CN107734289A - 捕获图像的方法、相关计算机程序和捕获视频的电子系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用固定翼无人机机载的摄像机捕获视频的方法，所述摄像机包括图像传感器(28)，所述固定翼无人机(14)包括被构造成测量固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角的惯性单元(56)。所述方法包括获取与传感器中尺寸比传感器尺寸小且关联于拍摄基准的区域相对应的一个以上图像(106)，所述区域的位置根据作为固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角函数得到的拍摄基准朝向确定。

Description

捕获图像的方法、相关计算机程序和捕获视频的电子系统
技术领域
本发明涉及使用固定翼无人机机载的摄像机捕获视频的方法，所述摄像机包括图像传感器。
固定翼无人机特别是“伞翼”类型。下文中，“无人机”指飞行器上没有飞行员的飞行器。无人机是自主的，或远程驾驶，特别是使用控制杆来远程驾驶。
本发明还涉及包括软件指令的计算机程序，所述软件指令在通过计算机执行时实现该用于捕获视频的方法。
本发明还涉及用于捕获视频的电子系统，其包括固定翼无人机和固定翼无人机机载的摄像机，所述摄像机包括图像传感器。
背景技术
旋转翼无人机是已知的，例如可以按需要保持固定位置以及缓慢移动的四轴直升机类型，这使得它们更容易驾驶，即使对于没有经验的用户也是如此。
固定翼无人机，更特别是那些“帆翼”型无人机，可以高速移动，通常高达80公里/小时，但与旋转翼无人机相比，由于对从控制杆发送的驾驶指令具有非常高的反应性以及需要保持大于起飞速度的最小飞行速度，所以相当难以驾驶。
在旋转翼无人机的情况下，这些困难相当严重。的确，这些无人机没有尾翼和垂直稳定器，因此没有可动的垂直转向控制面(例如在常规飞行器的情况下，放置在垂直稳定器上的襟翼)。通过控制面的方式，为帆翼提供放置在机翼后缘上的只有两个移动的襟翼：这些襟翼在相同方向上的移动改变无人机的俯仰姿态(角度θ)，而这两个襟翼在相反方向上的移动改变无人机的滚转姿态(角度)，并且除了对发动机额定功率的控制之外，滚转姿态没有其他的空气动力学轨迹控制装置。
因此，为了使无人机移动，用户必须用其控制杆控制两个襟翼的位置来改变无人机的俯仰和滚转姿态，这种改变可能伴随着速度的增加或减少。
这样的驾驶模式绝对不容易或直观，并且由于相对于设有垂直稳定器的飞行器而言帆翼非常不稳定的性质，特别是在转弯时，难度进一步增加。
已经开发出允许用户、甚至初学的用户来优化固定翼无人机、特别是帆翼型无人机的驾驶。这样的解决方案基于用户使用简单的飞行命令(以下称为“驾驶指令”)，如“右转”或“左转”、“上升”或“下降”、“加速”或“减速”，这些指令例如使用控制杆的操纵杆产生。
也可以为这种固定翼式无人机提供用于执行特定任务的设备。特别是可以为固定翼无人机配备具有图像传感器以拍摄视频的摄像机。
图像传感器例如与鱼眼类型的半球形镜头相关联，鱼眼类型的半球形镜头即覆盖约180°或更大的广角来覆盖视场的镜头。摄像机包括图像传感器和位于图像传感器前方的镜头，使得图像传感器通过镜头检测图像。
无人机的摄像机可以用于“浸入式”驾驶，即用户就像他自己在无人机上一样以同样方式使用摄像机的图像。它也可以用于捕获无人机正朝着其移动的场景的系列图像。
对于使用摄像机获得的图像，期望是在沿着相对无人机飞行阶段的相关拍摄基准获得的，而无需改变相对于固定翼无人机保持不动的摄像机的实际朝向。
在下文中，“飞行阶段”是指无人机的特征飞行状态(即飞行情景)，包括没有飞行(即固定翼无人机在地面上)，飞行状态由一组参数识别，各组参数随着不同飞行状态而相互不同。
事实上，根据固定翼无人机的飞行阶段，即，例如固定翼无人机根据来自用户的驾驶指令正在转弯、直线飞行、上升、下降、起飞、着陆的飞行阶段期间，使拍摄基准，即施加摄像机的指示方向，保持不变是不相关的。
发明内容
于是，本发明的目的之一是提出一种使用固定翼式无人机机载的摄像机拍摄视频的方法，该摄像机包括图像传感器，允许用户获取适应飞行阶段的拍摄以使视频更加合意，特别是当用户佩戴有第一人称观察(FPV)系统时。
为此，本发明涉及一种使用固定翼无人机机载的摄像机捕获视频的方法，所述摄像机包括图像传感器，所述固定翼无人机包括被构造成测量固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角的惯性单元，所述方法包括获取一个以上图像，所述一个以上图像对应于传感器中尺寸比传感器尺寸小且关联于拍摄基准的区域，所述区域的位置根据作为固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角函数得到的拍摄基准的朝向确定。
根据本发明的视频捕获方法，可以使用固定翼无人机机载的摄像机与飞行阶段(即状态)无关地朝向优化方向获取视频，无人机姿态由欧拉角(Euler angles)，即俯仰角、滚转角和偏航角，中的至少一个表征
换句话说，根据本发明的方法可以基于目前的飞行阶段来调整固定翼无人机机载摄像机所指向的方向。
因此，无论固定翼无人机的飞行阶段如何，都能优化拍摄。于是，改善了针对用户的视频重放。在驾驶过程中，也可以获得更好的用户辅助，特别是当用户将其驾驶基本上基于由摄像机拍成的图像的实时重放时。
根据本发明的其它有利方面，所述视频捕获方法包括以下特征中的一个以上，这些特征可以单独地考虑，或者根据所有技术上可能的组合方式进行考虑：
-当无人机在地面上时，拍摄基准的朝向等于无人机的朝向，
-在无人机的起飞阶段期间和/或在无人机的着陆阶段期间，拍摄基准的朝向等于经低通滤波器滤波的无人机的姿态，
-当无人机沿着直线路径以恒定海拔飞行时，拍摄基准的滚转角为零，俯仰角为零，偏航角被构造成使拍摄朝向与无人机执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向。
-当无人机转弯时，拍摄基准的滚转角对应于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角为零，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机偏航角，
-当无人机沿着直线路径上升或者下降时，拍摄基准的滚转角为零，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角被确定为使拍摄朝向与无人机执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向，
-当无人机在转弯的同时上升或者下降时，拍摄基准的滚转角对应于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机的偏航角，
-当无人机沿着直线路径以恒定海拔飞行并开始转弯时，拍摄基准的滚转角等于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角为零，偏航角被确定为使拍摄朝向与无人机执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向，
-当无人机沿着直线路径上升或者下降并开始转弯时，拍摄基准的滚转角等于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角被确定为使拍摄朝向与无人机执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向，
-当无人机相对于目标路径有偏差地沿着直线路径以恒定海拔飞行时，拍摄基准的滚转角为零，俯仰角为零，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机的偏航角，
-当无人机在相对于目标路径有偏差地沿着直线路径飞行的同时上升或者下降时，拍摄基准的滚转角为零，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机的偏航角，
-在分别与至少两个飞行阶段关联的至少两个拍摄基准朝向之间的过渡时段期间，在所述过渡时段期间拍摄基准的朝向通过施用对于至少一个权重系数包括至少一个权重的球面线性插值得到，权重的值在过渡时段的过程中逐渐演变。
本发明还涉及包括软件设定值的计算机程序，该计算机程序在由计算机执行时实现上述方法。
本发明还涉及用于捕获视频的电子系统，所述电子系统包括固定翼无人机和无人机机载的摄像机，所述摄像机包括图像传感器，所述固定翼无人机包括被构造成测量固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角的惯性单元，所述电子视频捕获系统还包括获取模块，所述获取模块被构造成获取至少一个图像，所述至少一个图像对应于传感器中尺寸比传感器的尺寸小且关联于拍摄基准的区域，所述获取模块被构造成根据作为固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角函数得到的拍摄基准的朝向确定所述区域的位置。
附图说明
通过阅读以下仅作为非限制性示例提供的描述以及参照附图的无人机，本发明的上述特征和优点将更清楚地显现，其中：
图1是根据本发明的电子视频捕获系统的透视图，该电子视频捕获系统包括帆翼型的固定翼无人机，其在遥控设备的控制下在空中移动；
图2是组成根据本发明的用于捕获视频的电子系统模块的局部示意图；
图3是集成到固定翼无人机中的自动驾驶仪的框图；
图4是根据本发明的用于捕获视频的方法的流程图；
图5是在至少两个单独的飞行阶段之间的过渡期间确定拍摄基准朝向的示意图；
图6是分别对应于图像传感器上得到的摄像机全部视场、由关联于图像传感器的镜头得到的图像投影以及要根据本发明确定其位置的区域的图像示意图。
具体实施方式
在图1和2中，电子视频捕获系统1允许用户12对使用无人机14机载摄像机获取图像进行优化，这种无人机14特别是一种固定翼无人机，尤其是“帆翼”型固定翼无人机。
固定翼无人机14包括无人机主体(机身)26，在无人机主体26的后部设有螺旋桨24，在侧面上设有两个机翼22，机翼以所示“帆翼”型结构无人机主体26从延伸。在后缘一侧，机翼22设有控制面18，控制面18能够使用伺服机构定向以控制无人机的路径。
在飞行时，无人机10通过如下方式移动：
a)围绕俯仰轴线42旋转，以改变海拔；
b)围绕滚转轴线44旋转，以向右或向左转弯；以及
c)通过改变踏板状态，改变速度。
无人机14还设有图像传感器28和传输模块(未示出)。图像传感器28被构造成摄取场景的至少一个图像，传输模块被构造成将图像传感器28摄取的图像发送到一个电子设备(优选是以无线方式)，诸如电子观察系统10中的接收模块(未示出)、控制杆16中的接收模块(未示出)，或者安装在控制杆16上的多媒体触摸屏数字化板70中的接收模块(未示出)。
图像传感器28例如关联于鱼眼类型的半球形镜头，即覆盖大约180°以上的广角视野。关联于图像传感器28的鱼眼镜头所获图像的投影300在图6中示出。摄像机包括图像传感器28和设置在图像传感器28前方的镜头，使得图像传感器检测通过镜头的图像。
在图2的例子中，固定翼无人机14还包括信息处理单元50，例如由存储器52和与存储器52相关联的处理器54形成。
固定翼无人机14还包括惯性单元100，该惯性单元100被构造为测量固定翼无人机14的滚转角俯仰角θ和/或偏航角ψ。
在图2的示例中，惯性单元100还包括陀螺仪132、加速度计134和姿态估计电路146，如另外在图3中所示，其示出了集成到固定翼无人机中的自动驾驶仪的框图。
固定翼无人机14还包括获取模块62，所述获取模块62被构造成获取与传感器的区域Zc相对应的至少一个图像，该区域Zc的尺寸小于传感器的尺寸，并与拍摄基准相关联，所述获取模块62被构造成根据作为固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角函数得到的拍摄基准的方位，确定区域Zc的位置Pzc。
图像传感器28是摄像机的感光构件。它是例如CMOS传感器。区域Zc是图像传感器28的一部分。
与镜头相关联的图像传感器28能够提供与摄像机的整个视场200相对应的整体图像，如图6所示。图像传感器28的区域Zc对应于整个视场中尺寸小于整个视场的一个窗口。所得到的与区域Zc相对应的图像是将由该区域Zc而不使用图像传感器其余部分得到的图像。
从图像传感器中的小尺寸区域Zc获取图像，可以通过虚拟方式使摄像机的观察轴线朝向摄像机整个视场中与小尺寸区域Zc对应的窗口的方向，而不改变相对于固定翼无人机14保持不动的摄像机的实际朝向。
根据第一替代例，获取模块62包括：用于获取图像数据dI的模块(未示出)，其被构造成从图像传感器的整个表面区域取得图像数据；用于图像数据的数字处理模块(未示出)，其被构造成输送仅对应于区域Zc的视频图像，区域Zc的位置根据作为固定翼无人机14的滚转角、俯仰角和/或偏航角函数获得的拍摄基准的朝向确定。
根据第二替代例，获取模块62仅仅包括用于获取图像数据的模块(未示出)，该模块被构造成在生成视频期间仅仅获取区域Zc的图像数据，区域Zc的位置根据作为固定翼无人机14的滚转角、俯仰角和/或偏航角函数获得的拍摄基准的朝向确定。
在图2的例子中，被构造为测量固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角的惯性单元100以及被构造为获得至少一个图像的获取模块62，每个都被制为包括可由处理器执行的软件54。由此，信息处理单元50的存储器52能够存储：测量软件，其被配置成测量由滚转角、俯仰角和/或偏航角度限定的固定翼无人机14的瞬时姿态；获得软件，其被配置为获得与尺寸小于图像传感器28尺寸的区域Zc相对应的至少一个图像，区域Zc的位置根据作为固定翼无人机14的滚转角、俯仰角和/或偏航角函数获得的拍摄基准确定，并且/或者根据飞行阶段，根据滚转设定值和/或俯仰设定值来确定。
然后，信息处理单元50的处理器54能够使用计算机程序来执行测量软件和获取软件。
电子观察系统10允许用户12观看图像，特别是从固定翼无人机14接收到的视频图像。
电子观察系统10包括：设有显示屏的电子装置，例如智能电话；头戴装置20，其包括用于电子装置的接收支撑、靠在用户12面部、跨越用户眼睛的支承面；以及设置在接收支撑和支承面之间的两个光学装置。
头戴装置20另外包括保持索带32，使得可以将头戴装置20保持在用户12的头部上。
电子装置能够从头戴装置20移除，或者集成到头戴装置20中。
电子观察系统10例如经由数据链路(未示出)连接到控制杆16，所述数据链路是无线链路或者有线链路。
在图1的示例中，电子观察系统10还包括未示出的接收模块，该接收模块被构造成接收来自固定翼无人机14的至少一个图像，图像传输优选以无线方式完成。
在一个未示出的替代例中，控制杆16被构造成接收来自固定翼无人机14的至少一个图像，并将其再次传输到电子观察系统10。
观察系统10例如是虚拟现实观察系统，即允许用户12以具有较大值的视场(或者观察场，FOV)角度来观察其视场中的图像的系统，目的是为用户12获得沉浸式视场(也称为“FPV”，第一人称视场)，所述较大值通常大于90°，优选的是大于或等于100°。
控制杆16本身是已知的，例如使得可以驾驶固定翼无人机14。控制杆16包括：两个抓握手柄36，各抓握手柄36用以由用户12的相应手抓持；多个控制构件，这里包括两个操纵杆38，各操纵杆38位于相应抓握手柄附近，用以由用户12、优选的是由相应的拇指致动。
控制杆16另外包括无线电天线34和无线收发器(未示出)，用于通过无线电波与固定翼无人机14交换数据(上行链路和下行链路)。
作为补充或作为替代，根据该观察系统10，数字多媒体触摸屏板70安装在控制杆16上，在驾驶固定翼无人机14期间辅助用户12。
控制杆16被构造成将来自用户的驾驶指令发送到集成在固定翼无人机中的自动驾驶仪，其示意性示例在图3中以框图形式示出。
驾驶固定翼无人机14，特别是“帆翼”型固定翼无人机，是相当困难的，因为其对于从控制杆16发送的驾驶指令有非常高的反应性，并且需要保持比起飞速度大的最小飞行速度。
自动驾驶仪的示意性示例在图3中以框图形式示出，自动驾驶仪允许用户使用简单的飞行命令(下文中称为“驾驶指令”)，诸如“右转”或“左转”、“上升”或“下降”、“加速”或“减速”，这些指令例如用控制杆16的操纵杆产生。在例如图3图示的自动驾驶仪中，解码模块(未示出)被构造成接收驾驶指令130。
解码器的输出连接到角度设定值计算模块136的输入、速度设定值计算模块138的输入、姿态设定值计算模块140的输入，这些模块形成自动驾驶仪，分别被构造成基于飞行时无人机的(预先确定且存储在存储器中的)空气动力学行为模型，将来自用户的驾驶指令130转换成为无人机的姿态设定值，即转换成为滚转角设定值、俯仰角设定值、速度设定值和海拔设定值。
这些模块136、138、140被构造成提供设定值，这些设定值用以在适当的调节环路中与无人机传感器产生的数据(根据通过皮托管160、气压表144等等输送的数据，由惯性单元100、地理位置模块162、速度估计器154产生的数据，一直在评估无人机的实际瞬时姿态、其海拔和其空中速度和/或地面速度)进行比较。
调节环路特别是包括姿态修正模块148、速度修正模块150。
姿态修正模块148被构造成作为海拔修正模块142提供的数据的函数，提供用以由控制面152的控制模块使用的修正数据。
控制面152的控制模块被构造成为伺服机构提供适当的指令，确定控制面160的朝向，控制无人机的姿态。
速度修正模块150被构造成作为海拔修正模块142提供的数据的函数，提供用以由推进控制模块156使用的修正数据。
推进控制模块156被构造成为推进面158提供适当的指令，控制无人机的速度。
现在将使用图4描述根据本发明的用于捕获视频1的电子系统的操作，图4示出了由计算机实现的用于捕获视频的方法的流程图。
根据本发明的用于捕获视频的方法允许确定摄像机的观察轴线的朝向，并因此确定无人机的拍摄方向，而与固定翼无人机14的飞行阶段(即，飞行场景)无关。当图像传感器28与鱼眼镜头相关联时，可以以足够的角行程确定摄像机的观察轴线的朝向，特别是考虑到表示当前飞行情景的无人机姿态(由俯仰角、滚转角和偏航角三者限定)。
特别是，根据本发明的用于捕获视频的方法，可以通过选择与图像传感器28的实际尺寸相比而言的小尺寸区域Zc，来定义虚拟图像传感器。
在图6中，分别示出了在图像传感器28上获得的对应于摄像机整体视场200的图像、通过关联于图像传感器的镜头获得的图像的投影300以及根据本发明确定其位置的区域Zc。
在步骤106中，获得固定翼无人机14在飞行时拍摄的图像。
更具体地说，图像获取步骤106包括步骤108，用于从作为固定翼无人机14的滚转角俯仰角θ和/或偏航角ψ函数获得的拍摄基准110的朝向，确定相对于图像传感器28的实际尺寸而言的小尺寸区域Zc的位置Pzc。
换句话说，对应于区域Zc的窗口是动态的，并且在图像传感器28产生的摄像机视场中移动。
更具体地说，根据本发明的捕获视频的方法，可以通过选择对应于区域Zc的窗口，抵消无人机相对于不同飞行阶段的姿态变化，所述区域Zc是在拍摄基准中的投影，该拍摄基准相对于固定陆地基准的瞬时朝向是基于限定固定翼无人机14姿态的滚转角俯仰角θ和/或偏航角ψ计算出来的。
下面描述图5所示的不同飞行阶段以及根据本发明的相关拍摄基准的多个朝向，这些飞行阶段和朝向可以根据来自用户12的驾驶指令130单独地或者以技术上所有可能的组合方式实现。
例如，当无人机在地面上时，对应于图5的飞行阶段Pv10，这时，拍摄基准的朝向等于无人机的朝向。换言之，观察轴线对应于摄像机的轴线，即固定翼无人机14的纵向轴线44。
在固定翼无人机14的起飞阶段和/或着陆阶段Pv9期间，拍摄基准的朝向等于无人机的俯仰姿态、偏航姿态和滚转姿态经低通滤波器滤波后的朝向。
与固定翼无人机1414的起飞阶段和/或着陆阶段Pv9相关联的、滤波器的截止频率，例如为大约0.3Hz，以为了减少为用户12进行视频重放时引起振荡的高频。
当在飞行阶段Pv3期间无人机沿着直线路径以恒定海拔飞行时，拍摄基准的滚转角为零，俯仰角为零，偏航角被构造成使拍摄朝向与固定翼无人机14执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向。
当在飞行阶段Pv6期间无人机转弯时，拍摄基准的滚转角对应于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角为零，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机偏航角。
与转弯飞行阶段Pv6相关联的拍摄基准的滚转角特别是在-45°和+45°之间。
当在飞行阶段Pv1期间无人机沿着直线路径上升或者下降时，拍摄基准的滚转角为零，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角被确定为使拍摄朝向与固定翼无人机14执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向。
与沿着直线轨迹爬升或者下降飞行阶段Pv1相关联的拍摄基准的俯仰角特别是在-30°和+30°之间。
当在与两个先前飞行阶段Pv6和Pv1的组合相对应的飞行阶段Pv8期间，无人机在转弯的同时上升或者下降时，拍摄基准的滚转角对应于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机偏航角。
与转弯的同时进行爬升或者下降的飞行阶段Pv8相关联的拍摄基准的滚转角特别是在-45°和+45°之间，相应的俯仰角特别是在-30°和+30°之间。
当在飞行阶段Pv4期间，无人机沿着直线路径以恒定海拔飞行并且开始转弯时，拍摄基准的滚转角等于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角为零，偏航角被确定为使拍摄朝向与固定翼无人机14执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向。
与沿着直线轨迹以恒定开始转弯的飞行阶段Pv4相联接的拍摄基准，其滚转角特别是在-45°和+45°之间。
当在飞行阶段Pv2期间，无人机沿着直线路径上升或者下降并且开始转弯时，拍摄基准的滚转角等于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角被确定成使拍摄朝向与固定翼无人机14执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向。
与沿着直线性轨迹开始转弯的下降飞行阶段Pv2相关联的拍摄基准，其滚转角特别是包括在-45°和+45°之间，相应的俯仰角特别是在-30°和+30°之间。
在上述两个飞行“场景”Pv4和Pv2的情况下，根据本发明确定的拍摄基准的朝向，可以避免在转弯开始时图像振荡。
当在飞行阶段Pv5期间，无人机相对于目标路径有偏差地沿着直线路径以恒定海拔飞行时，拍摄基准的滚转角为零，俯仰角为零，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机偏航角。
当在飞行阶段Pv7期间，无人机在相对于目标路径有偏差地沿直线路径飞行的同时上升或者下降时，拍摄基准的滚转角为零，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机偏航角。
在上述两个飞行“场景”Pv5和Pv7的情况下，根据本发明确定的拍摄基准的朝向，可以在无人机偏航角相对于与目标轨迹关联的偏航角差异过大时，通过防止观察轴线跟随无人机的移动方向，管理图像的稳定限值。
图5中所示的修正步骤90也可以相对于无人机的偏航角来修正拍摄基准的偏航角，使得这两个角度之间的差异保持小于例如35°。
关联于以下类型的飞行阶段：
-转弯飞行阶段Pv6，
-在转弯的同时爬升或者下降的飞行阶段Pv8，
-有偏差地以恒定海拔沿着直线轨迹的飞行阶段Pv5，
-有偏差地沿着直线轨迹爬升或者下降的飞行阶段Pv7，
低通滤波器截止频率是例如大约0.5Hz，以为了使得移动平滑并减少为用户12进行视频重放时导致振荡的高频。
根据一个替代例，在以下类型的飞行阶段期间：
-沿着直线轨迹以恒定海拔飞行的阶段Pv3，沿着直线轨迹以恒定海拔飞行开始转弯的阶段Pv4，或者有偏差地沿着直线轨迹以恒定海拔飞行的阶段Pv5，
-转弯飞行的阶段Pv6，
-沿着直线轨迹爬升或者下降飞行的阶段Pv1，沿着直线轨迹爬升或者下降飞行开始转弯的阶段Pv2，或者有偏差地沿着直线轨迹爬升或者下降飞行的阶段Pv7，或者
-在转弯的同时爬升或者下降飞行的阶段Pv8，
如果可行的话，则也要考虑用户输入的俯仰角，以修改拍摄基准的朝向。
在分别与至少两个前述飞行阶段关联的至少两个拍摄基准朝向之间的过渡时段期间，该过渡时段期间的拍摄基准的朝向通过施加对于至少一个权重系数施加至少一个权重的球面线性插值(SLERP)80来获得，权重系数的值在过渡时段期间中逐渐演变。
图5示出了经过优化的取得两个不同飞行阶段之间拍摄基准暂时朝向80的一个示例，该示例可得到过渡时段过程中无跳跃的平滑和视频稳定性。
在图5的图示中，圆圈显示球面线性插值操作以及与这些操作中的各操作相关联的权重系数。实线箭头和虚线箭头分别显示一旦过渡时段结束时权重系数值的进展(即，线性增加或减小)完成，作为线性插值操作输入的、与各飞行阶段相关联的权重。
由图5中的圆圈体现的球面线性插值操作被同时或者连续地执行，以获取拍摄基准80的临时朝向，其中一些提供中间飞行状态Ei。
下面描述图5所示的不同的权重系数，这些权重系数被单独地实现或者根据所有技术上可能的组合方式实现。
权重系数C1，例如称为“滚转稳定系数”，特别用于下项之间的过渡：
-沿着直线轨迹爬升或者下降阶段Pv1和沿着直线轨迹爬升或者下降开始转弯阶段Pv2之间的过渡，导致中间飞行状态EiA，
-沿着直线轨迹以恒定海拔飞行阶段Pv3和沿着直线轨迹以恒定海拔飞行开始转弯阶段Pv4之间的过渡，导致中间飞行状态EiB，或者
-有偏差地沿着直线轨迹以恒定海拔飞行阶段Pv5和在飞行时转弯阶段Pv6之间的过渡，导致中间飞行状态EiC。
-有偏差地沿着直线轨迹爬升或者下降飞行阶段Pv7和在转弯时爬升或者下降阶段Pv8之间的过渡，导致中间飞行状态EiD。
当不存在用户12对无人机14进行滚转移动的请求(即，转弯命令)时，该权重系数C1的值等于1，否则为零。权重系数C1的值的上升时间例如为约1.1秒。
权重系数C2，例如称为“俯仰稳定系数”，特别用于以下之间的过渡：
-前述的中间飞行状态EiA和中间飞行状态EiB之间的过渡，导致中间飞行状态EiE，
-前述的中间飞行状态EiC和中间飞行状态EiD之间的过渡，导致中间飞行状态EiF，或者
-转弯飞行阶段Pv6和转弯时爬升或者下降阶段Pv8之间的过渡，导致中间飞行状态EiG。
当不存在用户12对无人机14进行俯仰移动的请求(即，无人机的爬升或者下降命令)时，该权重系数C2的值等于1，否则为零。权重系数C2的值的上升时间例如为约1.1秒。在用户12请求无人机14进行俯仰移动的情况下，权重系数C2的值开始减小，直到其变为零，并且一旦进行了俯仰移动请求，就增加。
权重系数C3，例如称为“对准系数”，特别用于前述的中间飞行状态EiE和中间飞行状态EiF之间的过渡，导致中间飞行状态EiH。
当无人机偏航角值与关联于无人机行进的偏航角值偏离太远时，或在转弯期间，该权重系数C3的值为零。在无人机的行进方向与无人机的姿态之间对准或准对准的情况下，该权重系数C3的值等于1。
当转弯之后，无人机的行进方向和其姿态之间的偏航角的值在预定锁定时段上低于锁定值，例如大约25°时，该权重系数C3的值开始增加。
当稍后讨论的转弯稳定性系数C4的值减小，或者当无人机的行进方向和其海拔之间形成的偏航角的值高于与解锁相对应的例如大约35°的值时，该权重系数C3的值减小，直至变成零。
锁定时段在第一次转弯后设置为零，并且每次解锁时增加1.5秒。
权重系数C4，例如称作“转弯稳定性系数”，特别是用于下项之间的过渡：
-前述中间飞行状态EiH和中间飞行状态EiF之间的过渡，导致中间飞行状态EiI，或者
-前述中间飞行状态EiI和中间飞行状态EiG之间的过渡，导致中间飞行状态EiJ。
权重系数C5，例如称为“稳定性系数”，特别是用于固定翼无人机14的起飞和/或着陆阶段Pv9与先前描述的稳定飞行中间飞行状态EiJ之间的过渡。
当没有稳定时，该权重系数C5的值为零，而例如在存在稳定的情况下等于1。重量系数C5的值的上升时间例如为约1.1秒。当起飞阶段完成时，重量系数C5的值开始增加，当无人机开始着陆阶段时，该值减小，直到它变为零。
重量系数C6，例如称为“飞行系数”，特别用于固定翼无人机14在地面上的阶段Pv10与固定翼无人机14的起飞/着陆阶段Pv9之间的过渡。当固定翼无人机14在地面上时，权重系数C6的值为零，而在起飞和/或着陆飞行阶段Pv9中，例如等于1。
权重系数C6的值的上升时间例如约为2秒。当在起飞阶段无人机超过地面速度阈值(例如6m.s-1)时，重量系数C6的值开始增加，并且一旦着陆完成，权重系数C6的值就减小。
当飞行系数C6的值为零时，换句话说，当固定翼无人机14在地面上时，该权重系数C6的值也为零。
一旦完成了球面线性内插值操作，则通过平滑操作(未示出)来处理在过渡时段开始和结束时的加速。
根据图4所示的一个特定实施例，图像获取步骤108包括从所有图像传感器获取图像数据114，随后，对输送仅对应于区域Zc的视频图像的图像数据进行数字处理116。
换一种说法，根据本实施例，在捕获图像数据之后进行数字处理。这样的数字处理，可以使得对要回放给用户的修正图像的获取在时间上偏移。
根据另一具体实施例，图像获取步骤108包括在视频生成期间仅在区域Zc中获取图像数据118，区域Zc的位置PZc在生成视频期间确定。
换言之，根据该另一实施例，区域Zc的选择被实时地实现，并且实时地经历被限定作为固定翼无人机14至少一个姿态角函数的拍摄基准朝向。
因此，根据本发明的用于捕获视频的方法，通过使区域Zc的位置经历被限定作为固定翼无人机14至少一个姿态角函数的拍摄基准朝向，可以优化对无人机的驾驶，从而实时地传送无人机拍摄的、用户12据以进行驾驶的图像。
使用固定翼无人机14机载摄像机获得的图像以稳定形式返回，特别是利用虚拟现实观察系统10。
因此，根据本发明的用于捕获视频的方法可以改善第一人称视野(FPV)的人体工程学。
第一人称驾驶配置中的“用户体验”因此允许用户12优化其驾驶，因为不管无人机的飞行阶段如何，拍摄都是优化的。

Claims (14)

1.一种使用固定翼无人机机载的摄像机捕获视频的方法，所述摄像机包括图像传感器(28)，所述固定翼无人机(14)包括被构造成测量所述固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角的惯性单元(56)，
所述方法包括：获取与所述传感器中尺寸比所述传感器的尺寸小且关联于拍摄基准的区域相对应的一个以上图像，所述区域的位置根据作为所述固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角函数得到的所述拍摄基准的朝向确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当无人机(14)在地面(Pv10)上时，所述拍摄基准的朝向等于所述无人机的朝向。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在无人机(14)的起飞阶段(Pv9)期间和/或在无人机(14)的着陆阶段(Pv9)期间，所述拍摄基准的朝向等于经低通滤波器滤波的无人机(14)的姿态。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当无人机(14)沿着直线路径以恒定海拔(Pv3)飞行时，所述拍摄基准的滚转角为零，俯仰角为零，偏航角被构造成使拍摄朝向与无人机(14)执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当无人机(14)转弯(Pv6)时，所述拍摄基准的滚转角对应于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角为零，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机(14)的偏航角。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当无人机沿着直线路径上升或者下降(Pv1)时，所述拍摄基准的滚转角为零，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角被确定为使拍摄朝向与无人机(14)执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当无人机(14)在转弯的同时上升或者下降(Pv8)时，所述拍摄基准的滚转角对应于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角等于无人机遵循的俯仰设定值，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机(14)的偏航角。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当无人机沿着直线路径以恒定海拔飞行并且开始转弯(Pv4)时，所述拍摄基准的滚转角对应于无人机遵循的滚转设定值，俯仰角为零，偏航角被确定为使拍摄朝向与无人机(14)执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当无人机沿着直线路径(Pv1)上升或者下降并且开始转弯(Pv2)时，所述拍摄基准的滚转角等于无人机(14)遵循的滚转设定值，俯仰角等于无人机(14)遵循的俯仰设定值，偏航角被确定为使拍摄朝向与无人机(14)执行最后一次转弯结束时的无人机行进方向相对应的固定方向。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当无人机相对于目标路径有偏差地沿着直线路径以恒定海拔飞行(Pv5)时，所述拍摄基准的滚转角为零，俯仰角为零，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机(14)的偏航角。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，当无人机相对于目标路径有偏差地沿着直线路径上升或者下降(Pv7)时，所述拍摄基准的滚转角为零，俯仰角等于无人机(14)遵循的俯仰设定值，偏航角为经低通滤波器滤波的无人机(14)的偏航角。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在分别与至少两个飞行阶段关联的至少两个拍摄基准朝向之间的过渡时段期间，所述过渡时段期间的拍摄基准的朝向通过对于至少一个权重系数施加包括至少一个权重的球面线性插值得到，所述权重系数的值在所述过渡时段的过程中逐渐演变。
13.一种计算机程序产品，包括用于实现根据前述权利要求中任一项所述的方法的软件指令。
14.一种用于捕获视频(1)的电子系统，包括固定翼无人机和无人机机载的摄像机，所述摄像机包括图像传感器，所述固定翼无人机包括被构造成测量所述固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角的惯性单元，
其特征在于，所述电子视频捕获系统还包括获取模块(62)，所述获取模块(62)被构造成获取对应于所述传感器中尺寸比所述传感器的尺寸小且关联于拍摄基准的区域(Zc)的至少一个图像，并且所述获取模块(62)被构造成根据作为所述固定翼无人机的滚转角、俯仰角和/或偏航角函数得到的拍摄基准的朝向确定所述区域的位置(PZc)。
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