CN107357316A - 一种控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法 - Google Patents

一种控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法 Download PDF

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吴丁花
谭献良
陈益平
杨楠
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郑卫民
李志学
周松林
颜紫科
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Abstract

本发明属于无人驾驶飞机技术领域，公开了一种控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法，包括：设置目标的坐标，无人驾驶飞机上的相机的初始坐标和相机的初始观察方向；当无人驾驶飞机在目标周边飞行时，获得相机的实时坐标和相机的实时观察方向；计算相机的调整参数；控制驱动系统以将相机调整为面向目标；获得相机的当前坐标和当前观看方向，用当前坐标和当前观看方向更新相机的初始坐标和初始观看方向。本发明使无人驾驶飞机的机载相机视角一直锁定特定目标，实现持续拍照/观测，具有较大的应用价值；计算设备将计算出相机方向调教参数，并将参数传输至相机控制系统，以使其驱动相机面向拍照目标。

Description

一种控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法
技术领域
本发明属于无人驾驶飞机技术领域，尤其涉及一种控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法。
背景技术
无人驾驶飞机，或称无人飞行系统，属于远程遥控飞行器。无人驾驶飞机常被用于重复度高或相对较危险的任务用途中。例如，装备有相机的无人驾驶飞机用于锁定特定危险区域的照片获取，或针对森林火险、生态灾害时间、物种生境调查等特定区域的锁定点观测，相对于有人驾驶飞行器，其成本更低，效率更高，更灵活。现有发明和设备，如CN201611250896.4所述，在实时控制无人驾驶飞机的过程中，飞手通常无法直接控制相机的指向，导致相机无法实时获取特定目标的照片，除飞手外，设置专门的摄像手，因为手动操控原因，也较难保证无人驾驶飞机机载相机能一直锁定特定目标。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的无人驾驶飞机用于锁定特定危险区域的照片获取方法，基于现有技术条件，一般为无人驾驶飞机配备单独的飞手和拍摄手，拍摄手通过手动方式操控相机获取照片，且不能直接控制无人驾驶飞机的飞行飞向、飞行高度、飞行轨迹等(此部分由飞手负责)。由于远程手动操控相机难度大、无人驾驶飞行器返回数据延时、操控精度和人类反应速度极限等制约，手动操控不能保证无人驾驶飞机机载相机能一直锁定特定目标，导致出现短暂或长时间丢失目标，难以满足实时监测要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法。
本发明是这样实现的，一种控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法，所述控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法包括：
步骤一，设置目标的坐标，无人驾驶飞机上的相机的初始坐标和相机的初始观察方向；
步骤二，当无人驾驶飞机在目标周边飞行时，获得相机的实时坐标和相机的实时观察方向；
步骤三，计算相机的调整参数；
步骤四，控制驱动系统以将相机调整为面向目标；
步骤五，获得相机的当前坐标和当前观看方向，用当前坐标和当前观看方向更新相机的初始坐标和初始观看方向。
进一步，所述控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法具体包括：设置目标的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观察方向，以及将目标的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观察方向存储到存储系统中的计算设备；
当无人驾驶飞机在所述目标周边飞行时，获得相机的实时坐标和相机的实时观察方向；
根据初始坐标，初始观察方向，实时坐标和相机的实时观察方向计算相机的调整参数，其中调整参数包括水平旋转角度和垂直旋转角度，其中，通过用相机的初始坐标投影第一点，使用目标的坐标投影第二点，以及将相机的实时坐标投影到XY平面来计算水平旋转角度，并且计算从所述第三点到所述第二点的线的第一投影与在所述XY平面中从所述第一点到所述第二点的线的第二投影之间的第一角度作为所述水平旋转角度，并且通过将第一点，第二点和第三点投影到笛卡尔坐标系的YZ平面来计算垂直旋转角；以及通过将所述相机的调整参数传送到连接到所述相机的驱动系统，根据所述调整参数来将所述相机调整为面向所述目标。
进一步，当所述相机面向所述目标时，获得所述相机的当前坐标和当前观看方向；用所述相机的当前坐标更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始坐标；以及利用所述相机的实时观看方向更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始观看方向。
进一步，所述目标的坐标包括第一经度，第一纬度和第一高度，并且所述相机的初始坐标包括第二经度，第二纬度和第二高度。
进一步，所述驱动系统首先根据所述水平旋转角度旋转所述相机，然后根据所述垂直旋转角度旋转所述相机；
所述驱动器系统首先根据所述垂直旋转角度旋转所述相机，然后根据所述水平旋转角度旋转所述相机。
本发明的另一目的在于提供一种所述控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法使用的存储指令集非暂时性计算机可读存储介质，存储指令集能够由计算设备的处理器执行以实现用于控制配备有相机的无人驾驶飞机的方法，以捕获图像目标；
所述方法包括：
设置目标的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观看方向，以及将相机的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观看方向存储到计算设备的存储系统中；
当所述无人驾驶飞机在所述目标周围飞行时，获得所述摄像机的实时坐标和所述摄像机的实时观察方向；
根据初始坐标，初始观看方向，实时坐标和摄像机的实时观看方向计算摄像机的调整参数，其中调整参数包括水平旋转角度和垂直旋转角度，其中，通过用照相机的初始坐标投影第一点，用目标的坐标投影第二点，以及将照相机的实时坐标投影到笛卡尔坐标的XY平面来计算水平旋转角度系统，以及计算从所述第三点到所述第二点的线的第一投影与在所述XY平面中从所述第一点到所述第二点的线的第二投影之间的第一角度作为所述水平旋转角度，通过将所述第一点，所述第二点和所述第三点投影到所述笛卡尔坐标系的YZ平面，计算从所述第三点到所述第二点的直线的第三投影与所述第二点之间的第二角度，在XY平面中从第一点到第二点的线的第四投影作为垂直旋转角；以及将所述相机的调整参数传送到连接到所述相机的驱动器系统，使得所述驱动器系统根据所述调整参数调整所述相机面向所述目标。
进一步，当所述相机面向所述目标时获得所述相机的当前坐标和当前观看方向；用所述相机的当前坐标更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始坐标；以及利用所述相机的实时观看方向更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始观看方向。
进一步，所述目标的坐标包括第一经度，第一纬度和第一高度，并且所述相机的初始坐标包括第二经度，第二纬度和第二高度；
所述驱动器系统首先根据所述水平旋转角度旋转所述相机，然后根据所述垂直旋转角度旋转所述相机；
所述驱动器系统首先根据所述垂直旋转角度旋转所述相机，然后根据所述水平旋转角度旋转所述相机。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法的无人机。
本发明的优点及积极效果为：能事先在无人驾驶飞机的计算设备存储系统中设置特定目标的坐标，通过联动计算其与机载坐标、相机视角的关系，通过相机驱动系统调整模块，使无人驾驶飞机的机载相机视角一直锁定特定目标，实现持续拍照/观测，具有较大的应用价值，锁定目标成功率能一直保持在100％，相较于现有人工操控方式，成功率提高150％以上。在一个控制带相机装置的无人驾驶飞机获取特定目标的照片的方法中，计算设备用于控制目标的坐标，相机初始坐标，相机初始视角；无人驾驶飞机在目标上空飞过时将获取到相机的实时坐标和实时视角。由此，计算设备将计算出相机方向调教参数，并将参数传输至相机控制系统，以使其驱动相机面向拍照目标。
附图说明
图1是本发明实施例提供的控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法流程图。
图2和图3是本发明实施例提供的控制调整相机方向参数的方式示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法包括以下步骤：
S101：设置目标的坐标，无人驾驶飞机上的相机的初始坐标和相机的初始观察方向；
S102：当无人驾驶飞机在目标周边飞行时，获得相机的实时坐标和相机的实时观察方向；
S103：计算相机的调整参数；
S104：控制驱动系统以将相机调整为面向目标；
S105：获得相机的当前坐标和当前观看方向，用当前坐标和当前观看方向更新相机的初始坐标和初始观看方向。
本发明实施例提供的控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法设置目标的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观察方向，以及将目标的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观察方向存储到存储系统中的计算设备；
当所述无人驾驶飞机在所述目标周边飞行时，获得所述相机的实时坐标和所述相机的实时观察方向；
根据初始坐标，初始观察方向，实时坐标和相机的实时观察方向计算相机的调整参数，其中调整参数包括水平旋转角度和垂直旋转角度，其中，通过用相机的初始坐标投影第一点，使用目标的坐标投影第二点，以及将相机的实时坐标投影到XY平面来计算水平旋转角度，并且计算从所述第三点到所述第二点的线的第一投影与在所述XY平面中从所述第一点到所述第二点的线的第二投影之间的第一角度作为所述水平旋转角度，并且通过将第一点，第二点和第三点投影到笛卡尔坐标系的YZ平面来计算垂直旋转角；以及通过将所述相机的调整参数传送到连接到所述相机的驱动系统，根据所述调整参数来将所述相机调整为面向所述目标。
当所述相机面向所述目标时，获得所述相机的当前坐标和当前观看方向；用所述相机的当前坐标更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始坐标；以及利用所述相机的实时观看方向更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始观看方向。
所述目标的坐标包括第一经度，第一纬度和第一高度，并且所述相机的初始坐标包括第二经度，第二纬度和第二高度。
所述驱动系统首先根据所述水平旋转角度旋转所述相机，然后根据所述垂直旋转角度旋转所述相机。
所述驱动器系统首先根据所述垂直旋转角度旋转所述相机，然后根据所述水平旋转角度旋转所述相机。
本发明实施例提供的控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法的存储指令集的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令集能够由计算设备的处理器执行以实现用于控制配备有相机的无人驾驶飞机的方法，以捕获图像目标，所述方法包括：
设置目标的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观看方向，以及将相机的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观看方向存储到计算设备的存储系统中；
当所述无人驾驶飞机在所述目标周围飞行时，获得所述摄像机的实时坐标和所述摄像机的实时观察方向；
根据初始坐标，初始观看方向，实时坐标和摄像机的实时观看方向计算摄像机的调整参数，其中调整参数包括水平旋转角度和垂直旋转角度，其中，通过用照相机的初始坐标投影第一点，用目标的坐标投影第二点，以及将照相机的实时坐标投影到笛卡尔坐标的XY平面来计算水平旋转角度系统，以及计算从所述第三点到所述第二点的线的第一投影与在所述XY平面中从所述第一点到所述第二点的线的第二投影之间的第一角度作为所述水平旋转角度，通过将所述第一点，所述第二点和所述第三点投影到所述笛卡尔坐标系的YZ平面，计算从所述第三点到所述第二点的直线的第三投影与所述第二点之间的第二角度，在XY平面中从第一点到第二点的线的第四投影作为垂直旋转角；以及将所述相机的调整参数传送到连接到所述相机的驱动器系统，使得所述驱动器系统根据所述调整参数调整所述相机面向所述目标。
当所述相机面向所述目标时获得所述相机的当前坐标和当前观看方向；用所述相机的当前坐标更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始坐标；以及利用所述相机的实时观看方向更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始观看方向。
所述目标的坐标包括第一经度，第一纬度和第一高度，并且所述相机的初始坐标包括第二经度，第二纬度和第二高度。
所述驱动器系统首先根据所述水平旋转角度旋转所述相机，然后根据所述垂直旋转角度旋转所述相机。
所述驱动器系统首先根据所述垂直旋转角度旋转所述相机，然后根据所述水平旋转角度旋转所述相机。
图2和图3示出了计算相机的水平旋转角度和垂直旋转角度的一个实施例。在本实施例中，目标的坐标，相机的初始坐标和相机的实时坐标是地理坐标。计算模块将所有地理坐标变换为笛卡尔坐标。点“A”表示具有坐标(X2，Y2，Z2)的相机的初始位置。点“B”表示具有坐标(XI，Y1，Z1)的目标的位置。点“C”表示具有坐标(X3，Y3，Z3)的相机的实时位置。从“A”到“B”的线表示相机的初始观察方向。“A”和“C”之间的虚线表示无人驾驶飞机从“A”到“B”的移动路径。(X1，Y1，Z1)，(X2，Y2，Z2)和(X3，Y3，Z3)是笛卡尔坐标。
将“A”，“B”，“C”的点投影到XY平面。获得从“C”到“B”的线的投影以及在XY平面中从“A”到“B”的线的投影。计算从“C”到“B”的线的投影与在XY平面中从“A”到“B”的线的投影之间的角度。计算的角度是相机的水平旋转角度。与此类似，将“A”，“B”，“C”的点投影到YZ平面，并且因此计算相机的垂直旋转角度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法，其特征在于，所述控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法包括：
步骤一，设置目标的坐标，无人驾驶飞机上的相机的初始坐标和相机的初始观察方向；
步骤二，当无人驾驶飞机在目标周边飞行时，获得相机的实时坐标和相机的实时观察方向；
步骤三，计算相机的调整参数；
步骤四，控制驱动系统以将相机调整为面向目标；
步骤五，获得相机的当前坐标和当前观看方向，用当前坐标和当前观看方向更新相机的初始坐标和初始观看方向。
2.如权利要求1所述的控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法，其特征在于，所述控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法具体包括：设置目标的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观察方向，以及将目标的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观察方向存储到存储系统中的计算设备；
当无人驾驶飞机在所述目标周边飞行时，获得相机的实时坐标和相机的实时观察方向；
根据初始坐标，初始观察方向，实时坐标和相机的实时观察方向计算相机的调整参数，其中调整参数包括水平旋转角度和垂直旋转角度，其中，通过用相机的初始坐标投影第一点，使用目标的坐标投影第二点，以及将相机的实时坐标投影到XY平面来计算水平旋转角度，并且计算从所述第三点到所述第二点的线的第一投影与在所述XY平面中从所述第一点到所述第二点的线的第二投影之间的第一角度作为所述水平旋转角度，并且通过将第一点，第二点和第三点投影到笛卡尔坐标系的YZ平面来计算垂直旋转角；以及通过将所述相机的调整参数传送到连接到所述相机的驱动系统，根据所述调整参数来将所述相机调整为面向所述目标。
3.如权利要求2所述的控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法，其特征在于，当所述相机面向所述目标时，获得所述相机的当前坐标和当前观看方向；用所述相机的当前坐标更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始坐标；以及利用所述相机的实时观看方向更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始观看方向。
4.如权利要求2所述的控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法，其特征在于，所述目标的坐标包括第一经度，第一纬度和第一高度，并且所述相机的初始坐标包括第二经度，第二纬度和第二高度。
5.如权利要求2所述的控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法，其特征在于，所述驱动系统首先根据所述水平旋转角度旋转所述相机，然后根据所述垂直旋转角度旋转所述相机；
所述驱动器系统首先根据所述垂直旋转角度旋转所述相机，然后根据所述水平旋转角度旋转所述相机。
6.一种权利要求1所述控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法使用的存储指令集非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，存储指令集能够由计算设备的处理器执行以实现用于控制配备有相机的无人驾驶飞机的方法，以捕获图像目标；
所述方法包括：
设置目标的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观看方向，以及将相机的坐标，相机的初始坐标和相机的初始观看方向存储到计算设备的存储系统中；
当所述无人驾驶飞机在所述目标周围飞行时，获得所述摄像机的实时坐标和所述摄像机的实时观察方向；
根据初始坐标，初始观看方向，实时坐标和摄像机的实时观看方向计算摄像机的调整参数，其中调整参数包括水平旋转角度和垂直旋转角度，其中，通过用照相机的初始坐标投影第一点，用目标的坐标投影第二点，以及将照相机的实时坐标投影到笛卡尔坐标的XY平面来计算水平旋转角度系统，以及计算从所述第三点到所述第二点的线的第一投影与在所述XY平面中从所述第一点到所述第二点的线的第二投影之间的第一角度作为所述水平旋转角度，通过将所述第一点，所述第二点和所述第三点投影到所述笛卡尔坐标系的YZ平面，计算从所述第三点到所述第二点的直线的第三投影与所述第二点之间的第二角度，在XY平面中从第一点到第二点的线的第四投影作为垂直旋转角；以及将所述相机的调整参数传送到连接到所述相机的驱动器系统，使得所述驱动器系统根据所述调整参数调整所述相机面向所述目标。
7.如权利要求6所述的存储指令集非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述相机面向所述目标时获得所述相机的当前坐标和当前观看方向；用所述相机的当前坐标更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始坐标；以及利用所述相机的实时观看方向更新存储在所述存储系统中的所述相机的初始观看方向。
8.如权利要求6所述的存储指令集非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述目标的坐标包括第一经度，第一纬度和第一高度，并且所述相机的初始坐标包括第二经度，第二纬度和第二高度；
所述驱动器系统首先根据所述水平旋转角度旋转所述相机，然后根据所述垂直旋转角度旋转所述相机；
所述驱动器系统首先根据所述垂直旋转角度旋转所述相机，然后根据所述水平旋转角度旋转所述相机。
9.一种应用权利要求1～5任意一项所述控制无人驾驶飞机锁定特定区域获取照片的方法的无人机。
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