向运动的距离求平均值，作为该前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离。
当在前后两个拍摄图像中的特征点有多个时，则分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第一方向运动的距离，如在前后两个拍摄图像都包括特征点P1、P2、……、Pi、.......、Pn，n表示特征点个数，特征点P1、P2、…、Pi、....、Pn在前拍摄图像中的坐标分别为(x11，y11)、(x21，y21)、…、(xi1，yi1)…、(xn1，yn1)，特征点P1、P2、…、Pi、....、Pn在后拍摄图像中的坐标分别为(x12，y12)、(x22，y22)、…(xi2，yi2)、…、(xn2，yn2)，各个特征点在第一方向运动的距离为|x11-x12|、|x21-x22|、…、|xi1-xi2|、…、|xn1-xn2|；然后对计算的各个特征点在第一方向运动的距离求平均值，作为该前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离D，D＝(|x11-x12|+|x21-x22|+…+|xi1-xi2|+…+|xn1-xn2|)/n，可使得获取的特征点在第一方向运动的距离更加准确。
S32、分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第二方向运动的距离，对该计算的各个特征点在第二方向运动的距离求平均值，作为该前后两个拍摄图像中的特征点在第二方向运动的距离。
当在前后两个拍摄图像中的特征点有多个时，则分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第二方向运动的距离，如在前后两个拍摄图像都包括特征点P1、P2、……、Pi、…....、Pn，n表示特征点个数，特征点P1、P2、…、Pi、....、Pn在前拍摄图像中的坐标分别为(x11，y11)、(x21，y21)、…、(xi1，yi1)…、(xn1，yn1)，特征点P1、P2、…、Pi、....、Pn在后拍摄图像中的坐标分别为(x12，y12)、(x22，y22)、…(xi2，yi2)、…、(xn2，yn2)，各个特征点在第二方向运动的距离为|y11-y12|、|y21-y22|、…、|yi1-yi2|、…、|yn1-yn2|；然后对计算的各个特征点在第二方向运动的距离求平均值，作为该前后两个拍摄图像中的特征点在第二方向运动的距离D’，D’＝(|y11-y12|+|y21-y22|+…+|yi1-yi2|+…+|yn1-yn2|)/n，可使得获取的特征点在第二方向运动的距离更加准确。
进一步的，在步骤S50之前，该方法还包括：S70、判断该摄像机是否正对地面拍摄，在该摄像头正对地面拍摄时，执行步骤S50。
可通过判断该摄像机的摄像头是否正对地面以确定该摄像机是否正对地面拍摄，在该摄像机的摄像头正对地面时，可以确定该摄像机正对地面拍摄。
如图3所示，在一实施例中，该步骤S50包括以下步骤：
S51、在该摄像机未正对地面拍摄时，获取搭载在云台上的陀螺仪在第一方向运动的距离和在第二方向运动的距离。
该陀螺仪搭载在云台上，与无人机固定连接。在该步骤中，采集搭载在云台上的陀螺仪在第一方向上的角度速度和第二方向上的角速度，通过该采集的陀螺仪在第一方向上的角度速度和第二方向上的角速度得到陀螺仪在第一方运动的距离和第二方向运动的距离。
S52、根据该特征点在第一方向运动的距离及陀螺仪在第一方向运动的距离，得到无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量；及根据该特征点在第二方向运动的距离及陀螺仪在第二方向运动的距离，得到无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量。
在该步骤中，根据该特征点在第一方向运动的距离及陀螺仪在第一方向运动的距离，得到无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量；较佳的，无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量offset1初始可通过以下公式获得：offset1初始＝D-kG，其中D表示特征点在第一方向运动的距离，k表示陀螺仪的增益系数，G表示陀螺仪在第一方向运动的距离，陀螺仪的增益系数k与陀螺仪的所处的高度有关，可预先设置该陀螺仪在各个高度段的增益系数，如，在预设高度下，可将陀螺仪的增益系数k设置为1。
在该步骤中，还根据该特征点在第二方向运动的距离及陀螺仪在第二方向运动的距离，得到无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量；较佳的，无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量offset2初始可通过以下公式获得：offset2初始＝D’-kG’，其中D’表示特征点在第二方向运动的距离，k表示陀螺仪的增益系数，G’表示陀螺仪在第二方向运动的距离。
S53、根据该无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据该无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量。
在该步骤中，根据该无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；较佳的，可对无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第一方向运动的补偿漂移量offset1，即其中D表示该特征点在第一方向运动的距离，G表示陀螺仪在第一方向运动的距离，H表示无人机的当前飞行高度。
在该步骤中，根据该无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量；较佳的，可对无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第二方向运动的补偿漂移量offset2，即其中D’表示该特征点在第一方向运动的距离，G’表示陀螺仪在第二方向运动的距离，H表示无人机的当前飞行高度。
进一步的，在步骤S50之前，该方法还包括：S80、判断该无人机是否有运动量及判断搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中是否存在移动物，在该无人机没有运动量且搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中存在移动物时，执行步骤S50。
可通过判断该无人机的飞行状态确定该无人机是否有运动量，当该无人机处于悬停状态时，可确定该无人机没有运动量。可通过以下方式判断该摄像机的拍摄视野中是否存在移动物，如在摄像机位置不变及拍摄参数不变时，摄像机按照一定的间隔时间拍摄两张图片，如果两张图片有差异，则可认为在摄像机的拍摄视野中存在移动物。
如图3所示，在另一实施例中，该步骤S50包括以下步骤：
S54、在该无人机没有运动量且搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中存在移动物时，采集设置在无人机上的加速度计测量的加速度。
该加速度计可以为重力传感器。
S55、对该采集的加速度进行二次积分得到位移量。
S56、根据该特征点在第一方向运动的距离及该位移量，得到无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量；及根据该特征点在第二方向运动的距离及该位移量，得到无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量。
在该步骤中，根据该特征点在第一方向运动的距离及该位移量，得到无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量；较佳的，无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量offset1’初始可通过以下公式获得：offset1’初始＝(1-t)D+tW，其中D表示特征点在第一方向运动的距离，t表示加速度计的融合系数，W表示位移量。
在该步骤中，根据该特征点在第二方向运动的距离及该位移量，得到无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量；较佳的，无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量offset2’初始可通过以下公式获得：offset2’初始＝(1-t)D’+tW，其中D’表示特征点在第二方向运动的距离，t表示加速度计的融合系数，W表示位移量。
S57、根据该无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据该无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量。
在该步骤中，根据该无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；较佳的，可对无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第一方向运动的补偿漂移量offset1，即其中D表示该特征点在第一方向运动的距离，W表示位移量，H表示无人机的当前飞行高度。
在该步骤中，根据该无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量；较佳的，可对无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第二方向运动的补偿漂移量offset2，即其中D’表示该特征点在第二方向运动的距离，W表示位移量，H表示无人机的当前飞行高度。
参照图5，图5为本发明无人机飞行控制装置优选实施例的结构示意图，该装置包括：
第一控制模块10，用于控制搭载在无人机上的摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；
分析模块20，用于分析该拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点；
第一获取模块30，用于获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离；该第一方向与第二方向呈垂直关系；
第二获取模块40，用于获取该无人机的当前飞行高度；
补偿模块50，用于根据该特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据该特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量；
第二控制模块60，用于根据该第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行。
摄像机搭载在无人机上，与无人机固定连接。在一实施例中，可通过云台将摄像机搭载在无人机上，通过该摄像机可拍摄无人机正下方或前方的图像。
该第一控制模块10控制摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；该预设频率由摄像机的具体配置决定，若该摄像机的配置高，则该预设频率可以大一些，若该摄像机的配置低，则该预设频率可以小一些。在一实施例中，该预设频率可以为250次/秒，即每秒拍摄250幅图像。
当该第一控制模块10控制摄像机拍摄的拍摄图像有多个时，该分析模块20分别对各个拍摄图像进行分析，得到各个拍摄图像上的特征点。各个拍摄图像上的特征点至少有一个。在一实施例中，该该分析模块20包括分析单元，用于分析该拍摄图像，从该拍摄图像中获取梯度图像，并根据梯度图像提取至少一个特征点。该分析单元根据获取的梯度图像计算梯度值，选取梯度值大于预设梯度阀值的点为特征点。
较佳的，该第一方向为水平方向，该第二方向为垂直方向；或该第一方向为垂直方向，该第二方向为水平方向。
特征点在前拍摄图像中的坐标为(x1，y1)，特征点在后拍摄图像中的坐标为(x2，y2)，该第一获取模块30将特征点在前拍摄图像中的坐标点(x1，y1)与在后拍摄图像中的坐标(x2，y2)作差，得到特征点在第一方向运动的距离和在第二方向运动的距离，如，特征点在第一方向运动的距离D为|x1-x2|，特征点在第二方向运动的距离D’为|y1-y2|。
可通过设置在无人机上的超声波传感器、激光传感器、声纳传感器、红外传感器等高度测量传感器测量无人机的当前飞行高度，该当前飞行高度为无人机相对地面的高度。
该第二获取模块40通过读取超声传感器、激光传感器、声呐传感器、红外传感器等高度测量传感器上的测量数据，得到无人机的当前飞行高度。
该补偿模块50根据特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；较佳中，可对该特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第一方向运动的补偿漂移量offset1，即其中D表示该特征点在第一方向运动的距离，H表示无人机的当前飞行高度。
该补偿模块50还根据特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量；较佳的，可对该特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第二方向运动的补偿漂移量offset2，即其中D’表示该特征点在第二方向运动的距离，H表示无人机的当前飞行高度。
该第二控制模块60根据该第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行，使得无人机飞行到特定位置，对无人机进行定位。具体的，该第二控制模块60可先根据该第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量计算需要向无人机上的马达输出的PWM信号，然后将该计算出的PWM信号发送给无人机的微控制器，供微控制器根据该PWM信号控制马达的转速。
进一步的，如图6所示，该第一获取模块30包括：
第一获取单元31，用于分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第一方向运动的距离，对该计算的各个特征点在第一方向运动的距离求平均值，作为该前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离；
第二获取单元32，用于分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第二方向运动的距离，对该计算的各个特征点在第二方向运动的距离求平均值，作为该前后两个拍摄图像中的特征点在第二方向运动的距离。
当在前后两个拍摄图像中的特征点有多个时，该第一获取单元31分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第一方向运动的距离，如在前后两个拍摄图像都包括特征点P1、P2、……、Pi、.......、Pn，n表示特征点个数，特征点P1、P2、…、Pi、....、Pn在前拍摄图像中的坐标分别为(x11，y11)、(x21，y21)、…、(xi1，yi1)…、(xn1，yn1)，特征点P1、P2、…、Pi、....、Pn在后拍摄图像中的坐标分别为(x12，y12)、(x22，y22)、…(xi2，yi2)、…、(xn2，yn2)，各个特征点在第一方向运动的距离为|x11-x12|、|x21-x22|、…、|xi1-xi2|、…、|xn1-xn2|；然后对计算的各个特征点在第一方向运动的距离求平均值，作为该前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离D，D＝(|x11-x12|+|x21-x22|+…+|xi1-xi2|+…+|xn1-xn2|)/n，可使得获取的特征点在第一方向运动的距离更加准确。
当在前后两个拍摄图像中的特征点有多个时，该第二获取单元32分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第二方向运动的距离，如在前后两个拍摄图像都包括特征点P1、P2、……、Pi、.......、Pn，n表示特征点个数，特征点P1、P2、…、Pi、....、Pn在前拍摄图像中的坐标分别为(x11，y11)、(x21，y21)、…、(xi1，yi1)…、(xn1，yn1)，特征点P1、P2、…、Pi、....、Pn在后拍摄图像中的坐标分别为(x12，y12)、(x22，y22)、…(xi2，yi2)、…、(xn2，yn2)，各个特征点在第二方向运动的距离为|y11-y12|、|y21-y22|、…、|yi1-yi2|、…、|yn1-yn2|；然后对计算的各个特征点在第二方向运动的距离求平均值，作为该前后两个拍摄图像中的特征点在第二方向运动的距离D’，D’＝(|y11-y12|+|y21-y22|+…+|yi1-yi2|+…+|yn1-yn2|)/n，可使得获取的特征点在第二方向运动的距离更加准确。
进一步的，该装置还包括第一判断模块，用于判断该摄像机是否正对地面拍摄。如图7所示，在一实施例中，该补偿模块50包括：
第三获取单元51，用于在该摄像机未正对地面拍摄时，获取搭载在云台上的陀螺仪在第一方向运动的距离和在第二方向运动的距离；
第一补偿单元52，用于根据该特征点在第一方向运动的距离及陀螺仪在第一方向运动的距离，得到无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量；及根据该特征点在第二方向运动的距离及陀螺仪在第二方向运动的距离，得到无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量；
第二补偿单元53，用于根据该无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据该无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量。
该第一判断模块可通过判断该摄像机的摄像头是否正对地面以确定该摄像机是否正对地面拍摄，在该摄像机的摄像头正对地面时，可以确定该摄像机正对地面拍摄。
该陀螺仪搭载在云台上，与无人机固定连接。该第三获取单元51采集搭载在云台上的陀螺仪在第一方向上的角度速度和第二方向上的角速度，通过该采集的陀螺仪在第一方向上的角度速度和第二方向上的角速度得到陀螺仪在第一方运动的距离和第二方向运动的距离。
该第一补偿单元52根据该特征点在第一方向运动的距离及陀螺仪在第一方向运动的距离，得到无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量；较佳的，无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量offset1初始可通过以下公式获得：offset1初始＝D-kG，其中D表示特征点在第一方向运动的距离，k表示陀螺仪的增益系数，G表示陀螺仪在第一方向运动的距离，陀螺仪的增益系数k与陀螺仪的所处的高度有关，可预先设置该陀螺仪在各个高度段的增益系数，如，在预设高度下，可将陀螺仪的增益系数k设置为1。
该第一补偿单元52还根据该特征点在第二方向运动的距离及陀螺仪在第二方向运动的距离，得到无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量；较佳的，无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量offset2初始可通过以下公式获得：offset2初始＝D’-kG’，其中D’表示特征点在第二方向运动的距离，k表示陀螺仪的增益系数，G’表示陀螺仪在第二方向运动的距离。
该第二补偿单元53根据该无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；较佳的，可对无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第一方向运动的补偿漂移量offset1，即其中D表示该特征点在第一方向运动的距离，G表示陀螺仪在第一方向运动的距离，H表示无人机的当前飞行高度。
该第二补偿单元53还根据该无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量；较佳的，可对无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第二方向运动的补偿漂移量offset2，即其中D’表示该特征点在第一方向运动的距离，G’表示陀螺仪在第二方向运动的距离，H表示无人机的当前飞行高度。
进一步的，该装置还包括第二判断模块，用于判断所述无人机是否有运动量及判断搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中是否存在移动物。如图8所示，在另一实施例中，该补偿模块50包括：
采集单元54，用于在该无人机没有运动量且搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中存在移动物时，采集设置在无人机上的加速度计测量的加速度；
积分单元55，用于对该采集的加速度进行二次积分得到位移量；
第三补偿单元56，用于根据该特征点在第一方向运动的距离及该位移量，得到无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量；及根据该特征点在第二方向运动的距离及该位移量，得到无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量；
第四补偿单元57，用于根据该无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据该无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量。
该第二判断模块可通过判断该无人机的飞行状态确定该无人机是否有运动量，当该无人机处于悬停状态时，可确定该无人机没有运动量。可通过以下方式判断该摄像机的拍摄视野中是否存在移动物，如在摄像机位置不变及拍摄参数不变时，摄像机按照一定的间隔时间拍摄两张图片，如果两张图片有差异，则可认为在摄像机的拍摄视野中存在移动物。
在无人机没有运动量且搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中存在移动物时，该采集单元54采集设置在该无人机上加速度计测量的加速度。该加速度计可以为重力传感器。
该第三补偿单元56根据该特征点在第一方向运动的距离及该位移量，得到无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量；较佳的，无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量offset1’初始可通过以下公式获得：offset1’初始＝(1-t)D+tW，其中D表示特征点在第一方向运动的距离，t表示加速度计的融合系数，W表示位移量。
该第三补偿单元56还根据该特征点在第二方向运动的距离及该位移量，得到无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量；较佳的，无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量offset2’初始可通过以下公式获得：offset2’初始＝(1-t)D’+tW，其中D’表示特征点在第二方向运动的距离，t表示加速度计的融合系数，W表示位移量。
该第四补偿单元57根据该无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第一方向上的补偿漂移量；较佳的，可对无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第一方向运动的补偿漂移量offset1，即其中D表示该特征点在第一方向运动的距离，W表示位移量，H表示无人机的当前飞行高度。
该第四补偿单元57还根据该无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到该无人机在第二方向上的补偿漂移量；较佳的，可对无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量和无人机的当前飞行高度进行勾股定理运算，得到该特征点在第二方向运动的补偿漂移量offset2，即其中D’表示该特征点在第二方向运动的距离，W表示位移量，H表示无人机的当前飞行高度。
以上仅为本发明的优选实施例，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 (10)
1.一种无人机飞行控制方法，其特征在于，该方法包括：
控制搭载在无人机上的摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；
分析所述拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点；
获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离；所述第一方向与第二方向呈垂直关系；获取所述无人机的当前飞行高度；
根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量；
根据所述第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行。
2.如权利要求1所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离的步骤包括：
分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第一方向运动的距离，对所述计算的各个特征点在第一方向运动的距离求平均值，作为所述前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离；
分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第二方向运动的距离，对所述计算的各个特征点在第二方向运动的距离求平均值，作为所述前后两个拍摄图像中的特征点在第二方向运动的距离。
3.如权利要求2所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量的步骤之前，该方法还包括：判断所述摄像机是否正对地面拍摄；
所述根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量的步骤包括：
在所述摄像机未正对地面拍摄时，获取搭载在云台上的陀螺仪在第一方向运动的距离和在第二方向运动的距离；
根据所述特征点在第一方向运动的距离及陀螺仪在第一方向运动的距离，得到无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离及陀螺仪在第二方向运动的距离，得到无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量；
根据所述无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量。
4.如权利要求2所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量的步骤之前，该方法还包括：判断所述无人机是否有运动量及判断搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中是否存在移动物；
所述根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量的步骤包括：
在所述无人机没有运动量且搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中存在移动物时，采集设置在无人机上的加速度计测量的加速度；
对所述采集的加速度进行二次积分得到位移量；
根据所述特征点在第一方向运动的距离及所述位移量，得到无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离及所述位移量，得到无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量；
根据所述无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量。
5.如权利要求1至4任一项所述的无人机飞行控制方法，其特征在于，所述分析所述拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点的步骤为：
分析所述拍摄图像，从所述拍摄图像中获取梯度图像，并根据梯度图像提取至少一个特征点。
6.一种无人机飞行控制装置，其特征在于，该装置包括：
第一控制模块，用于控制搭载在无人机上的摄像机按照预设频率进行拍摄操作，得到拍摄图像；
分析模块，用于分析所述拍摄图像，得到拍摄图像上的至少一个特征点；
第一获取模块，用于获取前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离及在第二方向运动的距离；所述第一方向与第二方向呈垂直关系；
第二获取模块，用于获取所述无人机的当前飞行高度；
补偿模块，用于根据所述特征点在第一方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离和无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量；
第二控制模块，用于根据所述第一方向上的补偿漂移量和第二方向上的补偿漂移量控制无人机飞行。
7.如权利要求6所述的无人机飞行控制装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：
第一获取单元，用于分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第一方向运动的距离，对所述计算的各个特征点在第一方向运动的距离求平均值，作为所述前后两个拍摄图像中的特征点在第一方向运动的距离；
第二获取单元，用于分别计算前后两个拍摄图像中的各个特征点在第二方向运动的距离，对所述计算的各个特征点在第二方向运动的距离求平均值，作为所述前后两个拍摄图像中的特征点在第二方向运动的距离。
8.如权利要求7所述的无人机飞行控制装置，其特征在于，所述装置还包括第一判断模块，用于判断所述摄像机是否正对地面拍摄；
所述补偿模块包括：
第三获取单元，用于在所述摄像机未正对地面拍摄时，获取搭载在云台上的陀螺仪在第一方向运动的距离和在第二方向运动的距离；
第一补偿单元，用于根据所述特征点在第一方向运动的距离及陀螺仪在第一方向运动的距离，得到无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离及陀螺仪在第二方向运动的距离，得到无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量；
第二补偿单元，用于根据所述无人机在第一方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述无人机在第二方向上的第一初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量。
9.如权利要求7所述的无人机飞行控制装置，其特征在于，所述装置还包括第二判断模块，用于判断所述无人机是否有运动量及判断搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中是否存在移动物；
所述补偿模块包括：
采集单元，用于在所述无人机没有运动量且搭载在该无人机上的摄像机的拍摄视野中存在移动物时，采集设置在无人机上的加速度计测量的加速度；
积分单元，用于对所述采集的加速度进行二次积分得到位移量；
第三补偿单元，用于根据所述特征点在第一方向运动的距离及所述位移量，得到无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量；及根据所述特征点在第二方向运动的距离及所述位移量，得到无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量；
第四补偿单元，用于根据所述无人机在第一方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第一方向上的补偿漂移量；及根据所述无人机在第二方向上的第二初始补偿漂移量及无人机的当前飞行高度，得到所述无人机在第二方向上的补偿漂移量。
10.如权利要求6至9任一项所述的无人机飞行控制装置，其特征在于，所述分析模块包括：
分析单元，用于分析所述拍摄图像，从所述拍摄图像中获取梯度图像，并根据梯度图像提取至少一个特征点。
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