CN107831791A - 一种无人机的操控方法、装置、操控设备及存储介质 - Google Patents

一种无人机的操控方法、装置、操控设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种无人机的操控方法、装置、操控设备及存储介质，其中，所述方法包括：通过设置于无人机上的摄像组件的获取人体的第一手势；若第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将第一手势转换成第一控制指令，并控制无人机执行与第一控制指令对应的操作；若第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，通过设置于操作者上的姿态传感器获取人体的第二手势；若第二手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将第二手势转换成第二控制指令，并控制无人机执行与第二控制指令对应的操作，可以极大地提升无人机的易操控性以及便携性，加强人机交互性，并降低无人机的硬件成本。

Description

一种无人机的操控方法、装置、操控设备及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及无人机操作领域，尤其涉及一种无人机的操控方法、装置、操控设备及存储介质。
背景技术
近年来，随着无人机技术的不断发展，无人机的智能化特性越来越突出，同时对消费级无人机也提出了越来越高的要求。目前无人机的主流操控办法都是有手持多通道双杆遥控器控制，遥控器的双杆分别对应控制无人机的上升下降、前进后退、左右旋转和左右偏航4个通道，推动遥控器双杆的大小可以映射到无人机相应动作的大小。
但是上述操控方法都有以下主要缺点：遥控器的使用很不便，可操作性较弱，需要操控者经过一段时间的练习熟悉各控制杆位的意义，再加以多次实践才可以逐渐掌握其操控规律，进而增加了操控者的学习成本，而且在使用过程中会不可避免地因遥控器操作失误导致被控无人机出现损坏的情况。另外，遥控器的使用还同时增加了无人机携带的重量，也会增加无人机的硬件成本，从而导致可携带性较差、硬件成本较高的问题。
发明内容
本发明提供一种无人机的操控方法、装置、操控设备及存储介质，以实现极大地提升无人机的易操控性以及便携性，加强人机交互性，并降低无人机的硬件成本。
第一方面，本发明实施例提供了一种无人机的操控方法，包括：
通过设置于无人机上的摄像组件的获取人体的第一手势；
若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第一手势转换成第一控制指令；
根据所述第一控制指令控制所述无人机执行与所述第一控制指令对应的操作；
若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，通过设置于所述人体上的姿态传感器获取所述人体的第二手势；
若所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第二手势转换成第二控制指令；
根据所述第二控制指令控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作。
第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机的操控装置，包括：
第一手势获取模块，用于通过设置于无人机上的摄像组件的获取人体的第一手势；
第一指令转换模块，用于若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第一手势转换成第一控制指令；
第一指令执行模块，用于根据所述第一控制指令控制所述无人机执行与所述第一控制指令对应的操作；
第二手势获取模块，用于若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，通过设置于所述人体上的姿态传感器获取所述人体的第二手势；
第二指令转换模块，用于若所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第二手势转换成第二控制指令；
第二指令执行模块，用于根据所述第二控制指令控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作。
第三方面，本发明实施例还提供了一种操控设备，所述操控设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述所涉及的任一所述的无人机的操控方法；
所述操控设备还包括：
摄像组件，用于获取人体的第一手势；
姿态传感器，用于获取人体的第二手势；
地面无线数传装置，用于和所述姿态传感器以及无人机进行通信。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所涉及的任一所述的无人机的操控方法。
本发明实施例通过设置于无人机上的摄像组件和设置于操作者上的姿态传感器分别获取人体的第一手势和第二手势；若第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将第一手势转换成第一控制指令并控制无人机执行对应的操作；否则，将第二手势与控制无人机的预设手势进行匹配，匹配成功后将第二手势转换成第二控制指令并控制无人机执行对应的操作。通过设置于无人机上的摄像组件和设置于操作者上的姿态传感器分别获取人体的第一手势和第二手势，并生成相应的控制命令来控制无人机执行对应的操作能够解决现有无人机的操控方法中操控性和便携性较低、硬件成本较高的问题，可以极大地提升无人机的易操控性以及便携性，加强人机交互性，并降低无人机的硬件成本。
附图说明
图1a是本发明实施例一提供的一种无人机的操控方法的流程图；
图1b是本发明实施例一提供的一种无人机的操控方法的示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种无人机的操控方法的流程图；
图3是本发明实施例三提供的一种无人机的操控装置的示意图；
图4为本发明实施例四提供的一种操控设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
实施例一
图1a是本发明实施例一提供的一种无人机的操控方法的流程图，本实施例可适用于通过手势指令操控无人机的情况，该方法可以由无人机的操控装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式来实现，并一般可集成在操控设备中，如图1a所示，该方法包括如下操作：
S110、通过设置于无人机上的摄像组件的获取人体的第一手势。
其中，摄像组件安装于无人机的云台上，通过无人机上的云台可以稳定摄像组件，从而获取稳定的画面，在云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后锁定调整机构即可。摄像组件包括可见光学摄像组件和热成像摄像组件，可见光学摄像组件的应用较多，主要应用于能够清晰识别人体手势的环境中，当可见光学摄像组件不能识别人体手势时，如在夜晚操控无人机飞行时，可采用热成像摄像组件来识别并获取人体的手势。手势信息可以是人体手部的运动轨迹，如左右上下移动以及挥动手臂等，还可以是手指的相关动作等，如剪刀手、握拳等动作。
由于可见光学摄像组件和热成像摄像组件的成像原理不同，获取的图像也有很大区别。所以针对这两种摄像组件，操控设备首先根据环境光线强弱自主选择画面源，并根据画面源选择不同的视觉识别算法。例如，可见光学摄像组件的画面源可以采用基于opencv的SIFT(Scale-invariant feature transform，尺度不变特征转换)算法或Haar-like特征算法，热成像摄像组件的画面源可以采用边缘检测和模板匹配算法对红外热图像进行处理。具体的，先从可见光学摄像组件和热成像摄像组件各读取30帧数据，根据30帧数据计算画面直方图，选定摄像组件后再切换不同的视觉算法。需要说明的是，摄像组件在获取第一手势之前首先需要采集人体信息，人体信息采集成功后，以人体为框架来寻找人体两侧的运动部分从而获取第一手势数据。
示例性的，在本发明实施例中，操控设备可以包括计算装置和飞行控制器，其中，计算装置和飞行控制器可以集成在一个处理器中，也可以分别集成在两个不同的处理器中。具体的，计算装置包括第一指令转换模块和第二指令转换模块，用于对获取的手势信息进行匹配并生成相应的控制命令，飞行控制器包括第一指令执行模块和第二指令执行模块，用于根据计算装置生成的控制命令来控制无人机的飞行。相应的，操控设备中的计算装置可以根据环境光线强弱自主选择画面源，并根据画面源选择不同的视觉识别算法。
S120、若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第一手势转换成第一控制指令。
其中，与第一手势对应的控制无人机的预设手势是预存在操控设备的手势模板，该手势模板预先储存了人体手势模板，是针对不同光线条件下人体不同手势进行预先训练时获取的样本，该样本数量优选为500个，本发明实施例对此并不进行限制，相应的，手势模板可以存储在操控设备中的计算装置中。
S130、根据所述第一控制指令控制所述无人机执行与所述第一控制指令对应的操作。
第一控制指令是对应第一手势的用来控制无人机飞行的指令，由操作设备根据第一手势生成，并控制无人机的飞行。
具体的，操作设备中的计算装置首先动态检测摄像组件画面中的操作者的手部运动情况以获取第一手势，在计算装置中预存的手势模板对第一手势进行搜索匹配，当成功匹配到第一手势时，则生成相应的摄像组件第一控制指令发送给飞行控制器，由飞行控制器根据第一控制指令控制无人机的飞行。其中，摄像组件与计算装置使用USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)接口连接，计算装置与飞行控制器通过有线串口连接。
在本发明实施例中，无人机的操作主要包括：上升，下降，偏航(水平方向转动)，滚转(左右方向平移)。而其他的辅助操作包括模式切换(如返航)、拍照/录像、收放起落架等。举例而言，当通过摄像组件获取第一手势，并由第一手势对应生成的第一控制指令控制无人机飞行时，其对应关系可以为：当摄像组件采集到操作者手往身体左、右方移动时，无人机往左、右滚转或者做偏航运动；当摄像组件采集到操作者手往身体上、下方移动时，无人机上升、下降运动；当摄像组件采集到操作者手做剪刀手势时，无人机启动拍照；当摄像组件采集到操作者手做握拳手势时，无人机放下/收起起落架；当摄像组件采集到操作者手挥动手臂时，无人机开始返航降落。
S140、若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，通过设置于所述人体上的姿态传感器获取所述人体的第二手势。
其中，姿态传感器主要由三轴陀螺仪、三轴加速度计以及三轴磁强计构成，可以穿戴于操作者的手心部位，用来获取操作者的第二手势。第二手势是操作者手部的空间运动轨迹和方向，如左右上下移动、旋转以及手部的快速晃动和大角度转圈等动作。姿态传感器获取到人体的第二手势后，通过地面无线数传装置发送给操控设备。具体是：姿态传感器将获取的第二手势的数据使用无线的方式发送给地面无线数传装置，其中，该无线的方式包括不限于蓝牙、WiFi(WIreless-Fidelity，无线保真)，紫峰zigbee等近距离无线通信方式。地面无线数传装置使用串口透传等中远距离通信方式转发数据给计算装置。透传即是透明传送，是指传送网络无论传输业务如何，只负责将需要传送的业务传送到目的节点，同时保证传输的质量即可，而不对传输的业务进行处理。在数据的传输过程中，这组数据不发生任何形式的改变。地面无线数传装置和无人机机载端的通信协议包括：帧头0xFF，命令码：0x00-0x04，数据帧：12个字节，帧尾：crc16校验值。其中命令码0x00为心跳包，频率为1hz，用来表示地面无线数传装置与无人机机载端的连接情况，命令码0x01-0x03分别对应三轴陀螺仪、三轴加速度计以及三轴磁强计等传感器数据，0x04对应状态值。数据帧中的每轴数据包含4个字节。
如图1b所示，本发明实施例的无人机的操控方法整体流程可以为：首先通过摄像组件120获取操作者的第一手势，计算装置110将第一手势转换成第一控制指令控制无人机执行对应的操作；当摄像组件120不能匹配到人体，或摄像组件120匹配人体成功但不能在预测的手势模板中匹配人体的第一手势时，则通过姿态传感器130来获取操作者手部的第二手势。姿态传感器130将获取到的数据通过无线的方式发送给地面无线数传装置140，地面无线数传装置140使用串口透传的方式将姿态传感器130获取的数据发送给计算装置110以将第二手势转换成第二控制指令控制无人机执行对应的操作。
在本发明的实施例中，所述第一手势不包括转动手势，所述第二手势包括转动手势。
具体的，由于摄像机组件目前的视觉算法尚无法识别人体手部的转动手势，因此，当操作者的手部出现转动手势时，需要有设置在操作者手部的姿态传感器来进行获取作为第二手势。
S150、若所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第二手势转换成第二控制指令。
其中，与第二手势对应的控制无人机的预设手势是预存在操控设备中的运动模板，该运动模板与手势模板在操控设备中独立存储。第二控制指令是对应第二手势的用来控制无人机飞行的指令，由操控设备根据第二手势生成，并控制无人机的飞行。相应的，运动模板与手势模板在操控设备中的计算装置中独立存储。
S160、根据所述第二控制指令控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作。
举例而言，当通过姿态传感器获取第二手势，并由第二手势对应生成的第二控制指令控制无人机飞行时，其对应关系可以为：当姿态传感器匹配到操作者手往身体左、右方移动时，无人机往左、右移动；当姿态传感器匹配到操作者手往身体上、下方移动时，无人机上升、下降运动；当姿态传感器匹配到操作者手往左、右旋转时，无人机做左、右旋运动；当姿态传感器匹配到操作者手快速左右晃动时，无人机启动拍照；当姿态传感器匹配到操作者手快速上下晃动时，无人机收起/放下起落架；当姿态传感器匹配到操作者手部做大角度转圈运动时，无人机开始返航降落。
需要说明的是，本发明实施例中的第一手势与第一控制指令和第二手势与第二控制指令的对应关系可以一对一，也可以是一对多。当第一手势与第一控制指令和第二手势与第二控制指令的对应关系是一对多时，通过操作者手指部位设置的导电介质闭合触发切换手势和指令的对应关系。例如，操作者手部向上移动时，对应的控制指令可以是无人机向上飞行，也可以是无人机向前飞行。其中，切换手势和指令的对应关系可以通过设置在无人机上航灯的不同颜色来反馈，也可以通过在姿态传感器上设置相应的显示屏来反馈。为了进一步简化无人机的硬件结构，优选为通过设置在无人机上航灯的不同颜色来反馈手势和指令的对应关系。
在本发明的一个可选的实施例中，所述根据所述第一控制指令控制所述无人机执行与所述第一控制指令对应的操作，包括：
基于第一通道控制增益控制所述无人机执行与所述第一控制指令相对应的操作；
相应的，所述根据所述第二控制指令控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作，包括：
基于所述第一通道控制增益和第二通道控制增益，控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作；
其中，所述第一通道控制增益以及所述第二通道控制增益基于如下公式进行计算：
其中，D1为第一通道控制增益，D2为第二通道控制增益，d1为相对于所述人体的重心，所述人体的第一手势或第二手势移动的距离，d21为所述人体的手部转动角度，d22为所述人体的手部转动速率，s为所述无人机的当前航向角，P、I、D分别为比例系数，积分系数，微分系数，α1为比例系数，β1、β2分别为偏移常数值，t为所述无人机改变飞行状态的一个设定周期时间。
需要说明的是，d1为相对于人体的重心，人体的第一手势或第二手势移动的距离，也可以是相对于上一个手势移动的距离。例如，当d1为相对于人体的重心，人体的第一手势或第二手势移动的距离时，如果操作者的第一个第一手势相对于人体的重心的距离为水平向右1米，则d1取1，如果操作者的第二个第一手势相对于人体的重心的距离为水平向左1米，则d1取-1。当d1是相对于上一个手势移动的距离，如果操作者的第一个第一手势相对于人体的重心的距离为水平向右1米，则d1取1，如果操作者的第二个第一手势相对第一个第一手势的距离为水平向左1米，则d1取-1。β1、β2作为偏移常数值，用来在无人机没有检测到第一手势和第二手势时，保证无人机能够处于悬停状态；周期时间t的设定需要依据操控设备中处理器的计算能力以及无人机内部的相关硬件来决定，也是一个常数值，使得在操作者短时间内连续给出不同手势时，能够保持无人机平稳地改变飞行状态。例如，假设t设置为2秒，当操作者在2秒内手部分别往身体上方和下方移动，则无人机首先在一个或多个周期时间内完成上升操作(2秒、4秒或8秒等)后，再继续利用一个或多个周期时间(2秒、4秒或8秒等)来完成下降的操作。
具体的，第一手势和第二手势的手势移动方向对应无人机相应方向的平移，平移的运动速率取决于操作者的手部相对于身体重心的相对位置。操作者的手部转动速率对应于无人机转动控制增益，操作者的手部运动与通道控制的增益存在的对应关系满足：其中，D1用来控制无人机的平移操作，D2用来控制无人机的转动操作。由于摄像机组件不能识别操作者的手部转动手势，所以D2只能用于计算姿态传感器获取的第二手势对应的通道增益。当操控设备获取到通道控制增益后，采用PID(proportion-integral-derivative，比例-积分-微分)控制算法对通道控制增益进行平滑处理，然后控制无人机执行相应的操作。举例而言，操控设备中的计算装置获取到通道控制增益后，采用PID控制算法对通道控制增益进行平滑处理，然后计算装置将处理后的通道控制增益发送给飞行控制器，飞行控制器根据处理后的通道控制增益来控制无人机执行相应的操作。
本发明实施例通过设置于无人机上的摄像组件和设置于操作者上的姿态传感器分别获取人体的第一手势和第二手势；若第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将第一手势转换成第一控制指令并控制无人机执行对应的操作；否则，将第二手势与控制无人机的预设手势进行匹配，匹配成功后将第二手势转换成第二控制指令并控制无人机执行对应的操作。通过设置于无人机上的摄像组件和设置于操作者上的姿态传感器分别获取人体的第一手势和第二手势，并生成相应的控制命令来控制无人机执行对应的操作能够解决现有无人机的操控方法中操控性和便携性较低、硬件成本较高的问题，可以极大地提升无人机的易操控性以及便携性，加强人机交互性，并降低无人机的硬件成本。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种无人机的操控方法的流程图，本发明实施例以上述实施例为基础进行具体化，本发明实施例中的方法包括如下操作：
S210、通过设置于无人机上的摄像组件的获取人体的第一手势。
S220、若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第一手势转换成第一控制指令，并控制所述无人机执行与所述第一控制指令对应的操作。
S230、若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，通过设置于所述人体上的姿态传感器获取所述人体的第二手势。
在本发明的实施例中，摄像机组件具有最高的优先级，只有当摄像机组件获取第一手势失败时，才启动姿态传感器来获取操作者的手势信息。
S240、若所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第二手势转换成第二控制指令，并控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作。
S250、当通过所述摄像组件获取到多个人体的第一手势时，基于通过姿态传感器获取的第二手势将多个人体的第一手势中的非操作者的第一手势进行剔除；基于剔除之后剩余的第一手势对所述无人机进行控制。
在本发明实施例中，当摄像组件获取到多个人体以及多个人体对应的手势时，需要使用姿态传感器获取的数据来辅助确认真正的操作者，对于摄像组件中非操作者的手势数据进行剔除。
在本发明的一个可选实施例中，所述当通过所述摄像组件获取到多个人体的第一手势时，基于通过姿态传感器获取的第二手势将多个人体的第一手势中的非操作者的第一手势进行剔除，包括：
记录所述摄像组件获取的多个人体的第一手势的数据，并基于记录的每个人体的第一手势的数据分别形成归一化的第一手势空间信息矩阵；
记录所述姿态传感器获取的第二手势的数据，并基于记录的第二手势的数据形成归一化的第二手势空间信息矩阵；
基于所述第一手势空间信息矩阵以及所述第二手势空间信息矩阵确定相关系数，并选取最大相关系数对应的第一目标手势空间信息矩阵；
选取所述第一目标手势空间信息矩阵对应的第一手势的数据作为第一目标手势的数据，并在多个人体的第一手势的数据中，将除所述第一目标手势的数据之外的数据剔除；
其中，所述相关系数基于如下公式计算：
其中，ρi为相关系数，M1i为第i个人体的第一手势的数据形成的归一化的第一手势空间信息矩阵，M2为归一化的第二手势空间信息矩阵，i为人体个数。
具体的，当摄像组件获取到多个人体以及多个人体对应的手势时，记录摄像组件获取的多个人体的第一手势的数据，并基于记录的每个人体的第一手势的数据分别形成归一化的第一手势空间信息矩阵。同时，还需要记录姿态传感器获取的第二手势的数据，并基于记录的第二手势的数据形成归一化的第二手势空间信息矩阵。然后需要对摄像组件中每个人体的第一手势的数据形成归一化的第一手势空间信息矩阵和第二手势空间信息矩阵之间的相关系数ρi。其中，哪一个人体的第一手势的数据形成归一化的第一手势空间信息矩阵和第二手势空间信息矩阵之间的相关系数ρi最大，则表明该人体是真正的操作者，并将该人体的第一手势的数据作为第一目标手势，并剔除除第一目标手势以外的其他手势数据。
本发明实施例通过组合使用摄像机组件和姿态传感器获取操作者的手势，不用采用遥控器控制，使用人体特征提取的手势信息对无人机进行操控。操作者使用类似握拳、五指张开、左右、上下移动等直观的手势对应无人机的不同飞行姿态，不仅可以提升人机交互性，还提高了无人机操作的趣味性。另外，与现有的只使用摄像组件获取操作者的手势的方案对比来说，组合使用摄像机组件和姿态传感器获取操作者的手势的方法，可以大大降低对摄像组件采用的视觉算法的要求，同时提高识别稳定性和准确度。
S260、当所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，且所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配失败时，控制所述无人机悬停。
在本发明实施例中，如果第一手势和第二手势均匹配失败，则说明操控设备预存的手势模板和运动模板不能匹配获取的第一手势和第二手势。如果此时能够检测到地面无线数传装置与无人机机载端通信协议中的心跳包，则表明地面无线数传装置与无人机机载端仍然保持连接关系，此时操控设备发送悬停指令，控制无人机悬停。示例性的，当操控设备能够检测到地面无线数传装置与无人机机载端通信协议中的心跳包时，表明地面无线数传装置与无人机机载端仍然保持连接关系，此时计算装置向飞行控制器发送悬停指令，由飞行控制器控制无人机悬停。
另外，为了保证人机交互的准确性，在靠近操作者并且摄像组件捕获操作者的手势成功时使用摄像组件获取的第一手势对应生成的第一控制指令，在远离操作者摄像组件无法采集到操作者的手势时使用姿态传感器获取的第二手势对应生成的第二控制指令。当上述两种获取手势的方式均失效时，操控设备发送悬停指令，控制无人机悬停。示例性的，操控设备可以通过计算装置向飞行控制器发送悬停指令，由飞行控制器控制无人机悬停。
S270、当通过所述摄像组件获取人体的第一手势失败，且获取姿态传感器识别到人体的第二手势失败时，控制所述无人机悬停；若所述无人机悬停达到设定时间，控制所述无人机返航。
其中，设定时间可以是5秒，也可以是10秒，依据具体需求来设定，本发明实施例对此并不进行限制。
在本发明实施例中，当通过摄像组件获取人体的第一手势失败，且获取姿态传感器识别到人体的第二手势失败时，导致手势识别失败的原因可能无人机距离操作者的距离过远。如果此时不能够检测到地面无线数传装置与无人机机载端通信协议中的心跳包，则表明地面无线数传装置与无人机机载端未保持连接关系。当无人机悬停达到设定时间后，操控设备发送返航指令，控制无人机返航。示例性的，操控设备可以通过计算装置向飞行控制器发送返航指令，由飞行控制器控制无人机返航。
另外还需说明的是，当摄像组件获取的图像中未检测到人体时，说明操作者不在摄像组件可获取的视野范围内，此时通过姿态传感器来获取操作者的手势信息。采用姿态传感器获取操作者的手势信息时，初始化时由操作者以身体为中心设定一个基准点(该点可以由操作者通过按键触发随时更改)，之后无人机的相对移动量以前一刻无人机所在的点为参考。通过对姿态传感器中陀螺仪获取的数据进行积分可以得到手部转动角速度，对姿态传感器三轴加速度计获取的数据进行微分可以得到手部运动加速度，而姿态传感器中的三轴加速度计通过积分也可以得到手部转动角速度。由于三轴加速度计对振动之类的扰动很敏感，但其长期获取的数据计算出的手部姿态是可信的，而陀螺仪虽然对振动这些不敏感，但长期使用陀螺仪会出现漂移。因此，可以将陀螺仪和三轴加速度计获取的数据进行融合互补滤波，从而提高获取操作者手势信息的精度。
实施例三
图3是本发明实施例三提供的一种无人机的操控装置的示意图，可执行本发明任意实施例所提供的无人机的操控方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，本实施例可适用于通过手势指令操控无人机。
所述装置包括：
第一手势获取模块310，用于通过设置于无人机上的摄像组件的获取人体的第一手势；
第一指令转换模块320，用于若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第一手势转换成第一控制指令；
第一指令执行模块330，用于根据所述第一控制指令控制所述无人机执行与所述第一控制指令对应的操作；
第二手势获取模块340，用于若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，通过设置于所述人体上的姿态传感器获取所述人体的第二手势；
第二指令转换模块350，用于若所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第二手势转换成第二控制指令；
第二指令执行模块360，用于根据所述第二控制指令控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作。。
本发明实施例通过设置于无人机上的摄像组件和设置于操作者上的姿态传感器分别获取人体的第一手势和第二手势；若第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将第一手势转换成第一控制指令并控制无人机执行对应的操作；否则，将第二手势与控制无人机的预设手势进行匹配，匹配成功后将第二手势转换成第二控制指令并控制无人机执行对应的操作。通过设置于无人机上的摄像组件和设置于操作者上的姿态传感器分别获取人体的第一手势和第二手势，并生成相应的控制命令来控制无人机执行对应的操作能够解决现有无人机的操控方法中操控性和便携性较低、硬件成本较高的问题，可以极大地提升无人机的易操控性以及便携性，加强人机交互性，并降低无人机的硬件成本。
进一步的，所述装置还包括，手势剔除模块370，用于当通过所述摄像组件获取到多个人体的第一手势时，基于通过姿态传感器获取的第二手势将多个人体的第一手势中的非操作者的第一手势进行剔除；基于剔除之后剩余的第一手势对所述无人机进行控制。
进一步的，所述手势剔除模块370，用于记录所述摄像组件获取的多个人体的第一手势的数据，并基于记录的每个人体的第一手势的数据分别形成归一化的第一手势空间信息矩阵；
记录所述姿态传感器获取的第二手势的数据，并基于记录的第二手势的数据形成归一化的第二手势空间信息矩阵；
基于所述第一手势空间信息矩阵以及所述第二手势空间信息矩阵确定相关系数，并选取最大相关系数对应的第一目标手势空间信息矩阵；
选取所述第一目标手势空间信息矩阵对应的第一手势的数据作为第一目标手势的数据，并在多个人体的第一手势的数据中，将除所述第一目标手势的数据之外的数据剔除；
其中，所述相关系数基于如下公式计算：
其中，ρi为相关系数，M1i为第i个人体的第一手势的数据形成的归一化的第一手势空间信息矩阵，M2为归一化的第二手势空间信息矩阵，i为人体个数。
进一步的，所述第一手势不包括转动手势，所述第二手势包括转动手势。
进一步的，第一指令执行模块330，用于基于所述第一通道控制增益控制所述无人机执行与所述第一控制指令相对应的操作；
第二指令执行模块360，用于基于第一通道控制增益和第二通道控制增益，控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作；
其中，所述第一通道控制增益以及第二通道控制增益基于如下公式进行计算：
其中，D1为第一通道控制增益，D2为第二通道控制增益，d1为相对于所述人体的重心，所述人体的第一手势或第二手势移动的距离，d21为所述人体的手部转动角度，d22为所述人体的手部转动速率，s为所述无人机的当前航向角，P、I、D分别为比例系数，积分系数，微分系数，α1为比例系数，β1、β2分别为偏移常数值，t为所述无人机改变飞行状态的一个设定周期时间。
进一步的，所述装置还包括，第一悬停模块380，用于当所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，且所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配失败时，控制所述无人机悬停。
进一步的，所述装置还包括，第二悬停模块390，当通过所述摄像组件获取人体的第一手势失败，且获取姿态传感器识别到人体的第二手势失败时，控制所述无人机悬停；若所述无人机悬停达到设定时间，控制所述无人机返航。
上述无人机的操控装置可执行本发明任意实施例所提供的无人机的操控装置方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例提供的无人机的操控装置方法。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种操控设备的结构示意图。图4示出了适于用来实现本发明实施方式的操控设备412的框图。图4显示的操控设备412仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图4所示，操控设备412以通用计算设备的形式表现。操控设备412的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器416，存储装置428，连接不同系统组件(包括存储装置428和处理器416)的总线418。
总线418表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
操控设备412典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被操控设备412访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
存储装置428可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)430和/或高速缓存存储器432。操控设备412可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统434可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线418相连。存储装置428可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块426的程序436，可以存储在例如存储装置428中，这样的程序模块426包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块426通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
操控设备412也可以与一个或多个外部设备414(例如键盘、指向设备、摄像头、显示器424等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该操控设备412交互的设备通信，和/或与使得该操控设备412能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口422进行。并且，操控设备412还可以通过网络适配器420与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器420通过总线418与操控设备412的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合操控设备412使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理器416通过运行存储在存储装置428中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明上述实施例所提供的无人机的操控方法。
除上述组件以外，本发明实施例的操控设备412还包括：
摄像组件，用于获取人体的第一手势；
姿态传感器，用于获取人体的第二手势；
地面无线数传装置，用于和所述姿态传感器以及无人机进行通信。
通过所述操控设备中设置于无人机上的摄像组件和设置于操作者上的姿态传感器分别获取人体的第一手势和第二手势；若第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将第一手势转换成第一控制指令并控制无人机执行对应的操作；否则，将第二手势与控制无人机的预设手势进行匹配，匹配成功后将第二手势转换成第二控制指令并控制无人机执行对应的操作。通过设置于无人机上的摄像组件和设置于操作者上的姿态传感器分别获取人体的第一手势和第二手势，并生成相应的控制命令来控制无人机执行对应的操作能够解决现有无人机的操控方法中操控性和便携性较低、硬件成本较高的问题，可以极大地提升无人机的易操控性以及便携性，加强人机交互性，并降低无人机的硬件成本。
实施例五
本发明实施例五还提供一种存储计算机程序的计算机存储介质，所述计算机程序在由计算机处理器执行时用于执行本发明上述实施例任一所述的无人机的操控方法。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言——诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种无人机的操控方法，其特征在于，包括：
通过设置于无人机上的摄像组件的获取人体的第一手势；
若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第一手势转换成第一控制指令；
根据所述第一控制指令控制所述无人机执行与所述第一控制指令对应的操作；
若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，通过设置于所述人体上的姿态传感器获取所述人体的第二手势；
若所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第二手势转换成第二控制指令；
根据所述第二控制指令控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当通过所述摄像组件获取到多个人体的第一手势时，基于通过姿态传感器获取的第二手势将多个人体的第一手势中的非操作者的第一手势进行剔除；
基于剔除之后剩余的第一手势对所述无人机进行控制。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当通过所述摄像组件获取到多个人体的第一手势时，基于通过姿态传感器获取的第二手势将多个人体的第一手势中的非操作者的第一手势进行剔除，包括：
记录所述摄像组件获取的多个人体的第一手势的数据，并基于记录的每个人体的第一手势的数据分别形成归一化的第一手势空间信息矩阵；
记录所述姿态传感器获取的第二手势的数据，并基于记录的第二手势的数据形成归一化的第二手势空间信息矩阵；
基于所述第一手势空间信息矩阵以及所述第二手势空间信息矩阵确定相关系数，并选取最大相关系数对应的第一目标手势空间信息矩阵；
选取所述第一目标手势空间信息矩阵对应的第一手势的数据作为第一目标手势的数据，并在多个人体的第一手势的数据中，将除所述第一目标手势的数据之外的数据剔除；
其中，所述相关系数基于如下公式计算：
<mrow> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>C</mi> <mi>O</mi> <mi>V</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>M</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msqrt> <mrow> <mi>D</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mn>1</mn> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mi>D</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>M</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msqrt> </mfrac> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1...</mn> <mi>n</mi> </mrow>
其中，ρi为相关系数，M1i为第i个人体的第一手势的数据形成的归一化的第一手势空间信息矩阵，M2为归一化的第二手势空间信息矩阵，i为人体个数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一手势不包括转动手势，所述第二手势包括转动手势。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一控制指令控制所述无人机执行与所述第一控制指令对应的操作，包括：
基于第一通道控制增益控制所述无人机执行与所述第一控制指令相对应的操作；
相应的，所述根据所述第二控制指令控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作，包括：
基于所述第一通道控制增益和第二通道控制增益，控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作；
其中，所述第一通道控制增益以及所述第二通道控制增益基于如下公式进行计算：
<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <msqrt> <mi>t</mi> </msqrt> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>1</mn> </msub> </mrow>
<mrow> <msub> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>21</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>P</mi> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>t</mi> </munderover> <mrow> <mo>|</mo> <mrow> <msub> <mi>D</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>s</mi> </mrow> <mo>|</mo> </mrow> <mo>&amp;times;</mo> <mi>I</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>d</mi> <mn>22</mn> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>D</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mn>2</mn> </msub> </mrow>
其中，D1为第一通道控制增益，D2为第二通道控制增益，d1为相对于所述人体的重心，所述人体的第一手势或第二手势移动的距离，d21为所述人体的手部转动角度，d22为所述人体的手部转动速率，s为所述无人机的当前航向角，P、I、D分别为比例系数，积分系数，微分系数，α1为比例系数，β1、β2分别为偏移常数值，t为所述无人机改变飞行状态的一个设定周期时间。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，且所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配失败时，控制所述无人机悬停。
7.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，还包括：
当通过所述摄像组件获取人体的第一手势失败，且获取姿态传感器识别到人体的第二手势失败时，控制所述无人机悬停；
若所述无人机悬停达到设定时间，控制所述无人机返航。
8.一种无人机的操控装置，其特征在于，包括：
第一手势获取模块，用于通过设置于无人机上的摄像组件的获取人体的第一手势；
第一指令转换模块，用于若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第一手势转换成第一控制指令；
第一指令执行模块，用于根据所述第一控制指令控制所述无人机执行与所述第一控制指令对应的操作；
第二手势获取模块，用于若所述第一手势与控制无人机的预设手势匹配失败，通过设置于所述人体上的姿态传感器获取所述人体的第二手势；
第二指令转换模块，用于若所述第二手势与控制无人机的预设手势匹配成功，将所述第二手势转换成第二控制指令；
第二指令执行模块，用于根据所述第二控制指令控制所述无人机执行与所述第二控制指令对应的操作。
9.一种操控设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的无人机的操控方法；
所述操控设备还包括：
摄像组件，用于获取人体的第一手势；
姿态传感器，用于获取人体的第二手势；
地面无线数传装置，用于和所述姿态传感器以及无人机进行通信。
10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的无人机的操控方法。
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