CN105242684A - 一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统及方法，属于无人机应用领域。系统包括主飞飞行器和挂载有航拍设备的伴飞无人机，还包括定位识别装置与同步装置；定位识别装置获取主飞飞行器和伴飞无人机的位置信息，计算得到两者之间的相对位置关系；同步装置根据相对位置关系实时规划伴飞无人机的飞行航迹，生成控制伴飞无人机的飞行指令，控制伴飞无人机的飞行，确保相对位置关系在预设范围内；航拍设备自动追踪和拍摄主飞飞行器。本发明使用搭载了航拍设备的伴飞无人机来拍摄飞行过程中的主飞飞行器，引入位置识别与同步机制，有效的完成拍摄过程。

Description

一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机应用技术领域，具体涉及一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统及方法。

背景技术

随着无人机技术的发展，航拍已经开始应用的越来越广泛。尤其是随着小微型无人飞行器，如四轴飞行器等已经开始广泛的进入消费级市场，普通用户开始越来越多的接触到航拍市场，并且了解航拍技术。

小微型无人机尤其是多旋翼式无人飞行器在航拍领域的应用大放异彩，专业人士使用其来拍摄影片、直播活动等，而普通用户也很有兴趣使用其来拍摄照片、录制仪式等。这种应用方式的典型特征是：用户操控无人机在空中飞行的同时，用户还操控在无人机上搭载的拍摄设备来从空中向地面进行俯拍。通过无人机得到的拍摄内容，其角度是现有普通的地面拍摄方式难以实现的，并且全局性较好，受拍摄条件限制较少，所以航拍成果一旦进行分享，会受到广泛关注，大受欢迎。

例如：申请号为201510081882.3、发明名称为《一种用于航拍云台的拍摄装置》的中国发明专利申请公开了一种用于航拍云台的拍摄装置，包括壳体、相机、相机安装壳、旋转驱动机构，所述相机安装壳设于壳体下方，所述相机倾斜的固定安装于相机安装壳的内腔中，所述相机其视轴方向向下并和竖直方向成一夹角，所述相机安装壳其对应于所述相机的镜头的部位开设有视口，所述旋转驱动机构设于壳体上，所述旋转驱动机构与所述相机安装壳连接并驱动所述相机安装壳相对所述壳体在水平面内旋转。

再例如，申请号为201280030283.3、发明名称为《用于从航拍图像中去除伪影的方法和设备》的中国发明专利申请公开一种计算机系统，用于产生感兴趣区域的无伪影航拍图像。计算机系统接收在不同时间获得的一个或更多个输入航拍图像。通过将两个或更多个输入航拍图像应用到伪彩色图像的不同颜色通道输入而产生伪彩色图像。基于伪彩色图像中的像素颜色，两个或更多个输入航拍图像中的像素被分类为代表清楚区域、云区域或者阴影区域。通过组合来自两个或更多个输入航拍图像的被分类为代表清楚区域的像素而产生输出图像。又或者，申请号为201410858106.5、发明名称为《使地基图像和航拍图像对准》的中国发明专利申请提供了用于使从位于或接近地面水平的透视角获取的地理区域的地基图像与从例如倾斜透视角获取的一组航拍图像对准的系统和方法。

但是，现有无人机航拍技术中，目前仅仅使用无人机来拍摄地面的特定目标，主要关注的是如何改进无人机航拍装置的拍摄效果或者对航拍图像进行图像处理，从而改进图像的清晰度等。

随着用户对无人机使用的深入和需求的延伸，用户并不满足于仅是使用无人机来拍摄地面的特定对象。用户发现，无人机本身的飞行过程的拍摄也是非常有趣味的。如何能够从第三方视角对无人机的飞行过程、活动过程进行拍摄成为一个新的问题。

现有技术中是通过在地面上采用远距离、广角度的方式进行拍摄，由于拍摄范围大，所以基本能够拍摄到无人机的整个飞行过程。但是这种拍摄方式导致无人机在整个取景范围内，仅是一个很小的点，甚至在光线条件稍差的情况下，都很难从整个画面中辨识出无人机。

如果想要针对飞行中的无人机进行拍摄，那么就要解决镜头能够实时相对较近距离的捕捉到无人机。但是，由于无人机本身就是一种在空中高速活动的对象，尤其是多旋翼式飞行器，其与普通固定翼飞行器不同，它的飞行过程更加灵活，空中转向行为更加难以预料。因此，如果使用第三方的航拍设备来拍摄无人机的飞行过程是很困难的，拍摄者只能根据自己的判断与反应来调整镜头的拍摄范围，很容易丢失被拍摄对象，造成拍摄效果的不连续，甚至丢失关键性动作。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统及方法，使用搭载了航拍设备的伴飞无人机来拍摄飞行过程中的主飞飞行器，有效的完成飞行中的飞行器的拍摄过程。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，包括主飞飞行器和伴飞无人机，所述伴飞无人机上挂载有航拍设备，所述主飞飞行器和伴飞无人机分别具有第一飞行控制器和第二飞行控制器，还包括定位识别装置与同步装置，所述同步装置分别与所述定位识别装置和所述第二飞行控制器连接，其中，

所述第一飞行控制器适用于控制所述主飞飞行器的飞行；

所述定位识别装置适用于获取所述主飞飞行器和所述伴飞无人机的位置信息，计算得到两者之间的相对位置关系；

所述同步装置适用于根据所述相对位置关系实时规划所述伴飞无人机的飞行航迹，生成控制所述伴飞无人机的飞行指令；

所述第二飞行控制器适用于接收所述同步装置生成的飞行指令，控制所述伴飞无人机的飞行，确保所述相对位置关系在预设范围内；

所述伴飞无人机上的航拍设备适用于在所述伴飞无人机和所述主飞飞行器的相对位置关系处于预设范围内时，自动追踪和拍摄所述主飞飞行器。

进一步的，所述定位识别装置包括视觉传感器，所述视觉传感器设置于所述伴飞无人机上，其拍摄角度和位置相对固定，基于动态图像识别实现所述伴飞无人机对所述主飞飞行器的位置识别。

进一步的，所述视觉传感器包括红外摄像头和/或激光摄像头。

进一步的，所述定位识别装置包括第一GPS单元和第二GPS单元，其中，

所述第一GPS单元设置于所述主飞飞行器上，其适用于获取所述主飞飞行器的位置信息；

所述第二GPS单元设置于所述伴飞无人机上，其适用于获取所述伴飞无人机的位置信息。

进一步的，所述定位识别装置包括信标定位模块，所述信标定位模块包括蓝牙单元和读写器，其中，所述蓝牙单元设置于所述主飞飞行器上，所述读写器设置于所述伴飞无人机上。

进一步的，所述定位识别装置包括第一惯性传感器和第二惯性传感器，所述第一惯性传感器设置于所述主飞飞行器上，所述第二惯性传感器设置于所述伴飞无人机上。

进一步的，所述定位识别装置还包括切换开关，所述切换开关适用于根据具体情况自主切换至视觉传感器、GPS单元、信标定位模块和/或惯性传感器中任意一种，或者任意组合，或者以其中一种定位识别方式为主，选择另一种定位识别方式用于辅助校正。

进一步的，所述定位识别装置还包括相对位置计算单元，其适用于根据所述主飞飞行器和所述伴飞无人机的位置信息计算得到两者之间的实际相对位置偏移量，所述同步装置根据所述实际相对位置偏移量和预设相对位置偏移量生成所述伴飞无人机目标位置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法，包括以下步骤：

启动主飞与伴飞模式；

获取主飞飞行器和伴飞无人机之间的相对位置关系；

根据所述相对位置关系，实时规划所述伴飞无人机的飞行航迹；

控制所述伴飞无人机的飞行，确保所述相对位置关系在预设范围内；

所述伴飞无人机自动追踪和拍摄所述主飞飞行器。

进一步的，还包括复位步骤，当所述主飞飞行器和所述伴飞无人机之间的相对位置关系不在所述预设范围内时，启动重置模式，恢复两者之间的初始相对位置关系。

本发明公开了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统及方法，使用搭载了航拍设备的伴飞无人机来拍摄飞行过程中的主飞飞行器，引入位置识别与同步机制甚至镜头自动跟踪技术，来确保能够提前性的抓住被拍摄飞行器，有效的完成伴飞无人机对飞行中的主飞飞行器的拍摄过程。这种拍摄不仅能够用于产生有欣赏价值的展示内容，同时也可以应用于对飞行目标的监控等其它衍生领域。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例一的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例二的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例三的伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法流程图；

图4示出了根据本发明实施例四的伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

无人飞行器简称“无人机”，英文缩写为“UAV(unmannedaerialvehicle)”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。近年来，随着传感器工艺的提高、微处理器技术的进步、动力装置的改善以及电池续航能力的增加，使其在军事、民用方面的用途不断高速拓展，无人机市场具有广阔前景。

本发明实施例中优选的无人机为多旋翼无人飞行器(或称为多旋翼飞行器)，可以是四旋翼、六旋翼及旋翼数量大于六的无人飞行器。优选的，机身由碳纤维材料制成，在满足较高使用强度和刚度的前提下，可大幅减轻机身的重量，从而降低多旋翼无人飞行器的动力需求以及提高多旋翼无人飞行器的机动性。当然，在本发明的其他实施例中，机身还可以由塑料或者其他任意使用的材料制成。机身上设有多个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的浆臂，每一个浆臂远离所述机身的一端设有桨叶组件，所述桨叶组件包括安装在所述浆臂上的电机和连接在所述电机的输出轴上的桨叶，每一片桨叶的旋转轴线均位于同一圆柱面上。

本发明技术方案采用的无人机主要是指小、微型多旋翼无人飞行器，这种无人飞行器体积小、成本低、飞行稳定性较好，飞行成本低等。本发明使用的飞行器，典型的以四轴多旋翼飞行器为代表。

实施例一、一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统。

图1为本发明实施例一的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统结构示意图，本发明实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，本发明实施例提供了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，包括主飞飞行器101和伴飞无人机102，所述伴飞无人机102上挂载有航拍设备105，所述主飞飞行器101和伴飞无人机102分别具有第一飞行控制器1011和第二飞行控制器1021，还包括定位识别装置103与同步装置104，所述同步装置104分别与所述定位识别装置103和所述第二飞行控制器1021连接，其中，

所述第一飞行控制器1011适用于控制所述主飞飞行器的飞行；

所述定位识别装置103适用于获取所述主飞飞行器101和所述伴飞无人机102的位置信息，计算得到两者之间的相对位置关系；

所述同步装置104适用于根据所述相对位置关系实时规划所述伴飞无人机102的飞行航迹，生成控制所述伴飞无人机102的飞行指令；

所述第二飞行控制器1021适用于接收所述同步装置104生成的飞行指令，控制所述伴飞无人机102的飞行，确保所述相对位置关系在预设范围内；

所述伴飞无人机102上的航拍设备105适用于在所述伴飞无人机102和所述主飞飞行器101的相对位置关系处于预设范围内时，自动追踪和拍摄所述主飞飞行器101。

本发明实施例中优选的，所述主飞飞行器101可以是任意飞行器，例如固定翼飞行器、旋转翼飞行器、有人驾驶飞行器或者同样是用于航拍的无人机，所述主飞飞行器101自身也可以携带有其航拍设备，只是此时的航拍无人机的拍摄对象是除了无人机之外的其他拍摄目标，例如地面的森林或者参加某种活动的人。

本发明实施例中优选的，所述定位识别装置103包括视觉传感器，所述视觉传感器设置于所述伴飞无人机102上，其拍摄角度和位置相对固定，基于动态图像识别实现所述伴飞无人机102对所述主飞飞行器101的位置识别。

本发明实施例中优选的，所述视觉传感器包括红外摄像头和/或激光摄像头。

本发明实施例中优选的，基于动态图像识别，利用视觉识别用的传感器，所述伴飞无人机102对所述主飞飞行器101的位置识别与飞行跟踪。其中，所述视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个或者两个图像传感器组成。优选的，所述视觉传感器还可以配以光投射器及其他辅助设备。所述视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。优选的，所述图像传感器可以使用激光扫描器、线阵和面阵CCD摄像机或者TV摄像机，也可以是最新出现的数字摄像机等。例如，在所述伴飞无人机102上设置有视觉识别用的传感器，基于所述视觉识别传感器对所述主飞无人机101的识别与动作分析，然后将其结果转成对所述伴飞无人机102的飞行指令与航迹规划，最终完成伴飞飞行。

本发明实施例中优选的，所述定位识别装置103包括第一GPS单元和第二GPS单元，其中，

所述第一GPS单元设置于所述主飞飞行器101上，其适用于获取所述主飞飞行器101的位置信息；

所述第二GPS单元设置于所述伴飞无人机102上，其适用于获取所述伴飞无人机102的位置信息。

本发明实施例中优选的，基于位置坐标识别，利用GPS单元，分别获取所述伴飞无人机102和所述主飞飞行器101的位置信息，所述位置信息至少包括经纬度地理位置，实现所述伴飞无人机102对所述主飞飞行器101的位置识别与飞行跟踪。优选的，所述定位识别装置还可以包括第一高度计和第二高度计，所述第一高度计位于所述主飞飞行器101上，用于获取所述主飞飞行器101的实时飞行高度；所述第二高度计102位于所述伴飞无人机上，用于获取所述伴飞无人机102的实时飞行高度。

本发明实施例中优选的，所述定位识别装置103包括信标定位模块，所述信标定位模块包括蓝牙单元和读写器，其中，所述蓝牙单元设置于所述主飞飞行器101上，所述读写器设置于所述伴飞无人机102上。

本发明实施例中优选的，所述主飞飞行器101上的蓝牙单元每隔一定的时间用无线电广播一个蓝牙数据包出去，这个数据包包含信标ID信息，至少包括当前位置的地理坐标(如经度纬度)，还可以是其它任何信息(如主飞飞行器设备信息等等)。支持蓝牙4.0功能的所述伴飞无人机102接收到所述蓝牙数据包，使用这些信息完成定位。定位精度和蓝牙信标的发射功率有密切关系。

本发明实施例中优选的，所述定位识别装置103包括第一惯性传感器和第二惯性传感器，所述第一惯性传感器设置于所述主飞飞行器101上，所述第二惯性传感器设置于所述伴飞无人机102上。

本发明实施例中优选的，所述伴飞飞行的实现还可以通过惯性传感器来实现。在所述主飞飞行器101和所述伴飞无人机102上分别安装有第一惯性传感器、第二惯性传感器，根据所述伴飞无人机102上的第二惯性传感器的感应结果和所述主飞飞行器101上的第一惯性传感器的感应结果，将其处理成所述伴飞无人机102的飞行指令，如此即可实现伴飞飞行。

本发明实施例中优选的，所述惯性传感器包括加速度传感器、陀螺仪传感器和/或磁传感器。

本发明实施例中优选的，所述伴飞无人机102和/或所述航拍设备105和/或所述主飞飞行器101还可以包括传感器组件，其包括一个或多个传感器，用于为伴飞无人机102和/或所述航拍设备105和/或所述主飞飞行器101提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件可以检测到组件的相对定位、还可以检测伴飞无人机或伴飞无人机一个组件的位置改变、伴飞无人机方位或加速/减速和伴飞无人机的温度变化。所述传感器组件可以包括光传感器，如CMOS或CCD图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件还可以包括加速度传感器、陀螺仪传感器、磁传感器、压力传感器或温度传感器。

本发明实施例中优选的，所述定位识别装置103还可以是能够确定所述伴飞无人机102和所述主飞飞行器101坐标位置、并根据所述坐标位置确定两者之间的相对位置关系的任意定位技术，在此不对本发明的发明目的造成限制。

本发明实施例中优选的，所述定位识别装置103还包括切换开关，所述切换开关适用于根据具体情况自主切换至视觉传感器、GPS单元、信标定位模块和/或惯性传感器中任意一种，或者任意组合，或者以其中一种定位识别方式为主，选择另一种定位识别方式用于辅助校正。

本发明实施例中优选的，上述各种伴飞的实现方式，也可以相互结合，以其中某一种为主，然后以其它方式对飞行过程进行校正；或者根据具体环境情况，自主切换选择其中的一种方式。

本发明实施例中优选的，考虑到所述惯性传感器随着时间的累积，容易产生较大的误差总值，优选在一定时间内，根据所述GPS单元或者所述视觉传感器图像识别得来的结果，做一次位置校准，然后继续使用所述惯性传感器来做伴飞指引。

综上所述，本发明实施例中的定位识别技术其实最主要就是指的GPS或者北斗这样的卫星定位识别技术。如果不采用卫星定位识别技术，那就需要通过在飞行器上搭载无线信标，并且在飞行现场布置3个以上的类似于基站的设备来做针对无线设备的定位，但是在室外飞行场所，这个精度比较难做好。因此，一般是室外用卫星定位、室内用基站定位技术。本发明实施例还可以在无人机和飞行器上搭载传感器，然后在飞行场地上设置有信标作为参考，无人机和飞行器根据场地设置的信标来计算自身位置。但是，由于惯性传导定位技术随着时间积累，精度越来越差，所以一般是作为补充和校验使用。

本发明实施例中优选的，所述定位识别装置103还包括相对位置计算单元，其适用于根据所述主飞飞行器101和所述伴飞无人机102的位置信息计算得到两者之间的实际相对位置偏移量，所述同步装置104根据所述实际相对位置偏移量和预设相对位置偏移量生成所述伴飞无人机目标位置。

本发明实施例中优选的，所述相对位置计算单元和所述同步装置104可以位于所述伴飞无人机102上，也可以位于地面的控制台中。当所述相对位置计算单元和所述同步装置104位于地面的控制台中时，所述伴飞无人机102、所述主飞飞行器101和所述控制台之间还包括通信组件。

本发明实施例中优选的，所述通信组件包括位于所述主飞飞行器101上的第一通信模块、位于所述伴飞无人机102上的第二通信模块和位于所述控制台的第三通信模块，其被配置为便于所述主飞飞行器101、伴飞无人机102、控制台和其他设备之间有线或无线的通信。该系统可以接入基于通信标准的无线网络，如WiFi、2G或3G，或它们的组合。

本发明实施例中优选的，所述系统还包括复位装置。所述复位装置用于所述伴飞无人机丢失追踪拍摄目标即所述主飞飞行器之后的找回。

理想情况下，所述伴飞无人机能够完美的完成针对所述主飞飞行器的伴随飞行与拍摄工作。但在极端情况下，因为某些意外，会使得所述伴飞无人机丢失了所述主飞飞行器的位置，导致相对位置关系无法继续保持。

此时，用户可以通过所述复位装置开启一个复位模式，那么根据上述描述的定位与同步的各种方式，均可以实现让主飞飞行器与伴飞无人机相互之间完成彼此位置锁定和同步，重新进入到可以继续实施伴飞拍摄的工作准备模式。

本发明实施例中优选的，所述系统还包括初始化模块。所述伴飞无人机中的所述初始化模块可预先存储所需定位跟踪的目标对象的标准标识对象；该系统获得目标对象即所述主飞飞行器的标准标识信息，其中，标准标识信息为目标对象的识别信息，可为目标对象的型号、颜色、机身大小、飞行速度等标识信息；依据所述目标对象的标准标识信息对所述目标对象的位置进行定位。

具体的，包括：通过地面的控制台发送信息，所述伴飞无人机记录并存储需要进行定位跟踪的目标对象的基础目标标识信息；将所获得的所述目标对象的标准标识信息与所存储的需要进行定位跟踪的目标对象的基础标识信息进行匹配；若二者相匹配，则依据所获得的目标对象的标准标识信息对目标对象的位置进行定位。

本发明实施例中优选的，所述系统还包括镜头调整模块，其适用于所述伴飞无人机102在飞行过程中，保持所述航拍设备的镜头以预设的拍摄角度对准所述主飞飞行器101。

本发明实施例中优选的，所述镜头调整模块包括云台、定位识别器和云台控制器，所述云台上设置有所述航拍设备105，所述云台控制器分别与所述云台和定位识别器连接，其中，

所述定位识别器适用于所述伴飞无人机102获取所述主飞飞行器101的相对位置关系变化信息；

所述云台控制器适用于根据所述相对位置关系变化信息生成云台控制指令；

所述云台适用于根据所述云台控制指令控制所述航拍设备的镜头调整，使所述主飞飞行器位于拍摄取景范围中的相对固定位置。

本发明实施例中优选的，所述定位识别器可以采用所述定位识别装置103的采集数据和/或处理结果，也可以选择上述例举的定位方式中的任意一种。

本发明实施例中优选的，所述系统还包括存储组件，所述存储组件可以设置于所述伴飞无人机和/或所述控制台，其用于存储航拍数据。

本发明实施例中优选的，所述系统还包括显示模块，所述显示模块连接所述存储组件，其适用于提取存储的无人机航拍数据进行实时展示。

本发明实施例中优选的，用于所述伴飞无人机和/或所述主飞飞行器的航拍设备可以包括hero3等定焦运动相机、微单、单反等，航拍设备自身可以支持无线控制以实现航拍设备的远程控制，其所使用的相机也可以支持WIFI控制或者红外控制，以实现对相机的远程控制，据此进行相机的拍照或者录像。相机远程控制器可以包括快门功能、相机变焦、模式等各种功能。

本发明实施例中优选的，所述相机远程控制器包括有控制命令执行电路，其中，该控制命令执行电路包括单片机以及外围电路，其相应输出端与相机控制面板的相应触发引脚导线连接，该单片机及外围电路监测无人机的输入信号，在监测到相机控制命令时，改变已引出的相机控制面板的对应功能的触发引脚上的电平信号，触发对应的相机功能，例如远焦、近焦、对焦、拍照、录像、操作停止等等。相对应的，在无人机对应的遥控器上，可自定义命令开关，发射相机控制命令，例如：远焦、近焦、对焦、拍照、录像、操作停止等等。

本发明实施例中优选的，所述航拍设备包括相机和摄像机，所述相机用于拍摄图像，所述摄像机用于录制视频，其安装于一云台上，无人机悬停后，通过电机对云台的方向进行控制，从而实现对该区域的全角度影像采集。

本发明实施例中优选的，所述航拍设备还包括云台控制器，所述云台控制器通过RS232串口与无人机嵌入式控制模块连接，将所述云台控制器的通讯指令数据集成到无人机嵌入式控制模块和地面的控制管理装置之间的数据链路中，实现地面的控制管理装置远距离控制所述云台控制器。所述云台控制器的相机接口与相机的快门接口连接。摄像机通过LANC接口与所述云台控制器的摄像机接口连接。所述云台控制器采用的主控芯片为AVR芯片，接收地面的控制管理装置的拍摄指令后，进行指令解析，执行指令的相关操作，通过控制相机接口(即I/O接口)输出的方波频率、占空比进而控制相机拍照的频率与快门半行程时间。所述云台控制器通过摄像机协议转换芯片将变焦、开始与结束摄像、是否自动变焦、摄像机状态检查指令转换为摄像机可辨识的LANC指令，进而控制摄像机工作。

本发明实施例中，存储组件被配置为存储各种类型的数据以支持在系统的操作。这些数据包括用于在该系统上操作的任何应用程序或方法的指令，注册用户数据、联系人数据、消息、图片、视频等。存储组件可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦除只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)、磁存储器、快闪存储器、磁盘或光盘。

本发明实施例公开了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，使用搭载了航拍设备的伴飞无人机来拍摄飞行过程中的主飞飞行器，通过引入位置识别与同步机制，来确保能够提前性的抓住被拍摄飞行器，有效的完成相对较近距离的、以合适拍摄角度自动拍摄飞行过程中的飞行器，不需要人为参与对高速飞行、灵活转向的飞行器的追踪拍摄的控制，确保不会丢失追踪目标及追踪目标的关键性动作。这种拍摄不仅能够用于产生有欣赏价值的展示内容，同时也可以应用于对飞行目标的监控等其它衍生领域。

实施例二、一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统。

图2为本发明实施例2的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统结构示意图，本发明实施例将结合图2进行具体说明。

如图2所示，本发明实施例提供了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，其具体以所述主飞飞行器为被拍摄无人机为例进行说明，

本发明实施例中优选的，所述系统包括主飞无人机201和伴飞无人机202。

本发明实施例中优选的，所述主飞无人机201进一步包括第一GPS单元2011、第一发送单元2012、第一飞行动力单元2013和第一飞行控制单元2014，所述第一飞行控制单元2014控制所述第一飞行动力单元2013，从而控制所述主飞无人机201的飞行，所述主飞无人机的飞行控制指令可以通过接收来自地面的控制台发送的遥控指令，此时所述主飞无人机201还包括其他与地面的所述控制台进行遥控遥测数据传输的通信模块(图中未示出)，所述主飞无人机也可以是其自主飞行控制指令。所述第一GPS单元2011连接所述第一发送单元2012，其中，所述第一GPS单元2011用于实时获取所述主飞无人机的位置信息，包括经度和纬度，并通过所述第一发送单元2012发送给所述伴飞无人机202。

本发明实施例中优选的，所述伴飞无人机202进一步包括第二接收单元2021、相对位置计算单元2022、第二GPS单元2024、中央控制器2024和第二摄像设备2025，所述相对位置计算单元2022连接所述第二接收单元2021和所述第二GPS单元2023、所述中央控制器2024，所述中央控制器2024连接所述第二摄像设备2025。所述第二接收单元2021接收所述第一发送单元2012发送的所述主飞无人机的位置信息，并将其输入至所述相对位置计算单元2022；所述第二GPS单元2023实时获取所述伴飞无人机的位置信息，包括经度和纬度，并将其也输入至所述相对位置计算单元2022。所述相对位置计算单元2022根据所述主飞无人机的位置信息和所述伴飞无人机的位置信息，实时计算出两者之间的实际相对位置偏差值，并将所述实际相对位置偏差值输入至所述中央控制器2024，所述中央控制器2024将所述实际相对位置偏差值与预设的相对位置偏差值进行比较，实时规划出所述伴飞无人机的飞行航迹，并同步控制所述第二摄像设备2025跟踪拍摄所述主飞无人机的飞行过程。

本发明实施例中优选的，所述伴飞无人机202还包括第二飞行动力单元和第二飞行控制单元(图中未示出)。

本发明实施例中优选的，所述伴飞无人机202还可以包括第一摄像设备(图中未示出)，所述第一摄像设备用于辅助所述主飞无人机和所述伴飞无人机之间的定位追踪。

本发明实施例中优选的，所述主飞无人机201还可以包括第三摄像设备(图中未示出)，所述第三摄像设备用于所述主飞无人机航拍其他目标对象，里面地面的建筑物或者人物。

本发明实施例中优选的，所述主飞无人机201还包括第一高度计(图中未示出)，所述伴飞无人机202还包括第二高度计(图中未示出)，其分别用于确定所述主飞无人机和所述伴飞无人机的实时飞行高度信息，辅助所述第一GPS单元2011和所述第二GPS单元2023确定所述主飞无人机和所述伴飞无人机的相对位置关系变化情况。

现有技术中关于多台无人机的飞行过程管理，有编队飞行的设计方案，这种编队飞行的实现一般基于两种思路：其一是在对多台无人机设计避障机制的基础上，实施对所有无人机的线路规划，从而实现飞行编队；另一种是以其中某一台或某几台无人机作为标准，将其他无人机设置为参考该无人机按照某个偏移量进行飞行的控制方式。

但是，无论是上述哪种方式，现有技术中实现了对无人机的编队飞行管理，其目的本身是注重无人机的编队飞行展示效果，即现有技术还只考虑到无人机与无人机之间的互动，而完全没有考虑到在多台飞行的无人机上，如果设置了其他辅助设备，通过这些辅助设备之间的互动，可以实现其他的需求。

本发明实施例基于航拍领域的延伸，无人机还存在被航空拍摄的需求。

本发明实施例中优选的，根据所述伴飞无人机和所述主飞无人机内置的GPS单元以及高度计，两个无人机均可以实时得到本机的位置坐标。所述主飞无人机(即所述被拍摄无人机)的本机坐标随着用户对该无人机的飞行轨迹控制而发生变动，所述伴飞无人机的本机坐标也可以实时获得，所述伴飞无人机能够根据所述主飞无人机的当前坐标和所述伴飞无人机的当前坐标计算出两个无人机之间的实际相对位置偏差值，根据所述实际相对位置偏差值以及预先设定好的相对位置偏差值实时计算出所述伴飞无人机当前的飞行目的地。

本发明实施例中优选的，所述相对位置可以仅仅是所述伴飞无人机和所述主飞无人机之间的相对距离，拍摄角度可以通过镜头调整保持所述主飞无人机始终处于取景范围的中间或者拍摄角度变化也是可以接受的，例如主飞无人机可以花样飞行，而伴飞无人机可以不需要，只需要保持距离在预设范围内即可，这样基本能够实现本发明的伴随拍摄飞行中的无人机的目的，主要可以应用于获得娱乐性拍摄视频或图像的非正式场合；所述相对位置还可以包括相对距离与相对角度，即不仅要求所述伴飞无人机和所述主飞无人机之间的距离在预设距离范围内，所述主飞无人机还应处于所述主飞无人机航拍设备的预设角度范围内，这样通过对相对距离和相对角度的管理，能够实现用户选定的或者系统预设的可选距离和可选角度的第三视角拍摄，特别是在监控应用中，为了获得特定的信息，对拍摄角度有严格限制的场合。只要对于两个无人机的实时坐标的扫描频率足够快，所述伴飞无人机在飞行策略上，等于是在实时的与所述主飞无人机之间保持相对恒定的相对位置，包括相对恒定的相对距离与相对角度，实现了伴飞飞行规划。

本发明实施例中优选的，所述伴飞无人机还包括镜头调整模块，其适用于所述伴飞无人机在飞行过程中，保持所述航拍设备的镜头以预设的拍摄角度对准所述主飞无人机。

本发明实施例中优选的，所述镜头调整模块包括云台、定位识别装置和云台控制器，所述云台上设置有所述航拍设备，所述云台控制器分别与所述云台和定位识别器连接，其中，

所述定位识别器适用于所述伴飞无人机获取所述主飞无人机的相对位置关系变化信息；

所述云台控制器适用于根据所述相对位置关系变化信息生成云台控制指令；

所述云台适用于根据所述云台控制指令控制所述航拍设备的镜头调整，使所述主飞无人机位于拍摄取景范围中的相对固定位置。

本发明实施例中，关于镜头捕捉角度的问题说明。所谓镜头捕捉是指，由于所述伴飞无人机的伴飞目的是要对所述主飞无人机进行拍摄，需要始终将所述主飞无人机置于其拍摄范围之内，在通过伴飞确保了相对位置关系基本一致的情况下，所述伴飞无人机还需要具有自动的镜头调整能力，以确保更好的拍摄效果。

需要具有镜头调整能力，至少出于三个方面的原因：

其一，随着伴飞时间延长，两个无人机之间的相对位置会因为环境影响、误差积累等原因发生一定程度的偏移，虽然两个无人机之间的相对位置可以以一定的频率进行重新校准，避免发送较大程度的偏离，从而导致拍摄目标丢失，但是短时间内的位置偏离是正常的，这种情况下，较小程度的位置偏离需要通过镜头拍摄角度的调整来补偿；

其二，所述伴飞无人机与所述主飞无人机之间的位置关系也可能根据用户的需求进行调整，比如用户在让所述伴飞无人机在所述主飞无人机正上方飞行拍摄一段时间之后，用户可能需要所述伴飞无人机调整拍摄角度与距离，让所述伴飞无人机与所述主飞无人机之间的位置关系发生改变，此时需要同步调节镜头的拍摄角度，能够始终捕捉拍摄目标，将其置于取景范围内最合适的位置处；

其三，无人机的飞行过程虽然基本平稳，但是由于多旋翼无人飞行器的飞行原理决定，当无人机发生空间位移时，其飞行姿态将发生变化，如果不对镜头角度做任何补偿，在极端情况下，将可能使得镜头的取景范围指向用户不希望的方向，通过对伴飞无人机的镜头调整，无论伴飞无人机怎么飞行，镜头均能相对预先设定的拍摄角度，保持一个自动角度校准。

关于如何使得所述伴飞无人机的镜头移动，可移动云台就能很好的实现镜头的角度调整，关键在于如何能够让镜头知道该怎么移动，通过图像识别或者信标定位或者惯性导航或者GPS定位等方式均可以实现该功能。

本发明实施例中，以图像识别为例进行说明：

本发明实施例中优选的，所述定位识别器包括视觉传感器和图像分析单元，所述视觉传感器安装于所述伴飞无人机之上，其用于在伴飞时，实时捕获飞行过程中的所述主飞无人机的动态图像，并利用所述图像分析单元来做图像数据分析。

本发明实施例中优选的，所述图像分析单元采用在图像数据序列中提取出运动目标的方法来实现。运动目标是始终追踪的对象，并保持其在屏幕中间，具体的追踪运动目标的方法有很多，例如，可以通过提取运动目标的图像特征值来追踪运动目标，还可以采用Kalman滤波跟踪和/或基于前景检测的粒子滤波算法，或者采用改进的粒子滤波算法，根据运动目标图像与颜色模板进行特征匹配，采用结合前景目标检测改进粒子滤波跟踪，引入交叉遮挡判断，建立状态转移方程，完成运动目标跟踪，保证了粒子的可靠性和多样性，很好的描述目标的运动状态，在减少计算量的同时也提高了算法的实时性，在交叉时停止重采样，使得在目标周围的粒子不会受到干扰。

上述方法仅是一种举例，实际上类似的基于对象位置变化而实施的图像识别技术还有很多选择，并不对本发明构成限制。

本发明实施例中优选的，所述伴飞无人机和所述主飞无人机之间的对象位置判定也可以基于预设的信标来提供，在所述主飞无人机上设置有被追踪用的信标，然后所述伴飞无人机根据信标来实施定位和镜头调整，也是可行的。

根据上述方式，如果所述伴飞无人机能够获知所述主飞无人机的位置以及相对位置关系变化，那么对应的调整镜头，使得所述主飞无人机始终位于拍摄取景范围中的固定位置，是可以做到的。

本发明实施例中优选的，可以采用GPS定位和/或信标定位方式来实现所述主飞无人机和所述伴飞无人机之间的相对位置同步，同时所述伴飞无人机采用图像识别方式来执行镜头自动调整，综合实现所述伴飞无人机对所述主飞无人机的同步伴飞拍摄。

本发明实施例中优选的，也可以同时使用图像识别技术来实现所述主飞无人机和所述伴飞无人机之间的相对位置同步以及所述伴飞无人机的镜头智能调整。

本发明实施例中优选的，可以通过设置两个独立的摄像设备，分别完成上述工作。其中，所述第一摄像设备专门用来追踪所述主飞无人机的位置，所述第一摄像设备的拍摄角度和位置相对固定，并且所述第一摄像设备由于主要用于位置追踪，所以不关注拍摄显示效果与人眼的适应性，可以考虑采用红外、激光等类别的摄像头，增强追踪的环境适应性；而所述第二摄像设备专门用来实施拍摄，所述第二摄像设备通过智能角度调整，确保所述主飞无人机位于所述伴飞无人机航拍设备的取景范围中间相对固定位置，能够获得最佳的摄制效果。

本发明实施例中优选的，所述航拍设备可以是视频摄像机、web摄像机、照相机、摄像头或者红外静态照相机网络。网络可以部署为任何类型的网络，包括有线网络和无线网络以及在各种环境中通过各种方式实现的局域网。

本发明实施例中优选的，所述飞行控制单元能够通过中央处理器(CPU)和/或协处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、特定用途基础电路(ASIC)以及嵌入式微处理器(ARM)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。优选的，所述飞行控制单元可以为服务器，包括处理组件，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件执行的指令，例如应用程序。存储器中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。

本发明实施例中优选的，所述伴飞无人机和所述主飞无人机还包括电源单元和飞行动力单元。优选的，所述电源单元为动力锂电池。

本发明实施例中优选的，所述通信单元(包括第一发送单元和第二接收单元)包括3G/4G通信装置。

本发明实施例中优选的所述伴飞无人机和所述主飞无人机还包括自动避障模块。优选的，所述自动避障模块为激光测距仪或者超声波探测传感器。

本发明实施例公开了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，其一方面能够在跟随拍摄过程中，通过位置识别与同步的方式保持拍摄用无人机与被拍摄无人机的相对位置关系不变，这样就基本实现了伴飞功能；另一方面是在拍摄用无人机与被拍摄无人机之间的相对位置关系发生调整时，通过镜头自动追踪的方式能够确保拍摄用无人机的镜头能够自动追踪和捕捉被拍摄无人机。

本发明实施例中其它内容参见上述发明实施例中的内容，在此不再赘述。

实施例三、一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法。

图3为本发明实施例三的伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法流程图，本发明实施例将结合图3进行具体说明。

如图3所示，本发明实施例提供了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法，该方法包括以下步骤：

步骤S301：启动主飞与伴飞模式；

步骤S302：获取主飞飞行器和伴飞无人机之间的相对位置关系；

步骤S303：根据所述相对位置关系，实时规划所述伴飞无人机的飞行航迹；

步骤S304：控制所述伴飞无人机的飞行，确保所述相对位置关系在预设范围内；

步骤S305：所述伴飞无人机自动追踪和拍摄所述主飞飞行器。

本发明实施例中优选的，还包括复位步骤，当所述主飞飞行器和所述伴飞无人机之间的相对位置关系不在所述预设范围内时，启动重置模式，恢复两者之间的初始相对位置关系。

本发明实施例公开了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法，使用搭载了航拍设备的伴飞无人机来拍摄飞行过程中的主飞飞行器，并且引入位置识别与同步机制甚至镜头自动跟踪技术，来确保能够提前性的抓住被拍摄飞行器，有效的完成拍摄过程。这种拍摄不仅能够用于产生有欣赏价值的展示内容，同时也可以应用于对飞行目标的监控等其它衍生领域。

本发明实施例中其它内容参见上述发明实施例中的内容，在此不再赘述。

实施例四、一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法。

图4为本发明实施例四的伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法流程图，本发明实施例将结合图4进行具体说明。

如图4所示，本发明实施例提供了一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法，基于位置坐标识别完成伴飞，并且实施伴飞拍摄，包括以下步骤：

步骤S401：启动主飞与伴飞模式；

步骤S402：获取主飞无人机位置；

步骤S403：获取相对位置偏移量；

步骤S404：生成伴飞无人机目标位置；

步骤S405：生成飞行控制指令控制伴飞无人机的飞行；

步骤S406：判断相对位置是否在预设范围内；如果在，则跳回到步骤S402重复执行上述步骤直至本次任务执行完毕；反之，跳转到下一步；

步骤S407：启动重置模式，恢复相对位置，再跳回到步骤S401。

只要在最开始时，所述主飞无人机与所述伴飞无人机的相对位置合适，基于位置坐标识别飞行的所述伴飞无人机也能始终保持与所述主飞无人机之间的相对位置关系。

本发明可以带来这些有益的技术效果：本发明实施例公开的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统及方法，使用搭载了航拍设备的伴飞无人机来拍摄飞行过程中的主飞飞行器，并且引入位置识别与同步机制甚至镜头自动跟踪技术，来确保能够提前性的抓住被拍摄飞行器，有效的完成拍摄过程。这种拍摄不仅能够用于产生有欣赏价值的展示内容，同时也可以应用于对飞行目标的监控等其它衍生领域。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的设备中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名词。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，包括主飞飞行器和伴飞无人机，所述伴飞无人机上挂载有航拍设备，所述主飞飞行器和伴飞无人机分别具有第一飞行控制器和第二飞行控制器，其特征在于：还包括定位识别装置与同步装置，所述同步装置分别与所述定位识别装置和所述第二飞行控制器连接，其中，

所述第一飞行控制器适用于控制所述主飞飞行器的飞行；

所述定位识别装置适用于获取所述主飞飞行器和所述伴飞无人机的位置信息，计算得到两者之间的相对位置关系；

所述同步装置适用于根据所述相对位置关系实时规划所述伴飞无人机的飞行航迹，生成控制所述伴飞无人机的飞行指令；

所述第二飞行控制器适用于接收所述同步装置生成的飞行指令，控制所述伴飞无人机的飞行，确保所述相对位置关系在预设范围内；

所述伴飞无人机上的航拍设备适用于在所述伴飞无人机和所述主飞飞行器的相对位置关系处于预设范围内时，自动追踪和拍摄所述主飞飞行器。

2.根据权利要求1所述的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，其特征在于：所述定位识别装置包括视觉传感器，所述视觉传感器设置于所述伴飞无人机上，其拍摄角度和位置相对固定，基于动态图像识别实现所述伴飞无人机对所述主飞飞行器的位置识别。

3.根据权利要求2所述的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，其特征在于：所述视觉传感器包括红外摄像头和/或激光摄像头。

4.根据权利要求1所述的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，其特征在于：所述定位识别装置包括第一GPS单元和第二GPS单元，其中，

所述第一GPS单元设置于所述主飞飞行器上，其适用于获取所述主飞飞行器的位置信息；

所述第二GPS单元设置于所述伴飞无人机上，其适用于获取所述伴飞无人机的位置信息。

5.根据权利要求1所述的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，其特征在于：所述定位识别装置包括信标定位模块，所述信标定位模块包括蓝牙单元和读写器，其中，所述蓝牙单元设置于所述主飞飞行器上，所述读写器设置于所述伴飞无人机上。

6.根据权利要求1所述的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，其特征在于：所述定位识别装置包括第一惯性传感器和第二惯性传感器，所述第一惯性传感器设置于所述主飞飞行器上，所述第二惯性传感器设置于所述伴飞无人机上。

7.根据权利要求1所述的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，其特征在于：所述定位识别装置还包括切换开关，所述切换开关适用于根据具体情况自主切换至视觉传感器、GPS单元、信标定位模块和/或惯性传感器中任意一种，或者任意组合，或者以其中一种定位识别方式为主，选择另一种定位识别方式用于辅助校正。

8.根据权利要求4至6任一所述的伴随拍摄飞行器的无人机航拍系统，其特征在于：所述定位识别装置还包括相对位置计算单元，其适用于根据所述主飞飞行器和所述伴飞无人机的位置信息计算得到两者之间的实际相对位置偏移量，所述同步装置根据所述实际相对位置偏移量和预设相对位置偏移量生成所述伴飞无人机目标位置。

9.一种伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法，包括以下步骤：

启动主飞与伴飞模式；

获取主飞飞行器和伴飞无人机之间的相对位置关系；

根据所述相对位置关系，实时规划所述伴飞无人机的飞行航迹；

控制所述伴飞无人机的飞行，确保所述相对位置关系在预设范围内；

所述伴飞无人机自动追踪和拍摄所述主飞飞行器。

10.根据权利要求9所述的伴随拍摄飞行器的无人机航拍方法，其特征在于：还包括复位步骤，当所述主飞飞行器和所述伴飞无人机之间的相对位置关系不在所述预设范围内时，启动重置模式，恢复两者之间的初始相对位置关系。