CN105159317A - 无人机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种无人机及其控制方法，该无人机包括机体，机体上设置有至少两个鱼眼镜头，且该两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°-180°。本发明可以很好的解决无人机在飞行过程中实时检测并避开障碍物的问题，且该避障方法，具有造价较低、与软件分析结合、实时性高、可视检测距离长的特点，可以很好的搭配无人机执行实时避障工作。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种具有拍摄功能的无人机及其控制方法。
背景技术
无人机在自动或操控飞行的过程中，难免会遇到航线上的障碍物，如果不能及时避开就有可能发生危险。
现有技术中针对无人机的实时避障，大部分采用的避障技术都是依赖于在无人机上装大量的传感器：如超声波、激光雷达等。但是，上述避障方法存在的缺陷是：要么检测距离短，造成无法及时避开障碍物；要么设备体积、质量庞大，造价较高，不能很好的装配到无人机上。
发明内容
本发发明的主要目的在于提供一种无人机，以解决无人机在飞行过程中实时检测并避开障碍物的问题，且成本低，便于装配。
为实现上述目的，本发明提出一种无人机，包括机体，所述机体上设置有至少两个鱼眼镜头；所述两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°-180°。
优选地，所述无人机的底部安装有两个朝向同一方向的所述鱼眼镜头以形成拍摄视角覆盖范围为180°。
优选地，所述无人机的底部安装有三个朝向不同方向的所述鱼眼镜头，该三个所述鱼眼镜头两两所形成的拍摄视角覆盖范围之和至少为180°。
优选地，该三个所述鱼眼镜头的朝向所形成的夹角中有两个为直角或为锐角。
优选地，所述无人机的底部相邻两侧或相对两侧的方向，每一侧设置有两个朝向同一方向的所述鱼眼镜头以形成拍摄视角覆盖范围为180°。
优选地，所述无人机的底部相对两侧的方向上各安装有两个朝向同一方向的所述鱼眼镜头以形成拍摄视角覆盖范围为180°；所述无人机的底部还安装有一个所述鱼眼镜头，该个所述鱼眼镜头的朝向与上述四个所述鱼眼镜头的朝向垂直以与该四个所述鱼眼镜头中任一个所述鱼眼镜头形成拍摄视角覆盖范围为90°。
优选地，所述鱼眼镜头相对所述无人机为可旋转连接，和/或为可左右滑动连接和/或为上下滑动连接。
优选地，所述无人机的底部沿四个相互垂直的方向分别设置有至少一个所述鱼眼镜头，其中相邻两个所述鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°。
优选地，所述无人机上还安装有用于根据所述鱼眼镜头所采集的图像进行避障处理并控制无人机避开障碍物以及控制所述鱼眼镜头相对所述无人机旋转和/或左右滑动和/或上下滑动的控制器。
本发明还提出一种无人机的控制方法，所述无人机的机体上设置有可相对所述无人机旋转的、至少两个鱼眼镜头；所述两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°-180°，所述方法包括：
控制所述鱼眼镜头以预设间隔时间相对无人机旋转预设角度；或者，根据所述无人机的航行方向，控制所述鱼眼镜头旋转至朝向无人机的航向方向上；
获取各个所述鱼眼镜头所采集的影像数据；
分别从各个所述鱼眼镜头所采集的影像数据中识别出障碍物的同一像素点，计算出障碍物像素点相对无人机的具体位置信息，得到障碍物的位置；
分析所述障碍物的位置，对无人机发送控制指令执行航线偏离以避开所述障碍物。
本发明提出的一种无人机及其控制方法，在无人机的机体上设置有至少两个鱼眼镜头，该鱼眼镜头所拍摄的图像因存在视角覆盖，所以可用于进行障碍，可以很好的解决无人机在飞行过程中实时检测并避开障碍物的问题，且该避障方法，具有造价较低、与软件分析结合、实时性高、可视检测距离长的特点，可以很好的搭配无人机执行实时避障工作。同时，还可通过采用图像合成技术实现全景拍摄。
附图说明
图1为本发明无人机第一实施例的结构示意图；
图2为图1所示的无人机的避障原理示意图；
图3为本发明无人机第二实施例的结构示意图。
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1-3所示，本发明实施例提出的一种无人机，包括机体10，机体10上设置有至少两个鱼眼镜头，两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°-180°。
本实施例方案应用的无人机，其搭载的鱼眼镜头所拍摄的图像因存在视角覆盖，所以可用于进行障碍，及本实施例的无人机可以为需要自动避开障碍物的无人飞行器、无人驾驶汽车以及其他需要实时自动定位视野中障碍物并自动避开的装置。
通过在无人机的机体10上设置有至少两个鱼眼镜头(用以进行障碍物检测)，可以很好的解决无人机在飞行过程中实时检测并避开障碍物的问题，且该避障方法，具有造价较低、与软件分析结合、实时性高、可视检测距离长的特点，可以很好的搭配无人机执行实时避障工作。同时，鱼眼镜头所拍摄的图像因存在视角覆盖，所以还可通过采用图像合成拼接技术实现全景拍摄。
具体地，如图1所示，图1为本发明第一实施例提出的一种无人机，在无人机的底部安装有两个鱼眼镜头，镜头A和镜头B，两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围可以为180°，由此可以实现无人机正前方上下180度以及左右180度无死角实时影像重叠。
在机体10双侧鱼眼镜头安装时，如图1所示，虚线区域为镜头可视范围，双镜头交插可视范围为100％，确认双镜头识别前方同一像素点重叠度为100％。
采用图1所示的双侧鱼眼镜头影像实时拍摄识别前方障碍物像素的原理如下：
双侧镜头实时拍摄无人机前进方向呈180度的影像，然后传至后端处理。
后端利用图像识别技术分别识别障碍物的同一像素点，然后计算出障碍物像素点相对无人机的具体位置信息，具体如图2所示，其计算方法如下：
获取无人机当前坐标，则可算出镜头A与镜头B的点坐标，又已知镜头A与镜头B之间的距离a，再根据镜头A、B对前方障碍物同一像素的识别角度(即测算三角形的两个内角)，则可以推算出两个镜头与障碍物之间形成的三角形的边b与c，由此即可算出障碍物像素点的具体坐标。
之后，即可分析障碍物的位置，并对无人机发送指令执行航线偏离以避开障碍物。其中，可以在无人机上安装用于控制鱼眼镜头拍摄进行障碍物检测并控制无人机避开障碍物的控制器。
具体控制原理如下：
根据上述方法计算出障碍物像素点的具体位置信息，再由后端计算系统实时提取当前无人机的具体位置及姿态信息，计算绕过障碍物的最优路径并发送无人机执行本段的飞行任务，以达到绕开障碍物的目的。
由此，通过在无人机的机体10前方设置两个用以进行障碍物检测的鱼眼镜头，可以很好的解决无人机在飞行过程中实时检测并避开障碍物的问题，且该避障方法，具有造价较低、与软件分析结合、实时性高、可视检测距离长的特点，可以很好的搭配无人机执行实时避障工作。
上述实施例实现的是一个方向的避障，其另一种实现方式为：无人机的底部四个相互垂直的方向中的三个方向分别设置一个鱼眼镜头，比如在图3所示的左、右、前方三个方向分别设置一个鱼眼镜头，即前方的鱼眼镜头与左方的鱼眼镜头所形成的视角覆盖角度为左边的90°，前方的鱼眼镜头与右方的鱼眼镜头所形成的视角覆盖角度为右边的90°，根据上述的避障处理方式，该种设置的三个鱼眼镜头可实现前方180°的避障，达到图1所示的鱼眼镜头的避障效果。此时所拍摄的图像的视场角为180°。
当然，上述三个鱼眼镜头也不限于是上述方向的设置，即不限于两相邻的鱼眼镜头的朝向所形成的夹角为90°、180°，也可以是两相邻的鱼眼镜头的朝向所形成的夹角为60°、60°和240°，这样夹角为60°的两相邻的鱼眼镜头的视角覆盖角度为120°，夹角为240°的两相邻的鱼眼镜头的视角覆盖角度为60°，其和虽然达到300°，但其可用于避障的有效视角覆盖角度之和还是180°，即其达到的避障效果与图1所示的鱼眼镜头的避障效果相同。此时所拍摄的图像通过采用图像合成拼接技术可实现的视场角达到360°。
综上，我们可以容易理解的是，上述三个鱼眼镜头不限于是上述两个实施例中的设置方向，只要其可达到与图1所示的鱼眼镜头的避障效果即可，也就是说无人机的底部安装有三个朝向不同方向的鱼眼镜头，该三个鱼眼镜头两两所形成的拍摄视角覆盖范围之和至少为180°且该三个鱼眼镜头的朝向所形成的夹角中有两个为直角或为锐角。
当然仅为了可以实现180°的避障，即不像上述实施例那样的连续，也可以不要求三个鱼眼镜头的朝向所形成的夹角中有两个为直角或为锐角这样的条件，如两相邻的鱼眼镜头的朝向所形成的夹角为120°，即其两相邻的鱼眼镜头的视角覆盖角度为60°，这样三个鱼眼镜头的视角覆盖角度之和为180°，但各个视角覆盖范围是间隔的，即也实现了180°的避障，各个视角覆盖范围为60°的三个区域的避障。
上述实施例均是实现180°的避障方案，在另一实施例中，本发明还可以实现360°的避障，在该方案中无人机的底部相邻两侧或相对两侧的方向，每一侧设置有两个朝向同一方向的所述鱼眼镜头以形成拍摄视角覆盖范围为180°，则同时可以对应实现无人机前后或左右，或者左前、右前、左后、右后方向的避障检测，以满足不同避障检测方式的需求。
在另一实施例中，本发明中无人机的底部相对两侧的方向上各安装有两个朝向同一方向的鱼眼镜头以形成拍摄视角覆盖范围为180°；此外，无人机的底部还安装有一个鱼眼镜头，该个鱼眼镜头的朝向与上述四个鱼眼镜头的朝向垂直以与该四个鱼眼镜头中任一一个所述鱼眼镜头形成拍摄视角覆盖范围为90°。如在左方设置两个鱼眼镜头，在右方设置两个鱼眼镜头，在前方设置一个鱼眼镜头，这样，左方的两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为180°，可对左方进行避障；右方的两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为180°，可对右方进行避障；前方的鱼眼镜头与左方任一一个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°，同时与右方任一一个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°，合起来就形成了拍摄视角覆盖范围为180°，可对前方进行避障；即可对左方、右方和前方进行避障。
进一步地，基于上述实施例，还可以将鱼眼镜头与无人机可旋转连接，以实现鱼眼镜头相对无人机底部旋转，满足不同方向的避障检测。如在底部安装有两个朝向同一方向的所述鱼眼镜头的实施例中，通过根据无人机的航向进行旋转或按照预设时间进行旋转，可实现对各个方向的避障。同理，易于理解的是，上述其他实施例中鱼眼镜头通过相对无人机旋转，也可实现对各个方向的避障。
在另一实施例中，还可以将鱼眼镜头设置成与无人机底部上下滑动连接，以实现鱼眼镜头位置的灵活变动，例如，在无人机降落前，向上滑动鱼眼镜头，收起鱼眼镜头，使起落架正常着地而不损坏鱼眼镜头；在无人机起飞后，向下滑动鱼眼镜头，使鱼眼镜头伸出起落架外，而使起落架不影响鱼眼镜头的视角。
在另一实施例中，还可以将鱼眼镜头设置成与无人机底部左右滑动连接，以实现鱼眼镜头位置的灵活变动，例如，在起落架影响到鱼眼镜头的视角时可向左或右滑动鱼眼镜头，使鱼眼镜头伸出起落架外避开起落架。
对于上述鱼眼镜头可相对无人机旋转、上下滑动或左右滑动，可以只具有其中一种结构，当然也可以具有其中任两种结构，最优选地当然是同时具有上述三种结构了。
在鱼眼镜头可相对无人机旋转、上下滑动或左右滑动时，控制器还用于控制鱼眼镜头相对无人机旋转和/或左右滑动和/或上下滑动。
作为另一种实施方式，为了尽可能的实现四个方向(前后左右)的避障，还可以在无人机的底部沿四个相互垂直的方向分别设置至少一个鱼眼镜头，其中相邻两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°。
如图3所示，在无人机的底部四个相互垂直的方向(比如可以为前后左右四个方向)分别设置一个鱼眼镜头，包括镜头1、镜头2、镜头3和镜头4。当然，为了实现360度的避障，也可以采用上述实施例中的在无人机的四个方向分别设置两个鱼眼镜头。
本实施例通过上述方案，在无人机的机体上设置有至少两个用以进行障碍物检测的鱼眼镜头，两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°-180°，由此可以很好的解决无人机在飞行过程中实时检测并避开障碍物的问题，且该避障方法，具有造价较低、与软件分析结合、实时性高、可视检测距离长的特点，可以很好的搭配无人机执行实时避障工作。
此外，本发明实施例还提出一种无人机的控制方法，可以基于上述各实施例的无人机结构实现，具体地，以无人机的机体上设置有可相对所述无人机旋转的、至少两个鱼眼镜头，所述两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°-180°为例，所述方法包括步骤：
S1，控制所述鱼眼镜头以预设间隔时间相对无人机旋转预设角度；或者，根据所述无人机的航行方向，控制所述鱼眼镜头旋转至朝向无人机的航向方向上；
S2，获取各个所述鱼眼镜头所采集的影像数据；
S3，分别从各个所述鱼眼镜头所采集的影像数据中识别出障碍物的同一像素点，计算出障碍物像素点相对无人机的具体位置信息，得到障碍物的位置；
S4，分析所述障碍物的位置，对无人机发送控制指令执行航线偏离以避开所述障碍物。
本实施例实现无人机的避障控制的原理，可以参照上述各实施例，在此不再赘述。
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，包括机体，其特征在于，所述机体上设置有至少两个鱼眼镜头；所述两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°-180°。
2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机的底部安装有两个朝向同一方向的所述鱼眼镜头以形成拍摄视角覆盖范围为180°。
3.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机的底部安装有三个朝向不同方向的所述鱼眼镜头，该三个所述鱼眼镜头两两所形成的拍摄视角覆盖范围之和至少为180°。
4.根据权利要求3所述的无人机，其特征在于，该三个所述鱼眼镜头的朝向所形成的夹角中有两个为直角或为锐角。
5.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机的底部相邻两侧或相对两侧的方向，每一侧设置有两个朝向同一方向的所述鱼眼镜头以形成拍摄视角覆盖范围为180°。
6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机的底部相对两侧的方向上各安装有两个朝向同一方向的所述鱼眼镜头以形成拍摄视角覆盖范围为180°；所述无人机的底部还安装有一个所述鱼眼镜头，该个所述鱼眼镜头的朝向与上述四个所述鱼眼镜头的朝向垂直以与该四个所述鱼眼镜头中任一个所述鱼眼镜头形成拍摄视角覆盖范围为90°。
7.根据权利要求2至6任一项所述的无人机，其特征在于，所述鱼眼镜头相对所述无人机为可旋转连接，和/或为可左右滑动连接和/或为上下滑动连接。
8.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机的底部沿四个相互垂直的方向分别设置有至少一个所述鱼眼镜头，其中相邻两个所述鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°。
9.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述无人机上还安装有用于根据所述鱼眼镜头所采集的图像进行避障处理并控制无人机避开障碍物以及控制所述鱼眼镜头相对所述无人机旋转和/或左右滑动和/或上下滑动的控制器。
10.一种无人机的控制方法，其特征在于，所述无人机的机体上设置有可相对所述无人机旋转的、至少两个鱼眼镜头；所述两个鱼眼镜头形成的拍摄视角覆盖范围为90°-180°，所述方法包括：
控制所述鱼眼镜头以预设间隔时间相对无人机旋转预设角度；或者，根据所述无人机的航行方向，控制所述鱼眼镜头旋转至朝向无人机的航向方向上；
获取各个所述鱼眼镜头所采集的影像数据；
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