CN108038417A

CN108038417A - 云台控制方法、装置及系统

Info

Publication number: CN108038417A
Application number: CN201711124838.1A
Authority: CN
Inventors: 孙玉荣
Original assignee: Goertek Robotics Co Ltd
Current assignee: Goertek Robotics Co Ltd
Priority date: 2017-11-14
Filing date: 2017-11-14
Publication date: 2018-05-15

Abstract

本发明公开了一种云台控制方法、装置及系统，该方法包括：获取无人机的摄像装置拍摄得到的第一图像；从第一图像中，选取至少一个、位于无人机追踪的物体上的特征点；获取摄像装置拍摄得到的第二图像，其中，第一图像和第二图像为两个相邻帧图像；确定选取出的特征点在第二图像的位置；根据选取出的特征点在第二图像的位置，确定选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量；根据选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量，确定无人机的云台的转动量；根据云台的转动量，控制云台的转动。根据本发明一个实施例，实现了对物体的自动追踪，使被追踪的物体一直位于摄像装置拍摄得到的图像的中心区域。

Description

云台控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，更具体地，涉及一种云台控制方法、装置及系统。

背景技术

近年来无人飞行器(以下简称无人机)的相关技术和应用蓬勃发展。航拍无人机作为无人机中的一种，以无人驾驶飞机作为空中平台，以机载遥感设备获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。航拍无人机结构简单、使用成本低、适用于普通摄像所不能到达或拍摄的场景。

目前，利用航拍无人机进行拍摄时，操作人员需要通过遥控器人工调整无人机中的机载遥感设备的拍摄角度，操作复杂。另外，在对满足用户需求的运动物体进行追踪拍摄时，需要实时调整无人机的拍摄角度。这种人工操作调整无人机的拍摄角度的方式，可能会出现不能实时追踪运动物体，以致出现拍摄得到的图像中没有运动物体。

因此，需要提供一种新的技术方法，针对上述现有技术中的技术问题进行改进。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种云台控制方法的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种云台控制方法，包括：

获取无人机的摄像装置拍摄得到的第一图像；

从所述第一图像中，选取至少一个、位于无人机追踪的物体上的特征点；

获取所述摄像装置拍摄得到的第二图像，其中，所述第一图像和所述第二图像为两个相邻帧图像；

确定选取出的特征点在所述第二图像的位置；

根据所述选取出的特征点在所述第二图像的位置，确定所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量；

根据所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量，确定无人机的云台的转动量；

根据所述云台的转动量，控制所述云台的转动。

可选地，从所述第一图像中，选取至少一个、位于无人机追踪的物体上的特征点，包括：

利用OpenCV算法，从所述第一图像中确定无人机追踪的物体对应的特征点；

接收用户对所述第一图像中无人机追踪的物体的点击操作，并确定所述点击操作在所述第一图像中的点击位置；

从所述无人机追踪的物体对应的特征点中，选取与所述点击位置距离最近的特征点。

可选地，确定选取出的特征点在所述第二图像的位置，包括：

确定所述选取出的特征点的移动量；

根据所述选取出的特征点在所述第一图像的位置和所述选取出的特征点的移动量，确定所述选取出的特征点在所述第二图像的位置。

可选地，在获取无人机上的摄像装置拍摄得到的第一图像之前，所述方法还包括：

所述无人机与主机之间建立通信连接；其中，

获取无人机上的摄像装置拍摄得到的第一图像，包括：

通过所述无人机与主机之间建立的通信连接，所述主机接收所述无人机发送的第一图像；以及，

获取所述摄像装置拍摄得到的第二图像，包括：

通过所述无人机与主机之间建立的通信连接，所述主机接收所述无人机发送的第二图像。

可选地，在根据所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量，确定无人机的云台的转动量之前，所述方法还包括：

判断所述偏移量是否超过预设的偏移量阈值；

在所述偏移量超过所述预设的偏移量阈值的情况下，根据所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量，确定无人机的云台的转动量；

在所述偏移量未超过所述预设的偏移量阈值的情况下，拒绝确定无人机的云台的转动量，以使所述云台处于不动的状态。

可选地，所述第二图像的中心点的位置是由所述摄像装置的分辨率决定的。

可选地，根据所述选取出的特征点在所述第二图像的位置，确定所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量，包括：

在所述第二图像上设置二维坐标系；

确定所述第二图像的中心点在所述二维坐标系中的坐标值；

根据所述选取出的特征点在所述第二图像的位置，确定所述选取出的特征点在所述二维坐标系中的坐标值；

根据所述第二图像的中心点在所述二维坐标系中的坐标值和所述选取出的特征点在所述二维坐标系中的坐标值，确定所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量。

根据本发明的第二方面，提供了一种云台控制装置，包括：

获取模块，用于获取无人机上的摄像装置拍摄得到的第一图像；

特征点选取模块，用于从所述第一图像中，选取至少一个、位于无人机追踪的物体上的特征点；

所述获取模块，用于获取所述摄像装置拍摄得到的第二图像，其中，所述第一图像和所述第二图像为两个相邻帧图像；

特征点位置确定模块，用于确定选取出的特征点在所述第二图像的位置；

偏移量确定模块，用于根据所述选取出的特征点在所述第二图像的位置，确定所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量；

云台转动量确定模块，用于根据所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量，确定无人机的云台的转动量；

控制模块，用于根据所述云台的转动量，控制所述云台的转动。

根据本发明的第三方面，提供了一种云台控制装置，包括：存储器和处理器，其中，所述存储器存储可执行指令，所述可执行指令控制所述处理器进行操作以执行根据上述任何一项所述的云台控制方法。

根据本发明的第四方面，提供了一种云台控制系统，包括：无人机和主机，所述无人机和所述主机之间建立通信连接，所述无人机用于将设置在所述无人机的摄像装置拍摄得到的图像发送至所述主机，所述主机包括如上所述的云台控制装置。

通过本发明提供的云台控制方法、装置及系统，实现了对物体的自动追踪，使被追踪的物体一直位于摄像装置拍摄得到的图像的中心区域，提高了用户的体验。另外，本发明提供的云台的控制方法、装置及系统，减少了人工操作，避免了由于不能实时追踪运动物体，以致出现拍摄得到的图像中没有运动物体的情况。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1示出了根据本发明一个实施例的云台控制方法的处理流程图。

图2示出了根据本发明一个实施例的云台控制方法的另一种处理流程图。

图3示出了根据本发明一个实施例的云台控制装置的结构示意图。

图4示出了根据本发明一个实施例的云台控制装置的硬件性结构示意图。

图5示出了根据本发明一个实施例的云台控制系统的结构示意图。

图6示出了根据本发明一个实施例的主机的硬件性结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明的一个实施例提供了一种云台控制方法。云台设置在无人机上，云台上安装有摄像装置。例如，无人机的云台内设置有电机，摄像装置与云台通过旋转机构连接，电机可控制该旋转机构转动，进而带动摄像装置转动，以调整摄像装置的拍摄角度。

本发明实施例涉及的摄像装置包括但不限于数码相机、光学相机、红外扫描仪。

图1示出了根据本发明一个实施例的云台控制方法的处理流程图。参见图1，该方法至少包括步骤S101至步骤S107。

步骤S101，获取无人机的摄像装置拍摄得到的第一图像。

无人机的摄像装置拍摄得到的视频图像是由一张张连续的图片组成的。帧是指视频图像中最小单位的单幅影像画面。一帧就是一幅静止的影像画面，连续的帧就形成视频图像。本发明实施例涉及的第一图像是摄像装置拍摄得到的一帧图像。

参见图2，在获取无人机的摄像装置拍摄得到的第一图像之前，云台控制方法还包括：步骤S108，无人机与主机之间建立通信连接。在无人机与主机之间建立通信连接后，无人机可将摄像装置拍摄的视频图像实时发送至主机。主机接收并显示摄像装置拍摄得到的视频图像。

步骤S102，从第一图像中，选取至少一个、位于无人机追踪的物体上的特征点。

本发明的一个实施例中，首先，利用OpenCV算法，从第一图像中确定无人机追踪的物体对应的特征点。用户通过主机的输入设备(例如，鼠标)点击主机显示的第一图像中无人机追踪的物体上的某一位置。主机确定该点击操作在第一图像中的点击位置。然后，从无人机追踪的物体对应的特征点中，选取出与该点击位置距离最近的特征点。其中，选取出与该点击位置距离最近的特征点可为一个，或者，为多个。

步骤S103，获取摄像装置拍摄得到的第二图像，其中，第一图像和第二图像为两个相邻帧图像。

本发明实施例涉及的第二图像是摄像装置拍摄得到的一帧图像。第二图像是摄像装置拍摄第一图像的时刻对应的下一时刻，摄像装置拍摄得到的图像。

步骤S104，确定选取出的特征点在第二图像的位置。

本发明的一个实施例中，首先，确定选取出的特征点的移动量。例如，基于LK光流法，确定第二图像中无人机追踪的物体相对于第一图像中无人机追踪的物体的运动向量。由于选取出的特征点是位于无人机追踪的物体上，无人机追踪的物体相对于第一图像中无人机追踪的物体的运动向量是选取出的特征点的运动向量。根据选取出的特征点的运动向量，确定选取出的特征点的移动量。然后，根据选取出的特征点在第一图像的位置和选取出的特征点的移动量，确定选取出的特征点在第二图像的位置。

步骤S105，根据选取出的特征点在第二图像的位置，确定选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量。

本发明的一个实施例中，在第二图像上设置二维坐标系。确定第二图像的中心点在该二维坐标系中的坐标值，以及根据选取出的特征点在第二图像的位置，确定选取出的特征点在二维坐标系中的坐标值。根据选取出的特征点的坐标值和第二图像中的中心点的坐标值，确定选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量。第二图像的中心点的位置是根据摄像装置的分辨率决定的。

例如，以第二图像的中心点作为原点，以第二图像的长度方向作为X轴方向，以第二图像的宽度方向作为Y轴方向。第二图像的中心点在该二维坐标系的坐标值为(0，0)。根据选取出的特征点在第二图像的位置，确定选取出的特征点在二维坐标系中的坐标值(X₁，Y₁)。进而得出选取出的特征点相对于第二图像的中心点，沿着X轴的正方向或者负方向偏移量为|X₁|，沿着Y轴的正方向或者负方向的偏移量为|Y₁|。

步骤S106，根据选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量，确定无人机的云台的转动量。

本发明的一个实施例中，在主机端预先设立选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量和云台的转动量的对应关系表。在确定出选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量后，利用该对应关系表，可以得到无人机的云台的转动量。

参见图2，在步骤S106执行之前，云台的控制方法还包括：步骤S109，判断选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量是否超过预设的偏移量阈值。

在选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量超过预设的偏移量阈值的情况下，执行上述步骤S106。

在选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量未超过预设的偏移量阈值的情况下，可以确定无人机追踪的物体位于第二图像的中心点对应的位置或者中心点附近的位置，此时，执行步骤S110，拒绝确定无人机的云台的转动量。这样使得云台处于不动的状态。

步骤S107，根据云台的转动量，控制云台的转动。

本发明的一个实施例中，主机在确定云台的转动量后，将云台的转动量发送至无人机。无人机的控制装置在接收到云台的转动量后，将携带有该转动量信息的控制信号发送至云台。云台接收到该控制信号后，驱动电机带动旋转机构转动，进而带动摄像装置的转动，使得摄像装置拍摄到的无人机追踪的物体处于图像的中心区域。

可选地，本发明实施例涉及的无人机追踪的物体处于低速运动。无人机追踪的物体的低速运动是指无人机的摄像装置在当前时刻和下一时刻拍摄得到的图像中均包括无人机追踪的物体对应的图像。

基于同一发明构思，本发明提供了一种云台控制装置。图3示出了根据本发明一个实施例的云台控制装置的结构示意图。参见图3，云台控制装置至少包括：获取模块310，用于获取无人机上的摄像装置拍摄得到的第一图像；特征点选取模块320，用于从第一图像中，选取至少一个、位于无人机追踪的物体上的特征点；获取模块310还用于获取摄像装置拍摄得到的第二图像，其中，第一图像和第二图像为两个相邻帧图像；特征点位置确定模块330，用于确定选取出的特征点在第二图像的位置；偏移量确定模块340，用于根据选取出的特征点在第二图像的位置，确定选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量；云台转动量确定模块350，用于根据选取出的特征点相对于第二图像的中心点的偏移量，确定无人机的云台的转动量；控制模块360，用于根据云台的转动量，控制云台的转动。

本发明的一个实施例中，特征点选取模块320还用于：首先，利用OpenCV算法，从第一图像中确定无人机追踪的物体对应的特征点，然后，接收用户对第一图像中无人机追踪的物体的点击操作，并确定点击操作在第一图像中的点击位置，从无人机追踪的物体对应的特征点中，选取与点击位置距离最近的特征点。

本发明的一个实施例中，特征点位置确定模块330还用于：确定选取出的特征点的移动量，根据选取出的特征点在第一图像的位置和选取出的特征点的移动量，确定选取出的特征点在第二图像的位置。

图4示出了根据本发明一个实施例的云台控制装置的硬件性结构示意图。参见图4，云台控制装置包括：存储器420和处理器410。存储器420存储可执行指令，可执行指令控制处理器410进行操作以执行根据上述任一实施例提供的云台控制方法。

基于同一发明构思，本发明一个实施例提供了一种云台控制系统。图5示出了根据本发明一个实施例的云台控制系统的结构示意图。参见图5，云台控制系统500包括：无人机510和主机520。无人机510和主机520之间建立通信连接。无人机510用于将设置在无人机的摄像装置拍摄得到的图像发送至主机520，主机包括如上实施例提供的云台控制装置521。

图6示出了根据本发明一个实施例的主机的硬件性结构示意图。参见图6，主机600可以包括处理器610、存储器620、接口装置630、通信装置640、显示装置650、输入装置660，等等。

处理器610例如可以是中央处理器CPU、微处理器MCU等。

存储器620例如包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、诸如硬盘的非易失性存储器等。

接口装置630例如包括USB接口、耳机接口等。

通信装置640例如能够进行有有线或无线通信。

显示装置650例如是液晶显示屏、触摸显示屏等。

输入装置660例如可以包括触摸屏、键盘等。

图6所示的主机仅是解释性的，并且决不是为了要限制本发明、其应用或用途。

在这个实施例中，所述存储器620用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器610进行操作以执行图1所示的云台控制方法。

本领域技术人员应当理解，尽管在图6中示出了多个装置，但是，本发明可以仅涉及其中的部分装置，例如，处理器610和存储器620等。技术人员可以根据本发明所公开方案设计指令。指令如何控制处理器进行操作，这是本领域公知，故在此不再详细描述。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、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)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令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)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims

1.一种云台控制方法，其特征在于，包括：

获取无人机的摄像装置拍摄得到的第一图像；

确定选取出的特征点在所述第二图像的位置；

根据所述云台的转动量，控制所述云台的转动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述第一图像中，选取至少一个、位于无人机追踪的物体上的特征点，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定选取出的特征点在所述第二图像的位置，包括：

确定所述选取出的特征点的移动量；

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取无人机上的摄像装置拍摄得到的第一图像之前，所述方法还包括：

所述无人机与主机之间建立通信连接；其中，

获取无人机上的摄像装置拍摄得到的第一图像，包括：

获取所述摄像装置拍摄得到的第二图像，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量，确定无人机的云台的转动量之前，所述方法还包括：

判断所述偏移量是否超过预设的偏移量阈值；

6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，所述第二图像的中心点的位置是由所述摄像装置的分辨率决定的。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述选取出的特征点在所述第二图像的位置，确定所述选取出的特征点相对于所述第二图像的中心点的偏移量，包括：

在所述第二图像上设置二维坐标系；

确定所述第二图像的中心点在所述二维坐标系中的坐标值；

8.一种云台控制装置，其特征在于，包括：

9.一种云台控制装置，其特征在于，包括：存储器和处理器，其中，所述存储器存储可执行指令，所述可执行指令控制所述处理器进行操作以执行根据权利要求1‐7中的任何一项所述的云台控制方法。

10.一种云台控制系统，其特征在于，包括：无人机和主机，所述无人机和所述主机之间建立通信连接，所述无人机用于将设置在所述无人机的摄像装置拍摄得到的图像发送至所述主机，所述主机包括如权利要求9所述的云台控制装置。