CN109061663A - 无人机测距方法、装置及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机测距方法、装置及无人机，涉及测距领域；该方法应用于无人机，无人机上设置有至少一个红外测距部件；该方法包括：通过红外测距部件的发射端向外发射红外光；通过红外测距部件的接收端接收与红外光对应的反射光；根据反射光的光强信息测定障碍物相对于无人机的距离。本发明能够较好地提升无人机测距的普适性。

Description

无人机测距方法、装置及无人机

技术领域

本发明涉及测距领域，尤其是涉及一种无人机测距方法、装置及无人机。

背景技术

无人机是一种利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。由于无人机的轻便性、灵活性和智能性，已广泛应用于诸如娱乐、物流、侦查监视等各个领域。无人机在飞行过程中，无论是为了防止无人机碰撞到诸如房屋建筑等障碍物，还是为了让无人机持续跟踪某移动障碍物(诸如生物)，都需要无人机准确测定与障碍物之间的距离，从而实现较好的避障或跟踪监测等效果。

现有技术中，大多采用超声波避障、激光测距和双目测距，但各自具有一定的局限性，诸如：超声波避障难以感知生物，而且仅能感知距离较近的障碍物；激光测距容易受到天气环境的影响，且不便于安装；双目测距对算法要求极高，成本也极高。综上所述，现有的无人机测距方式的普适性均较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人机测距方法、装置及无人机，用以改善现有的无人机测距方式的普适性均较差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机测距方法，该方法应用于无人机，无人机上设置有至少一个红外测距部件；该方法包括：通过红外测距部件的发射端向外发射红外光；通过红外测距部件的接收端接收与红外光对应的反射光；根据反射光的光强信息测定障碍物相对于无人机的距离。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，发射端上还设置有放大器；该方法还包括：通过放大器调整发射端向外发射的红外光的强度。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，红外测距部件上还设置有旋转部；该方法还包括：控制旋转部带动红外测距部件按照预设旋转方式旋转，以使红外测距部件感测不同方向的障碍物。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该方法还包括：根据反射光的方向信息，确定障碍物相对于无人机的方位。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该方法还包括：实时获取障碍物相对于无人机的距离和方位；根据实时获取的障碍物的距离和方位，确定障碍物在预设时间间隔内的距离变化信息和方位变化信息；根据距离变化信息和方位变化信息，确定障碍物的运动轨迹。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该方法还包括：确定无人机当前的飞行模式；飞行模式包括跟踪模式或避障模式；根据无人机当前的飞行模式与障碍物的运动轨迹，确定无人机的飞行轨迹。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，根据无人机当前的飞行模式与障碍物的运动轨迹，确定无人机的飞行轨迹的步骤，包括：如果无人机当前的飞行模式为跟踪模式，控制无人机的飞行轨迹与障碍物的运动轨迹一致；如果无人机当前的飞行模式为避障模式，控制无人机的飞行轨迹与障碍物的运动轨迹不一致。

第二方面，本发明实施例还提供一种无人机装置，包括：装置应用于无人机，无人机上设置有至少一个红外测距部件；该装置包括：发射模块，用于通过红外测距部件的发射端向外发射红外光；接收模块，用于通过红外测距部件的接收端接收与红外光对应的反射光；距离测定模块，用于根据反射光的光强信息测定障碍物相对于无人机的距离。

第三方面，本发明实施例还提供一种无人机，包括：无人机主体，无人机主体上设置有处理器和至少一个红外测距部件；处理器上设置有第二方面的无人机测距装置，红外测距部件与处理器相连。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，红外测距部件的数量为四个；四个红外测距部件分别通过无人机主体的挂载板上的外设接口与处理器相接。

本发明实施例提供了一种无人机测距方法、装置及无人机，在无人机上设置有至少一个红外测距部件，通过该红外测距部件向外发射红外光并接收与红外光对应的反射光，进而根据反射光的光强信息测定障碍物相对于无人机的距离。由于红外测距部件大多成本较低，结构简单便于安装，而且红外光不会受到可见光等周围环境的影响，灵敏度也较高，具有较强的普适性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种无人机测距方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种无人机测距方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种无人机测距装置的结构框图；

图4为本发明实施例提供的一种红外测距部件的结构图；

图5为本发明实施例提供的一种无人机挂载板的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

目前无人机的测距方法大多普适性较差，基于此，本发明实施例提供了一种无人机测距方法、装置及无人机，可以在一定程度上提高无人机测距的普适性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种无人机测距方法进行详细介绍，参见图1所示的无人机测距方法的流程图，该方法应用于无人机，该无人机上设置有至少一个红外测距部件；该红外测距部件又可称为红外测距模块或红外测距传感器，该方法包括：

步骤S102，通过红外测距部件的发射端向外发射红外光。其中，可以在无人机上设置多个红外测距部件，分别安装在无人机的四周，以全面监测无人机周围的障碍物。在具体实现时，无人机的红外测距部件内设置有红外发光二极管，经预设的控制电路或者单片机触发可以发出红外光，即该红外发光二极管可作为发射端，无人机通过发射端向外发射红外光。

步骤S104，通过红外测距部件的接收端接收与红外光对应的反射光；在一种实施方式中，红外测距部件的发射端发射红外光，若前方无障碍物，则没有反射光返回，若有障碍物，红外光经障碍物反射后会形成反射光，红外测距部件内还设置有红外接收器(也即，接收端)，当红外测距部件的接收端接收到反射光时，以此可以判断障碍物的存在。

步骤S106，根据反射光的光强信息测定障碍物相对于无人机的距离。由于红外测距部件的接收端接收的反射光光强会受到障碍物与无人机相对距离的影响，即障碍物与无人机相对距离近，反射光的光照强度强；障碍物与无人机相对距离远，反射光的光照强度弱。因而，无人机可以根据反射光的光强信息测距，而且这种基于反射光光强的测距方式，因红外光特性而具有较高的灵敏度，可以较好地保证准确的测距结果，而且由于仅是基于红外光测距，不会受限于周围的可见光环境，在白天或黑夜都可以执行，适用范围较广。

本发明实施例提供的上述无人机测距方法，在无人机上设置有至少一个红外测距部件，通过该红外测距部件向外发射红外光并接收与红外光对应的反射光，进而根据反射光的光强信息测定障碍物相对于无人机的距离。由于红外测距部件大多成本较低，结构简单便于安装，而且红外光不会受到可见光等周围环境的影响，灵敏度也较高，具有较强的普适性。

为了能够使无人机感知到远距离障碍物，红外测距部件的发射端上还可以设置有放大器，通过放大器调整发射端向外发射的红外光的强度。该放大器可以为光强放大器或功率放大器等。可以理解的是，无人机发出的红外光越强，能够感测到障碍物的距离越远。

在一种实施方式中，无人机可以采用一直向外发送低强度或者低功率红外光的方法，当周围有障碍物时，无人机会接收到反射光，无人机便能够及时感知到周围障碍物的存在，根据反射光的强弱，对放大器的放大倍数进行调整，对红外测距部件发射端的功率或者红外光的光强进行相应的放大。优选的，因障碍物在无人机的某个方位上，因此无人机可以针对该方位的红外测距部件的发射端进行功率或者光强放大。例如，无人机X在机身周围安装四个红外测距部件A、B、C、D，此时无人机X在低空飞行，并通过红外测距部件A、B、C、D一直向外发射低强度的红外光，某一时刻出现障碍物Y，无人机接收到红外测距部件C发送的红外光的相对应的反射光，无人机对反射光进行识别，估算出障碍物Y所在的方位及大致距离，无人机根据估算的结果设置红外测距部件C内放大器的放大倍数，再次对障碍物Y进行精确测距。

在另一种实施方式中，可以由人工遥控放大器的放大倍数，诸如，当人工确定无人机与周围障碍物的距离相差较远时，可以向无人机发送放大器倍数放大指令，以使无人机调整放大器倍数，从而通过放大器增强红外光的光强，以便于感测到远距离物体。

此外，放大器的参数也可以设置不变，放大器可以将红外测距部件的发射二极管发出的红外光光强放大到指定强度，以便于无人机通过发射较强的红外光，能够感知一定范围内的障碍物。

在无人机的红外测距部件上设置放大器，可以使无人机在无障碍物的情况下以最低功率消耗进行运动，同时还可以实时监控周围环境，使无人机能够及时发现障碍物的存在。

为了能够较好地使无人机感测周围环境中的障碍物，红外测距部件上还可以设置有旋转部，无人机控制旋转部带动红外测距部件按照预设旋转方式旋转，以使红外测距部件感测不同方向的障碍物。在一种实施方式中，无人机将旋转部的旋转方式设置为以一定周期进行顺时针圆周旋转，进一步的，可以将每个旋转部初始角度不同。例如，无人机的四个红外测距部件A、B、C、D分别依次设置在无人机的前左后右四个位置，其中红外测距部件A与红外测距部件C相对，红外测距部件B与红外测距部件D相对，将红外测距部件A的旋转部初始方向设置为以45度角倾斜向上，将红外测距部件B的旋转部初始方向设置为以45度角倾斜向前，将红外测距部件C的旋转部初始方向设置为以45度角倾斜向下，将红外测距部件D的旋转部初始方向设置为以45度角倾斜向后，并设置旋转部以10s为周期进行顺时针圆周旋转。在红外测距部件上设置旋转部可以增大无人机的测距范围，提高无人机测距的准确度。

进一步的，当检测到无人机某方位上存在障碍物时，可以将该方位上的红外测距部件的旋转部固定或者设置为追随障碍物转动，针对该障碍物发送红外光。例如，当红外测距部件A在旋转到某个角度时，接收到与其发送的红外光相对应的反射光，此时固定红外测距部件A的旋转部使红外测距部件A不再进行旋转，或者使红外测距部件A追随障碍物进行转动，而其他红外测距部件依旧按照设定的旋转方式进行旋转。

本发明提供的上述无人机测距方法，当在无人机某个方位上存在障碍物时，会通过红外测距部件的发射端向外发射红外光，无人机根据与该红外光相对应的反射光的光强测定无人机与障碍物的相对距离。通过设置在红外测距部件内的旋转部与放大器，可以在一定程度上提高无人机测距的准确度和测距范围。

另外，无人机在通过红外测距部件接收到反射光时，自然已知反射光的方向信息，因此无人机还可以根据反射光的方向信息，确定障碍物相对于无人机的方位。例如，设置在无人机上的红外测距部件A发射红外光后，无反射光返回，即在无人机的前方没有障碍物；设置在无人机上的红外测距部件B发射红外光后，红外测距部件B接收到了相对应的反射光，即在无人机左方位上存在障碍物。

考虑到无人机会广泛应用于避障、侦查监视等领域，障碍物可能并非固定障碍物，而是能够运动的物体，本实施例进一步给出了无人机基于红外测距确定障碍物的运动轨迹的具体实施方式，参见图2所示的一种障碍物的运动轨迹确定方法流程图，该方法由无人机执行，该方法包括：

步骤S202，实时获取障碍物相对于无人机的距离和方位；在具体实施时，可以在无人机四周设置多个红外测距部件，红外测距部件的发射端实时向外发送红外光，当其中一个红外测距部件的接收端接收到反射光时，即该红外测距部件所在的方向上存在障碍物。在一种实施方式中，有两个或多个红外测距部件的接收端都接收到反射光时，考虑到反射光强度受到障碍物与无人机之间相对距离的影响，所以每个红外测距部件的接收端接收到的反射光强度不同，无人机根据接收到的反射光的光强信息，可以确定障碍物相对于无人机的距离和方位。布设在无人机上的红外测距部件也可以是旋转的，也能够对障碍物所在方位进行准确地定位。

步骤S204，根据实时获取的障碍物的距离和方位，确定障碍物在预设时间间隔内的距离变化信息和方位变化信息；在实际应用中，如果障碍物为生命体或者为可以移动的物体，无人机以一定时间间隔向障碍物发射红外光，根据反射光得到障碍物所在的距离及方位信息，并记录障碍物在不同时间对应的距离及方位信息，从而确定障碍物在预设时间间隔内的距离变化信息和方位变化信息。

步骤S206，根据距离变化信息和方位变化信息，确定障碍物的运动轨迹。即无人机会根据障碍物的距离变化信息和方位变化信息确定障碍物的位置变化信息，进而确定障碍物的运动轨迹。例如，生物体A在空中运动，无人机在识别生物体A的存在后，向生物体A每秒发送一次红外光，无人机接收与红外光相对应的反射光，根据反射光判断生物体A每秒距离无人机的距离以及方位信息，将这些信息记录下来，并根据这些信息确定障碍物的运动轨迹。进一步的，无人机可以根据当前运动轨迹预判障碍物的未来运动轨迹，使无人机提前做出相应的应对措施。

考虑到无人机的飞行模式有多种，例如跟踪模式和避障模式等。其中，跟踪模式可以用于与障碍物保持在一定距离内，避障模式可以用于躲避障碍物。在一种实施方式中，首先确定无人机的飞行模式，并根据无人机当前的飞行模式与障碍物的运动轨迹，确定无人机的飞行轨迹。例如，如果无人机当前的飞行模式为跟踪模式，根据红外测距部件确定障碍物的运动轨迹，可以控制无人机的飞行轨迹与障碍物的运动轨迹一致，或者，不需要使无人机的飞行轨迹与障碍物的运动轨迹一致，仅是保持无人机与障碍物之间的距离保持在一定范围内。如果无人机当前的飞行模式为避障模式，根据红外测距部件确定障碍物的运动轨迹，对障碍物的运动轨迹进行预判，控制无人机的飞行轨迹与障碍物的运动轨迹不一致，其中，可以使无人机向远离障碍物的方向飞行，或者使无人机偏离障碍物的运动轨迹。

本发明实施例提供的无人机测距方法，可以对运动的物体采取相应的应对措施。无人机在与物体保持在安全范围内的同时，可以对物体进行跟踪或者躲避物体。

在签署无人机测距方法的基础上，本发明实施例提供了一种无人机测距装置，该装置应用于无人机，该无人机上设置有至少一个红外测距部件，参见图3示出的一种无人机测距装置的结构框图，该装置包括：

发射模块302，用于通过红外测距部件的发射端向外发射红外光；

接收模块304，用于通过红外测距部件的接收端接收与红外光对应的反射光；

距离测定模块306，用于根据反射光的光强信息测定障碍物相对于无人机的距离。

本发明实施例提供的上述无人机测距装置，在无人机上设置有至少一个红外测距部件，通过该红外测距部件向外发射红外光并接收与红外光对应的反射光，进而根据反射光的光强信息测定障碍物相对于无人机的距离。由于红外测距部件大多成本较低，结构简单便于安装，而且红外光不会受到可见光等周围环境的影响，灵敏度也较高，具有较强的普适性。

本发明实施例还提供了一种无人机，该无人机包括无人机主体，无人机主体上设置有处理器和至少一个红外测距部件；该处理器上设置有上述无人机测距装置，其中，红外测距部件与处理器相连。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的无人机测距的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

优选的，红外测距部件的数量为四个；四个红外测距部件分别通过无人机主体的挂载板上的外设接口与所述处理器相接。四个红外测距部件分别设置于无人机的四周，以便于无人机能够全方位障碍物测距。

本实施例给出了一种红外测距部件的具体实现方式，参见图4所示的一种红外测距部件的结构图，该装置包括红外光发射器402、红外光接收器404、放大电路406和单片机408；其中，

红外光发射器用于向外发射红外光；红外光接收器用于接收与红外光相对应的反射光；

放大电路用于放大红外接收器接收到的反射光信号，以便于单片机对放大后的信号进行处理。

单片机，用于控制红外光发射器发射红外光的频率、光强等，还用于对放大电路处理后的反射光信号进行相应计算，测定障碍物与无人机之间的距离。其中，单片机也即无人机的处理器。

进一步，可以参见图5所示的一种无人机挂载板的结构示意图，该挂载板上设置有多个接口，可分别连接红外测距传感器和处理器。图5中简单示意了4个红外测距传感器以及一个无人机的处理器(又称为飞控处理器)。

本发明实施例所提供的无人机测距方法、装置及无人机的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无人机测距方法，其特征在于，所述方法应用于无人机，所述无人机上设置有至少一个红外测距部件；所述方法包括：

通过所述红外测距部件的发射端向外发射红外光；

通过所述红外测距部件的接收端接收与所述红外光对应的反射光；

根据所述反射光的光强信息测定障碍物相对于所述无人机的距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射端上还设置有放大器；所述方法还包括：通过所述放大器调整所述发射端向外发射的红外光的强度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述红外测距部件上还设置有旋转部；所述方法还包括：

控制所述旋转部带动所述红外测距部件按照预设旋转方式旋转，以使所述红外测距部件感测不同方向的障碍物。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述反射光的方向信息，确定所述障碍物相对于所述无人机的方位。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

实时获取所述障碍物相对于所述无人机的距离和方位；

根据实时获取的所述障碍物的距离和方位，确定所述障碍物在预设时间间隔内的距离变化信息和方位变化信息；

根据所述距离变化信息和所述方位变化信息，确定所述障碍物的运动轨迹。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

确定所述无人机当前的飞行模式；所述飞行模式包括跟踪模式或避障模式；

根据所述无人机当前的飞行模式与所述障碍物的运动轨迹，确定所述无人机的飞行轨迹。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述无人机当前的飞行模式与所述障碍物的运动轨迹，确定所述无人机的飞行轨迹的步骤，包括：

如果所述无人机当前的飞行模式为跟踪模式，控制所述无人机的飞行轨迹与所述障碍物的运动轨迹一致；

如果所述无人机当前的飞行模式为避障模式，控制所述无人机的飞行轨迹与所述障碍物的运动轨迹不一致。

8.一种无人机测距装置，其特征在于，所述装置应用于无人机，所述无人机上设置有至少一个红外测距部件；所述装置包括：

发射模块，用于通过所述红外测距部件的发射端向外发射红外光；

接收模块，用于通过所述红外测距部件的接收端接收与所述红外光对应的反射光；

距离测定模块，用于根据所述反射光的光强信息测定障碍物相对于所述无人机的距离。

9.一种无人机，其特征在于，包括无人机主体，所述无人机主体上设置有处理器和至少一个红外测距部件；所述处理器上设置有权利要求8所述的无人机测距装置，所述红外测距部件与所述处理器相连。

10.根据权利要求9所述的无人机，其特征在于，所述红外测距部件的数量为四个；

四个所述红外测距部件分别通过所述无人机主体的挂载板上的外设接口与所述处理器相接。