CN107544535B - 一种飞行伞和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种飞行伞及控制方法，所述飞行伞包含飞控单元、伞面、旋翼、摄像头；飞控单元用于控制旋翼；旋翼安置于伞面上方；摄像头位于伞面下部，朝向伞面下方中央；伞面中央的垂线在所述摄像头俯仰面上。本申请实施例提供一种飞行伞控制方法，摄像头摄取人体图像，提取肩部宽度及高度监视值；当所述宽度监视值与标准宽度值的差别超过第一预定范围时，所述飞控单元控制所述飞行伞在空中移动；再次摄取人体图像，提取肩部宽度监视值，直至所述宽度监视值与标准宽度值的差别在第一预定范围内。本发明能使飞行伞与人之间定位的误差达到厘米级别，飞行伞能够实时跟踪人的行动。

Description

一种飞行伞和控制方法

技术领域

本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种带有飞行伞的无人机及其控制方法。

背景技术

无人机技术发展迅速，其动力系统、飞控系统等技术日渐成熟，可以实现悬停、平飞等动作；人脸识别技术同样飞速发展，人脸、人体监测、识别、跟踪等技术达到实用水平，并且可以在嵌入式处理器上实现。而将两者结合，实现跟拍功能的无人机也已出现，如DJI、hover无人机等。也有人尝试将无人机技术用于遮阳伞，如CN201610993395提出的一种无人机遮阳伞，运用差分GPS原理实现无人机对行人的跟踪。但是，差分GPS的定位精度相对较低、人脸识别技术判断人与摄像机之间距离的算法复杂、精度低，而且无法识别在运动过程中的低头、抬头、转头等细微动作，会产生错误判断；尤其是在人脸被遮挡或识别发生错误时，会发生跟丢的情况。

发明内容

为了解决飞行伞定位和跟踪精度不足、人脸识别容易发生误判的问题，本发明提出一种飞行伞、及其控制方法。

本申请实施例提供一种自动飞行的飞行伞，包含飞控单元、伞面、旋翼、摄像头；所述飞控单元用于控制所述旋翼；所述旋翼安置于所述伞面上方；所述摄像头位于所述伞面下部，朝向伞面下方中央；所述伞面中央的垂线在所述摄像头的俯仰面上。

优选地，所述伞面下方带有定位标识。

优选地，所述飞行伞还包含以下装置中的一种或多种：无线通信装置、障碍物识别传感器。

本申请实施例提供一种飞行伞控制方法，所述飞行伞包含飞控单元、伞面、旋翼、摄像头时，包括以下步骤：摄像头摄取人体图像，提取肩部宽度监视值；当所述宽度监视值与标准宽度值的差别超过第一预定范围时，所述飞控单元控制所述飞行伞在空中移动；再次摄取人体图像，提取肩部宽度监视值，直至所述宽度监视值与标准宽度值的差别在第一预定范围内。

进一步地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：摄像头摄取人体图像，提取肩部高度监视值；当所述高度监视值与标准高度值的差别超过第二预定范围时，所述飞控单元控制所述飞行伞在空中移动；再次摄取人体图像，提取肩部高度监视值，直至所述高度监视值与标准高度值的差别在第二预定范围内。

进一步优选地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：控制所述飞行伞在原地旋转运动、或控制所述飞行伞以摄像头所在垂直线为中心旋转运动，直到摄像头发现人脸。

当所述飞行伞带有定位标识，进一步优选地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：控制所述飞行伞在原地旋转运动、或控制所述飞行伞以摄像头所在垂直线为中心旋转运动，直至所述摄像头获取的定位标识的图像处于摄像头获取的图像中第三预定范围内。

当所述飞行伞带有定位标识，进一步优选地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：根据摄像头获取的图像中所述定位标识和人头部的位置，计算飞行伞中心与人头顶的垂直高度和水平距离；控制所述飞行伞运动，使所述垂直高度和水平距离均保持固定值。

当所述飞行伞包含无线通信装置，进一步优选地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：控制所述飞行伞移动，使无线通信装置接收信号的RSSI在第四预定范围内。作为进一步优化的实施例，所述无线通信装置接收和发送的信号中包含身份信息；所述飞行伞控制方法还包含以下步骤：所述无线通信装置与终端建立无线连接，相互交换身份信息；所述无线通信装置周期性发送无线通信装置信号，所述终端接收后，如果小于预定值，则发出报警。进一步优选地，所述终端向所述无线通信装置发出返回命令；所述无线通信装置接收返回命令，控制所述飞行伞移动，使无线通信装置接收信号的RSSI在第四预定范围内。

当飞行伞包含障碍物识别传感器，进一步优选地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：当所述传感器识别障碍物距离在第五预定范围内时，控制所述飞行伞移动，使所述障碍物距离在所述第五预定范围外。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

飞行伞与人之间定位的误差达到厘米级别；飞行伞能够实时跟踪人的行动，包括行走、跑步、骑行、转向、停留、上下坡/楼梯等，能够区分头部运动与全身运动是否同步，识别低头、抬头、转头等动作；具备识别障碍物，防止碰撞的能力；防止丢失、被他人冒用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为一种自动飞行的飞行伞实施例；

图2为飞行伞跟踪人体飞行控制方法实施例流程图；

图3为飞行伞定位飞行控制方法实施例流程图；

图4为飞行伞中心和人头顶的垂直高度、水平距离示意图；

图5为飞行伞包含避障功能的控制方法实施例流程图；

图6为飞行伞包含防丢功能的控制方法实施例流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1为一种自动飞行的飞行伞实施例。本申请实施例提供一种自动飞行的飞行伞，用于跟踪和覆盖人体，包含飞控单元1、伞面2、旋翼3、摄像头4；所述飞控单元用于控制所述旋翼；所述旋翼安置于所述伞面上方；所述摄像头位于所述伞面下部，朝向伞面下方中央；所述伞面中央的垂线5在所述摄像头俯仰面6上。优选地，所述伞面下方带有定位标识7。优选地，所述飞行伞还包含以下装置中的一种或多种：无线通信装置8、障碍物识别传感器9。

作为本发明进一步优化的实施例，所述飞行伞是一个多轴飞行器，包含多个伞骨，电机和旋翼安装在伞骨的末端，其中一个伞骨的末端安装摄像头，摄像头朝向伞下部的中央，用于识别和跟踪人，在所述摄像头对面的伞骨末端，带有可以图像识别的标识，用于协助对人进行定位，称为定位标识。

作为本发明进一步优化的实施例，所述飞控单元安装在伞的重心处。飞控单元和电机之间通过伞骨相连。伞骨是可收拢、折叠的，如同普通的雨伞、太阳伞。

进一步优选地，伞面覆盖太阳能发电装置，如太阳能薄膜。电池安装在伞的中心处，可以存储太阳能电力。

需要说明的是，飞行伞上有两种定位装置：摄像头、无线通信装置。最佳地，摄像头具备人脸识别、人体识别功能。由于在本应用中并不需要区别不同的人，因此人脸识别只需要识别面部轮廓及关键点位置(如眼睛)即可。人体识别则主要识别上半身，尤其是头顶的位置和肩膀的宽度。虽然只有一个摄像头，但在人员固定时，通过飞行伞(摄像头)移动可以对伞与人的距离进行测量。在人员移动时，根据已经测量的距离可以进行视觉跟踪。此方法精度高、误差小。无线通信装置，例如可以是蓝牙、WiFi等信号源，它周期性发送固定功率的信号，人随身携带的无线终端根据RSSI(接收信号强度指示)的强弱判断其与飞行伞的距离远近，并反馈给飞行伞。

图2为飞行伞跟踪人体飞行控制方法实施例流程图，包括以下步骤：

步骤201、摄像头摄取人体图像，提取肩部宽度监视值；

步骤203、判断所述宽度监视值与标准宽度值的差别是否超过第一预定范围；

步骤205、当所述宽度监视值与标准宽度值的差别超过第一预定范围时，所述飞控单元控制所述飞行伞在空中移动；

回归步骤201，再次摄取人体图像，提取肩部宽度监视值，直至所述宽度监视值与标准宽度值的差别在第一预定范围内。

进一步地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：

步骤202、摄像头摄取人体图像，提取肩部高度监视值；

步骤204、判断所述高度监视值与标准高度值的差别是否超过第二预定范围；

步骤206、当所述高度监视值与标准高度值的差别超过第二预定范围时，所述飞控单元控制所述飞行伞在空中移动；

回归步骤202，再次摄取人体图像，提取肩部高度监视值，直至所述高度监视值与标准高度值的差别在第二预定范围内。

通过以上步骤，飞行伞跟踪人的行动、能够保持人头顶与飞行伞的相对位置，随着人的运动而同步运动。

最佳地，为保证跟踪效果和人体识别的效果，摄像头的光轴对准人体正面，在本实施例步骤205、步骤206中，将人体运动分解为前后运动、左右运动、上下运动和旋转运动，分情况进行处理。

例如在步骤205中，当人体旋转时，摄像头围绕飞行伞圆心做同步旋转，保持双肩所在的平面与摄像头正面一致；当人体在水平面左右移动时，通过肩部图像方位角变化，计算移动的距离和速度，飞行伞同步运动。

结合步骤206，当人体在水平面前后移动时，摄像头监测到肩部高度和肩部宽度变化。向前移动时，仰角变大，肩部宽度、高度监视值变大；向后移动时，仰角变小，肩部宽度、高度监视值变小。根据肩部宽度、高度监测值的变化程度计算移动的距离和速度，飞行伞同步运动。

当人在垂直面上下移动时，摄像头监测到肩部高度变化；向上移动时，肩部宽度、高度值监测值变大；向下移动时，肩部宽度、高度监测值变小。根据肩部宽度、高度监测值的变化程度计算移动的距离和速度，飞行伞同步运动。

在步骤205～206中，当人体没有运动，而只有人脸在运动时，能够识别：当人脸左右转动、上下转动、左右歪斜时，肩部高度和宽度监测值没有变化，飞行伞不做同步运动。

本实施例的有益效果在于，考虑到人在移动过程中，有低头、仰头、转头、歪头等小动作，会导致人脸无法识别或误判，而上半身，尤其是双肩的运动方向与人体运动方向基本一致，故使用人体肩部识别的方法，对人体的运动方向进行预测，方法简单、控制精度高。

图3为飞行伞定位飞行控制方法实施例流程图。在图2所述实施例或与图2相同构思的进一步变化的实施例基础上，进一步优选地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：

步骤302、控制所述飞行伞旋转运动，直到摄像头发现人脸。

具体地，例如控制所述飞行伞在原地旋转运动、或控制所述飞行伞以摄像头所在垂直线为中心旋转运动，直到摄像头发现人脸。

或者，控制所述飞行伞在原地旋转运动、或控制所述飞行伞以摄像头所在垂直线为中心旋转运动，直至所述摄像头获取的定位标识的图像处于摄像头获取的图像中第三预定范围内。

接着，按照步骤201～206所述控制方法，飞行伞将向人脸飞行，直到人的头顶位于伞的中央。

最佳地，在步骤302中，摄像头光轴保持水平方向。飞行伞原地旋转，直到摄像头发现人脸。如果没有发现人脸，飞行伞向上运动一定高度。然后执行步骤302，直到发现人脸。

最佳地，在步骤302中，飞行伞旋转运动，直到摄像头对面的伞骨上的定位标识正好位于人脸头顶上方位置；所述第三预定范围，定于在摄像头的图像中人体头顶上方的空间范围内。当所述飞行伞包含无线通信装置，进一步优选地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：

步骤301、控制所述飞行伞移动，使无线通信装置接收信号的RSSI在第四预定范围内。

需要说明的是，飞行伞起飞时，通过无线通信装置定位，向RSSI强度更小的方向飞行，直到RSSI小于所述第四预定范围的上限，使摄像头能够识别携带移动终端的人脸部；且大于所述第四预定范围的下限，此时飞行伞离人体有一定距离，打开时不与人碰撞。

本实施例的有益效果在于，精确定位持伞人。

图4为飞行伞中心和人头顶的垂直高度、水平距离示意图；如图4所示，当所述飞行伞带有定位标识，进一步优选地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：

根据摄像头获取的图像中所述定位标识和人头部的位置，计算飞行伞中心与人头顶的垂直高度和水平距离；控制所述飞行伞运动，使所述垂直高度和水平距离均保持固定值。

具体地，例如用以下方法。

如图4(a)，由于焦距f已知，根据成像平面上定位标识和头顶的距离δ，可以计算出摄像头至定位标识延长线与摄像头至人头顶延长线之间的俯仰角：

θ＝tan^-1(δ/f)

如图4(b)，在飞行伞向人飞行距离d之后，根据两次测量的俯仰角α和β，可以计算出飞行伞距离人脸头顶的垂直高度h和水平距离l：

h＝d/(cotα-cotβ)；l＝d/(cotα/cotβ-1)

由于摄像头与飞行伞中心的距离R已知，当摄像机与人脸的水平距离为R-r时，停止飞行。其中r为人脑水平剖面的半径，可以根据图像识别的面部轮廓大小来进行估算。

调整飞行伞平面与人脸头顶的垂直高度h为固定值H，H可以取正、负数或0；调整飞行伞平面与人脸头顶的水平距离l为固定值L，L可以取正、负数或0。需要说明的是，本实施例所述“固定值”，应包含满足控制精度的误差范围。

上述定位后，飞行伞位于头顶上方，要达到理想的遮阳效果，需要根据太阳方位调整姿态。作为本发明进一步优化的实施例，还包含以下步骤：控制所述飞行伞运动，使人头顶位置、飞行伞中心位置与太阳在一条直线上。

例如，具体方法是，飞行伞获取当前的经纬度、时间信息，计算出太阳的实时方位；保持伞平面中心和头顶的垂直高度为H，根据太阳方位，计算飞行伞的水平偏移量；或者保持伞平面中心和人头顶的水平距离L,根据太阳方位，计算飞行伞的垂直偏移量。控制飞行伞按照水平偏移量或垂直偏移量运动。

图5为飞行伞包含避障功能的控制方法实施例流程图。当飞行伞包含障碍物识别传感器，进一步优选地，所述飞行伞控制方法，还包含以下步骤：

步骤401、当所述传感器识别障碍物距离在第五预定范围内时，控制所述飞行伞移动，使所述障碍物距离在所述第五预定范围外。

例如，飞行伞随人运动时，运动方向上可能存在障碍物。飞行伞摄像头和定位标识向外处安装有传感器(如红外传感器或雷达)，分别可以探测前方和后方一定距离内的障碍物。当监测到障碍物时，要尽量避开障碍物，但同时保持对人的跟踪。

例如，控制所述飞行伞移动，进一步包含以下步骤：

在正常飞行高度，发现运动方向上监测距离内第五预定范围有障碍物时，飞行伞下降高度，但不低于人体的参考位置(如眼睛)；

传感器持续监测运动方向上障碍物；如果障碍解除，飞行伞保持高度，随人体运动；继续监测障碍物，如果监测时间内没有发现障碍物，则上升到正常飞行高度。

如果障碍未解除、且人体仍然向障碍物方向移动，飞行伞发出警报，保持原地不动。

如果人向左右和障碍物反方向运动，飞行伞随人运动。

图6为飞行伞包含防丢功能的控制方法实施例流程图。作为进一步优化的实施例，所述无线通信装置接收和发送的信号中包含身份信息；所述飞行伞控制方法还包含以下步骤：

步骤501、所述无线通信装置与终端建立无线连接，相互交换身份信息，即绑定；

步骤502、所述无线通信装置周期性发送无线通信装置信号，所述终端接收后，如果小于预定值，则发出报警；

步骤503、所述终端向所述无线通信装置发出返回命令；

步骤504、所述无线通信装置接收返回命令，控制所述飞行伞移动，使无线通信装置接收信号的RSSI在第四预定范围内。

最佳地，飞行伞周期性发送无线通信装置信号，终端接收后，如果发现其小于一定值，即距离大于一定范围，则给人发出警报，然后向飞行伞发送返回命令。最佳地，飞行伞先向最后一次运动的反方向移动，如果终端发现其信号变弱，发出命令改为反方向，否则保持运动方向。飞行伞沿上一步确定的方向持续移动，直到终端发现其信号变弱。终端发出命令，让其改变90度方向，继续移动。如果终端发现信号变弱，发出命令改为反方向，否则保持运动方向。

本实施例的有益效果在于，防止丢失、被他人冒用。飞行伞与人随身的无线终端之间建立绑定关系后，可以防止丢失和冒领，在丢失的情况下可以自己飞回主人身边。在起飞阶段，如果飞行伞被他人冒领，通过上述方法也可以找回主人。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种飞行伞控制方法，所述飞行伞包含飞控单元、伞面、旋翼、摄像头，所述飞控单元用于控制所述旋翼，所述旋翼安置于所述伞面上方，所述摄像头位于所述伞面下部，朝向伞面下方中央，其特征在于，

所述飞行伞还包含伞骨，其中一个伞骨的末端安装有摄像头；所述伞面中央的垂线在所述摄像头的俯仰面上；

所述摄像头只有一个；摄像头具备人脸识别、人体识别功能；人脸识别包含识别面部轮廓；人体识别包括识别头顶的位置和肩膀的宽度；

所述方法包括以下步骤：

飞行伞旋转运动，直到摄像头对面的伞骨上的定位标识正好位于人脸头顶上方位置；

摄像头摄取人体图像，提取肩部高度监视值；当所述高度监视值与标准高度值的差别超过第二预定范围时，所述飞控单元控制所述飞行伞在空中移动；再次摄取人体图像，提取肩部高度监视值，直至所述高度监视值与标准高度值的差别在第二预定范围内；根据摄像头获取的图像中所述定位标识和人头部的位置，计算飞行伞中心与人头顶的垂直高度和水平距离；控制所述飞行伞运动，使所述垂直高度和水平距离均保持固定值；

当人体旋转时，摄像头围绕飞行伞圆心做同步旋转，保持双肩所在的平面与摄像头正面一致。

2.如权利要求1所述飞行伞控制方法，其特征在于，还包含以下步骤：控制所述飞行伞在原地旋转运动、或控制所述飞行伞以摄像头所在垂直线为中心旋转运动，直到摄像头发现人脸。

3.如权利要求1所述飞行伞控制方法，其特征在于，还包含以下步骤：控制所述飞行伞在原地旋转运动、或控制所述飞行伞以摄像头所在垂直线为中心旋转运动，直至所述摄像头获取的定位标识的图像处于摄像头获取的图像中第三预定范围内。

4.如权利要求1所述飞行伞控制方法，其特征在于，还包含以下步骤：摄像头摄取人体图像，提取肩部宽度监视值；当所述宽度监视值与标准宽度值的差别超过第一预定范围时，所述飞控单元控制所述飞行伞在空中移动；再次摄取人体图像，提取肩部宽度监视值，直至所述宽度监视值与标准宽度值的差别在第一预定范围内。

5.如权利要求1所述飞行伞控制方法，其特征在于，还包含以下步骤：控制所述飞行伞运动，使人头顶位置、飞行伞中心位置与太阳在一条直线上。

6.如权利要求1所述飞行伞控制方法，所述飞行伞包含无线通信装置，其特征在于，还包含以下步骤：控制所述飞行伞移动，使无线通信装置接收信号的RSSI在第四预定范围内。

7.如权利要求1所述飞行伞控制方法，所述飞行伞包含障碍物识别传感器，其特征在于，还包含以下步骤：当所述传感器识别障碍物距离在第五预定范围内时，控制所述飞行伞移动，使所述障碍物距离在所述第五预定范围外。

8.如权利要求6所述飞行伞控制方法，所述无线通信装置接收和发送的信号中包含身份信息；其特征在于，还包含以下步骤：所述无线通信装置与终端建立无线连接，相互交换身份信息；所述无线通信装置周期性发送无线通信装置信号，所述终端接收后，如果小于预定值，则发出报警。

9.如权利要求8所述飞行伞控制方法，其特征在于，还包含以下步骤，所述终端向所述无线通信装置发出返回命令；所述无线通信装置接收返回命令，控制所述飞行伞移动，使无线通信装置接收信号的RSSI在第四预定范围内。

10.一种飞行伞，其特征在于，包含飞控单元、伞面、伞骨、旋翼、摄像头；所述飞控单元用于控制所述旋翼；所述旋翼安置于所述伞面上方；其中一个伞骨的末端安装有摄像头，所述摄像头位于所述伞面下部，朝向伞面下方中央；所述伞面中央的垂线在所述摄像头的俯仰面上；

所述摄像头只有一个；摄像头具备人脸识别、人体识别功能；人脸识别包含识别面部轮廓；人体识别包括识别头顶的位置和肩膀的宽度；

飞行伞旋转运动，直到摄像头对面的伞骨上的定位标识正好位于人脸头顶上方位置；

摄像头摄取人体图像，提取肩部高度监视值；当所述高度监视值与标准高度值的差别超过第二预定范围时，所述飞控单元控制所述飞行伞在空中移动；再次摄取人体图像，提取肩部高度监视值，直至所述高度监视值与标准高度值的差别在第二预定范围内；根据摄像头获取的图像中所述定位标识和人头部的位置，计算飞行伞中心与人头顶的垂直高度和水平距离；控制所述飞行伞运动，使所述垂直高度和水平距离均保持固定值；

当人体旋转时，摄像头围绕飞行伞圆心做同步旋转，保持双肩所在的平面与摄像头正面一致。

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