CN106275410A - 一种防风扰无人机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种防风扰无人机，包括：用于检测无人机是否受到风扰动的风扰动检测装置；用于测量无人机与地面之间的倾角的倾角传感器；用于根据风扰动检测结果以及所述倾角判断风向的风向检测装置；用于根据所述风向调节设置于所述旋转翼轴上的旋转翼电机的功率强度的控制器。通过在无人机中增加用于检测无人机是否受到风扰动的风扰动检测装置以及用于测量无人机与地面之间的倾角的倾角传感器，风向检测装置根据风扰动检测结果以及所述倾角判断风向，控制器根据所述风向调节设置于所述旋转翼轴上的旋转翼电机的功率强度。实现了无人机绕物体旋飞，无人机高空拍摄时能够防风扰，使得无人机在风扰动的情况下零抖动、零偏移位移。

Description

一种防风扰无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种防风扰无人机。

背景技术

近年来，随着无人机研究的不断发展，无人机开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透，结合这些领域的应用特点，各种各样的具有不同功能的无人机被研制出来，并且在不同的应用领域都得到了广泛的应用。目前，市面上的无人机使用民用无线电操控，信号容易受到干扰，例如风力干扰，尤其当无人机所处的环境中风力达到6到7级时，无人机发生抖动，导致拍摄的图像并不清晰。

因此，如何防止无人机因为风力作用发生抖动，进而提高拍摄图像的清晰度是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种防风扰无人机，防止无人机因为风力作用发生抖动，进而提高拍摄图像的清晰度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种防风扰无人机，包括：

用于检测无人机是否受到风扰动的风扰动检测装置；

用于测量所述无人机与地面之间的倾角的倾角传感器；

用于根据风扰动检测结果以及所述倾角判断风向的风向检测装置；

用于根据所述风向调节设置于旋转翼轴上的旋转翼电机的功率强度的控制器。

优选的，在上述防风扰无人机中，所述风扰动检测装置包括：

设置于旋转翼轴上的至少一对用于发送超声波的超声波发射器以及用于接收所述超声波并计算超声波流量的超声波接收器；

判断模块，用于判断所述超声波流量是否超过预设标定值范围，若超过，则检测结果为存在风扰动。

优选的，在上述防风扰无人机中，还包括：

用于测量所述无人机的飞行三维姿态数据的姿态传感器，输入端分别与所述风扰动检测装置、倾角传感器以及风向检测装置相连，输出端与所述控制器相连。

优选的，在上述防风扰无人机中，所述控制器包括：

风力作用测量模块，用于根据所述风向分别测量各个旋转翼受风扰动的作用力值；

功率调节模块，用于根据所述作用力值以及所述三维姿态数据调节所述旋转翼电机的功率强度，所述作用力值与所述功率强度成反比。

优选的，在上述防风扰无人机中，还包括：

图像获取装置，用于获取目标区域的彩色-深度三维图像。

优选的，在上述防风扰无人机中，还包括：

不反光物体的梯度纹理处理模块，用于采用临域抑制加权方法抑制或者消除所述彩色-深度三维图像中的梯度和纹理；

反光物体的网纹处理模块，用于利用网纹频率以及局部梯度特征产生自适用的滤波核，利用所述自适用的滤波核对所述彩色-深度三维图像进行滤波，得到初始图像，经过联合边缘保持滤波之后得到全色调图像。

优选的，在上述防风扰无人机中，还包括：

跟踪目标识别装置，用于将所述目标区域的三维图像根据特征类型进行分割得到目标区域的特征图像，将所述目标区域的特征图像与预设跟踪目标的特征图像进行匹配，识别跟踪目标。

优选的，在上述防风扰无人机中，还包括：

无线4G模块，用于无线接收客户端发送的飞行路线指令，且将所述彩色-深度三维图像无线发送至所述客户端。

优选的，在上述防风扰无人机中，还包括：

多个激光测距装置，用于测量所述无人机与四周障碍物之间的距离，得到障碍物距离。

优选的，在上述防风扰无人机中，还包括：

报警装置，用于判断所述障碍物距离是否超过阈值，若是，则进行声光报警。

本发明所提供一种防风扰无人机，包括：用于检测无人机是否受到风扰动的风扰动检测装置；用于测量无人机与地面之间的倾角的倾角传感器；用于根据风扰动检测结果以及所述倾角判断风向的风向检测装置；用于根据所述风向调节设置于所述旋转翼轴上的旋转翼电机的功率强度的控制器。

本发明通过在无人机中增加用于检测无人机是否受到风扰动的风扰动检测装置以及用于测量无人机与地面之间的倾角的倾角传感器，风向检测装置根据风扰动检测结果以及所述倾角判断风向，控制器根据所述风向调节设置于所述旋转翼轴上的旋转翼电机的功率强度。实现了无人机绕物体旋飞，无人机高空拍摄时能够防风扰，使得无人机在风扰动的情况下零抖动、零偏移位移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的四旋翼无人机外观结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的六旋翼无人机外观结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种防风扰无人机示意图；

图4为本发明实施例所提供的跟踪过程的示意图；

图5为本发明所提供的消除静态不反光物体的梯度和网纹的过程示意图；

图6为本发明所提供的消除静态反光物体的网纹的过程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1、2以及3，图1为本发明实施例所提供的四旋翼无人机外观结构示意图；图2为本发明实施例所提供的六旋翼无人机外观结构示意图；图3为本发明实施例所提供的一种防风扰无人机示意图。

在一种具体实施方式中，提供了一种防风扰无人机，包括：

用于检测无人机是否受到风扰动的风扰动检测装置1；

用于测量无人机与地面之间的倾角的倾角传感器2；

用于根据风扰动检测结果以及所述倾角判断风向的风向检测装置3；

用于根据所述风向调节设置于旋转翼轴6上的旋转翼电机的功率强度的控制器4。

其中，不管是无人机绕物体旋转飞行，还是无人机升高空拍摄，都是通过风扰动检测装置1来实现外部风扰动检测，风扰动检测装置1可以通过超声波检测，还可以为其它检测方式，均在保护范围之内。旋转翼电机是飞行，降落等的动力来源，设置于每个旋转翼轴6的末端。风向检测装置3检测风向作为防抖动的依据，控制器4根据所述风向调节设置于所述旋转翼轴6上的旋转翼电机的功率强度，降低或者加强旋转翼电机的功率，迎风的最近端会降低旋转翼电机的功率，稍远端和远端都依次加强电机功率，以保证无人机在旋转飞行过程中或者高空拍摄过程中不会受风扰动。

本发明通过在无人机中增加用于检测无人机是否受到风扰动的风扰动检测装置1以及用于测量无人机与地面之间的倾角的倾角传感器2，风向检测装置3根据风扰动检测结果以及所述倾角判断风向，控制器4根据所述风向调节设置于所述旋转翼轴6上的旋转翼电机的功率强度。实现了无人机绕物体旋飞，无人机高空拍摄时能够防风扰，使得无人机在风扰动的情况下零抖动、零偏移位移。

在上述防风扰无人机的基础上，所述风扰动检测装置1包括：

设置于旋转翼轴6上的至少一对用于发送超声波的超声波发射器以及用于接收所述超声波并计算超声波流量的超声波接收器；

判断模块，用于判断所述超声波流量是否超过预设标定值范围，若超过，则检测结果为存在风扰动。

其中，无人机具有一定数量的旋转翼轴6，例如，4旋翼无人机，可以在旋转翼轴61和旋转翼轴63安装超声波发射器，旋转翼轴62和旋转翼轴64各安装1个超声波接收器，如此设置的目的是对风形成气流的检测。超声波发射器以及超声波接收器设置位置包括但不限于上述设置位置，还可以为其它种设置方式，在旋转翼轴61和旋转翼轴62安装超声波发射器，旋转翼轴63和旋转翼轴64各安装1个超声波接收器。对于6旋翼无人机，超声波发射器以及超声波接收器均分别设置于六个旋翼轴上。需要指出的是，超声波发射器以及超声波接收器的数量不做限制，根据无人机的类型进行相应的设置，均在保护范围之内。

其工作原理：一对超声波传感器，其中一个发送超声波信号，另一个接收超声波信号，超声波接收器中有超声流量计计算超声波流量。由于超声波发送之后，若受到风的干扰，则超声波受到干扰，则到达超声波接收器的超声波流量减少，超声流量计计算超声波流量发生变化，实时检测无人机是否受到风扰动。

在上述防风扰无人机的基础上，还包括：

用于测量所述无人机的飞行三维姿态数据的姿态传感器，输入端分别与所述风扰动检测装置、倾角传感器以及风向检测装置相连，输出端与所述控制器相连。

姿态传感器将采样到的数据进行数据整理、滤波、计算，然后及时的将输出调理信号输送至控制器。姿态传感器是基于MEMS技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计，三轴电子罗盘等运动传感器，通过内嵌的低功耗ARM处理器得到经过温度补偿的三维姿态与方位等数据。利用基于四元数的三维算法和特殊数据融合技术，实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移三维姿态方位数据。

在上述防风扰无人机的基础上，所述控制器4包括：

风力作用测量模块，用于根据所述风向分别测量各个旋转翼5受风扰动的作用力值；

功率调节模块，用于根据所述作用力值以及所述三维姿态数据调节所述旋转翼电机的功率强度，所述作用力值与所述功率强度成反比。

其中，迎风最近端的旋转翼5受到的风力最大，逐渐远离迎风最近端的旋转翼5受到的风力逐渐减小，调节旋转翼5电机的功率逐渐增大，保证无人机在风力作用下保持平衡，平行于地面飞行。

进一步的，在上述防风扰无人机中，还包括：

图像获取装置，用于获取目标区域的彩色-深度三维图像。

其中，通过自身的2D摄像头对被绕物体的前后左右进行4次初步拍照并保存照片，它可以让无人机快速识别人体或者其他物体。传统的基于可见光的摄像头拍摄三维物体的二维图像，不能对三维物体进行准确的识别与定位。本发明提供的图像获取装置可以为3D功能的摄像头，能根据被拍摄物体的特征及物体的模糊程度等深度图像信息快速建立被拍摄物体精确的三维模型。获得的彩色-深度三维图像，解决了现有技术中利用2D摄像头拍摄图像，在三维重建过程中的图像预处理、深度图像对齐、点云数据获取、法向量图的等一系列问题，简化了三维图像重建方法。

进一步的，如图5和6所示，图5为本发明所提供的消除静态不反光物体的梯度和网纹的过程示意图，图6为本发明所提供的消除静态反光物体的网纹的过程示意图。

在上述防风扰无人机中，还包括：

不反光物体的梯度纹理处理模块，用于采用临域抑制加权方法抑制或者消除所述彩色-深度三维图像中的梯度和纹理；

反光物体的网纹处理模块，用于利用网纹频率以及局部梯度特征产生自适用的滤波核，利用所述自适用的滤波核对所述彩色-深度三维图像进行滤波，得到初始图像，经过联合边缘保持滤波之后得到全色调图像。

其中，拍摄静态物体或者动态物体形成的图像中会产生大量的纹理性区域，这些纹理性区域会在电子图片中产生大量的虚假峰值点，若这些纹理性区域不消除，无人机的图像获取装置会给出与实际不符的图像，导致无人机做出错误判断。因此，采用临域抑制加权方法抑制或者消除所述彩色-深度三维图像中的梯度和纹理。

无人机中的系统软件利用网纹纹理的冗余性去除图像随机噪音，利用网纹频率和局部梯度特征产生自适用的滤波核，利用所述自适用的滤波核对所述彩色-深度三维图像进行滤波，得到初始图像。照相镜头主光源边缘的颜色是最接近于被拍照物体原色的，所以往往取边缘的颜色到初始图像中还原，采用联合边缘保持滤波得到最终的高质量全色调图片。需要指出的是，边缘就是反光物体在摄像头中的某张图片的最外延，它受光线的影响最小。

进一步的，如图4所示，图4为本发明实施例所提供的跟踪过程的示意图，在上述防风扰无人机中，还包括：

跟踪目标识别装置，用于将所述目标区域的三维图像根据特征类型进行分割得到目标区域的特征图像，将所述目标区域的特征图像与预设跟踪目标的特征图像进行匹配，识别跟踪目标。

其中，无人机在刚刚起飞的过程中，围绕目标区域初步旋飞，目标区域内有目标对象和非目标对象，拍摄4张当前图片进行分析，将刚拍摄待围绕的不同的运动目标(或者静止目标)划分为具有特征一致性“碎片”即目标区域的特征图像，“碎片”就是整张图片分割块，文件小，容易处理，还具有物体属性特征，例如，人的特征是高矮胖瘦、肤色、长相、衣服颜色，或者车特征是品牌标志、颜色、高度以及透明车玻璃，将所述目标区域的特征图像与预设跟踪目标的特征图像进行矩阵初匹配，采用属性关系图分析目标区域的特征图像上下文关联性并进行碎片标记，方便主控系统进行数字化处理。采用了联合数据改进关联多目标跟踪方法，根据关联概率分析目标再出现、消失、遮挡、分离等复杂情况下的多目标跟踪。

进一步的，在上述防风扰无人机中，还包括：

无线4G模块，用于无线接收客户端发送的飞行路线指令，且将所述彩色-深度三维图像无线发送至所述客户端。

其中，整个系统需要有两个4G接入点，一个接入点在无人机上，另一个在客户端上。随后，客户端通过连接无线4G网络向无人机发出指令，控制无人机的飞行路线，与此同时，无人机会将内置摄像头拍摄的高清视频以及彩色-深度三维图像发送给工作人员，工作人员在监控周围环境的同时，可调整无人机的飞行路线。采用4G移动网络，则只要在网络覆盖的地方都可进行飞行，甚至远离操作者的视线，同时也能更好地抵御干扰，大幅提高无人机飞行安全性。客户端可以为智能手机或平板电脑等移动客户端，使得无人机飞行距离不再受限制，并可实现高质量的图像视频传输和位置反馈。

具体的，作为无人机UE1，UE1包含了客户号码、客户识别码(IMSI)、机身验证码(出厂时唯一机身码)；智能客户端设置4G接入点，称为终端UE2，UE2也包含了客户号码、客户识别码(IMSI)、机身验证码(出厂时唯一机身码)。UE2和UE1之间通过4G系统(基站、移动交换中心(MSC)、服务器)建立独立专用控制信道SDCCH。为防止伪基站侵入和窃听设备控制无人机，UE2每次与UE1连接之前，4G系统要求UE2和UE1提供各自的RAND、Kc、SRES给它进行验证，验证完成之后，建立独立的一条SDCCH，连接UE2和UE1。这时UE2和UE1之间可以进行控制，通信，回传数据，回传视频等，UE2和UE1若不需要进行通信，4G系统一定撤销不保留信令信道，一旦使用则会重新申请4G系统开通。

进一步的，在上述防风扰无人机中，还包括：

多个激光测距装置，用于测量所述无人机与四周障碍物之间的距离，得到障碍物距离。

其中，激光测距装置的设置位置可以有多种情况，数量不做限定。例如，在一种实施方式中，总共包括两个激光测距装置，其中一个激光测距装置设置于无人机的顶部，发出的激光与天空垂直，另一个激光测距装置设置于无人机的底部，发出的激光与地面垂直，以防撞上顶层物体和撞上底层物体，保证无人机自身的安全。无人机开启对地和对空激光测距功能，通过语音播报提醒运动的物体(或人)，告知物体(或人)运动的承载面是否有凹凸，坑洼，防止发生意外。若是无人机在高空拍摄，则会关闭对地和对空激光测距功能。

因此，无人机在绕物体旋转飞行过程中，可以初步判断被围绕旋转物体的最高高度和最宽宽度，既能保证旋飞质量，又能保证被绕物体的安全。

进一步的，在上述防风扰无人机中，还包括：

报警装置，用于判断所述障碍物距离是否超过阈值，若是，则进行声光报警。

进一步的，在上述防风扰无人机中，还包括：

语音识别交互模块，用于发送以及识别语音信息。

其中，首先在无人机主控芯片内需要设定语言基准，通过本地保存的仿真数据来扩展和增强训练，使得无人机具有中文普通话语言的基础识别能力和播报能力，自带有滤波传感器，滤除噪音方便人机对话。语音识别交互模块实现了人机交互，具有指令识别功能。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种防风扰无人机，其特征在于，包括：

用于检测无人机是否受到风扰动的风扰动检测装置；

用于测量所述无人机与地面之间的倾角的倾角传感器；

用于根据风扰动检测结果以及所述倾角判断风向的风向检测装置；

用于根据所述风向调节设置于旋转翼轴上的旋转翼电机的功率强度的控制器。

2.如权利要求1所述的防风扰无人机，其特征在于，所述风扰动检测装置包括：

设置于旋转翼轴上的至少一对用于发送超声波的超声波发射器以及用于接收所述超声波并计算超声波流量的超声波接收器；

判断模块，用于判断所述超声波流量是否超过预设标定值范围，若超过，则检测结果为存在风扰动。

3.如权利要求2所述的防风扰无人机，其特征在于，还包括：

用于测量所述无人机的飞行三维姿态数据的姿态传感器，输入端分别与所述风扰动检测装置、倾角传感器以及风向检测装置相连，输出端与所述控制器相连。

4.如权利要求3所述的防风扰无人机，其特征在于，所述控制器包括：

风力作用测量模块，用于根据所述风向分别测量各个旋转翼受风扰动的作用力值；

功率调节模块，用于根据所述作用力值以及所述三维姿态数据调节所述旋转翼电机的功率强度，所述作用力值与所述功率强度成反比。

5.如权利要求4所述的防风扰无人机，其特征在于，还包括：

图像获取装置，用于获取目标区域的彩色-深度三维图像。

6.如权利要求5所述的防风扰无人机，其特征在于，还包括：

不反光物体的梯度纹理处理模块，用于采用临域抑制加权方法抑制或者消除所述彩色-深度三维图像中的梯度和纹理；

反光物体的网纹处理模块，用于利用网纹频率以及局部梯度特征产生自适用的滤波核，利用所述自适用的滤波核对所述彩色-深度三维图像进行滤波，得到初始图像，经过联合边缘保持滤波之后得到全色调图像。

7.如权利要求6所述的防风扰无人机，其特征在于，还包括：

跟踪目标识别装置，用于将所述目标区域的三维图像根据特征类型进行分割得到目标区域的特征图像，将所述目标区域的特征图像与预设跟踪目标的特征图像进行匹配，识别跟踪目标。

8.如权利要求7所述的防风扰无人机，其特征在于，还包括：

无线4G模块，用于无线接收客户端发送的飞行路线指令，且将所述彩色-深度三维图像无线发送至所述客户端。

9.如权利要求1-8任一项所述的防风扰无人机，其特征在于，还包括：

多个激光测距装置，用于测量所述无人机与四周障碍物之间的距离，得到障碍物距离。

10.如权利要求9所述的防风扰无人机，其特征在于，还包括：

报警装置，用于判断所述障碍物距离是否超过阈值，若是，则进行声光报警。