CN109533277A - 一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器 - Google Patents

一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器 Download PDF

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刘岩
陈绪宁
杨茹越
张超
薛艾琳
刘少达
任顶奇
张程伟
陈璐
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Abstract

本发明公开了一种基于手势识别的人机交互式跟拍飞行器，该飞行器包括飞行器主体、遥控器和手机APP；飞行器主体和遥控器通过无线通讯方式进行交互。摄像头固定在飞行器底部的云台上，四个电机分别固定在可折叠机架的四个机臂末端。遥控器的显示屏位于遥控器的中心位置；处理器、无线传输模块B均固定在遥控器的内部；电源槽内位于遥控器背面中心位置，电源B安装在所述的电源槽内。无线传输模块A和无线传输模块B通过无线通信方式配对连接以供信息交互。本发明当使用飞行器的时候打开支架，不使用的时候折叠支架，这样飞行器携带更加方便。用户只需要通过对着飞行器摄像头做出相应手势，就能达到控制飞行器的飞行姿态或摄像头的拍摄角度的目的。

Description

一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器
技术领域
本发明涉及飞行器和图像采集与处理技术领域，尤其涉及空中自主跟拍技术领域。
背景技术
随着社会发展的不断进步，手机的拍摄质量不断提升，拍照已成为人们日常生活中的一项基本需求，虽然有自拍杆给人们带来很多便利，但其能够提供的取景视角和拍摄效果极其有限。而跟拍飞行器能够提供航拍、跟拍等新型方式，能够满足人们的这种需求。
同时，在一些特大自然灾害，如汶川、玉树地震等场合中，救援时间短暂而宝贵，但是许多时候现场的环境复杂多变，并不适合救援人员直接进入，而该飞行器可以轻松进入现场并拍回第一手现场视频，供救援人员的分析，以制定最佳救援方案。
本发明基于图像采集技术和手势识别技术，提供了一种具备人机交互功能的跟拍飞行器，该跟拍飞行器的机架可以折叠，携带方便，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明提供了一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器，该跟拍飞行器依靠搭载摄像头的四旋翼飞行器，具有一键起飞、一键返航、定高，悬停、拍摄的视频回传到手机APP上显示及存储等功能。
一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器，该四旋翼飞行器包括飞行器主体、遥控器和控制端，控制端为安装在智能手机上的手机APP；飞行器主体和遥控器通过无线通讯方式进行交互，飞行器主体和遥控器和手机APP通过数传模块进行通信。
飞行器主体包括可折叠机架(1)、电机(2)、螺旋桨(3)、支架(4)、飞控(5)、图像处理器(6)、分电板(7)、电源A(8)、云台控制器(9)、云台(10)、摄像头(11)、光流传感器(12)、GPS(13)、数传模块(14)、无线传输模块A(15)、开关键A(16)、器件盒(17)和挂载平台(18)。
遥控器包括油门推杆(19)、方向推杆(20)、一键起飞键(21)、一键返航键(22)、定高键(23)、悬停键(24)、开关键B(25)、显示屏(26)、电源B(27)、处理器(28)和无线传输模块B(29)。
各个电机(2)分别固定在可折叠机架(1)的四个机臂末端，两支架(4)分别固定在可折叠机架(1)的左右两侧底部；各个螺旋桨(3)和各个电机(2)同轴连接，器件盒(17)固定在可折叠机架(1)的中心位置；分电板(7)固定在器件盒(17)的内部底层中心位置，飞控(5)固定在器件盒(17)内部顶层的中心位置，即分电板(7)的正上方；挂载平台(18)固定在器件盒(17)正下方，电源A(8)固定在挂载平台(18)的上表面；云台控制器(9)挂载在挂载平台(18)下表面靠左位置，光流传感器(12)挂载在挂载平台(18)下表面一侧的位置；云台(10)挂载在云台控制器(9)正下方，摄像头固定在云台上；图像处理器(6)固定在器件盒(17)的上表面中心位置；无线传输模块A(15)、数传模块(14)、开关键A(16)、GPS(13)固定在器件盒(17)的上表面。
所述的电源A(8)通过分电板(7)分别对所述的图像处理器(6)、云台控制器(9)和飞控(5)进行供电；所述的飞控(5)分别对所述的光流传感器(12)、GPS(13)、电机(2)和无线传输模块A(15)进行供电；所述的图像处理器(6)分别对所述的摄像头(11)和数传模块(14)进行供电；所述的云台控制器对所述的云台(10)进行供电。所述的飞控(5)与所述的光流传感器(12)、GPS(13)、电机(2)、图像处理器(6)和无线传输模块A(15)进行电气连接以供传输数据；所述的图像处理器(6)对所述的摄像头(11)和数传模块(14)进行电气连接以供传输数据；所述的云台控制器对所述的云台(10)进行电气连接以供传输数据；所述的无线传输模块A(15)和无线传输模块B(29)通过无线通信方式配对连接以供信息交互；所述的数传模块(14)与手机APP通过无线通信方式配对连接以供信息交互。
显示屏(26)位于所述的遥控器的中心位置，方向推杆(20)和油门推杆(19)对称固定在显示屏(26)的两侧；开关键(25)位于显示屏(26)上方中间位置；一键起飞键(21)、一键返航键(22)位于所述遥控器一侧上方横向排列，定高键(23)和悬停键(24)位于所述遥控器另一侧上方横向排列，与一键起飞键(21)、一键返航键(22)齐平；电源槽内位于遥控器背面中心位置，电源B(27)安装在所述的电源槽内；处理器(28)与无线传输模块B(29)位于遥控器内部。
所述的电源B(27)对所述的处理器(28)进行供电；所述的处理器(28)分别对所述的油门推杆(19)、方向推杆(20)、一键起飞键(21)、一键返航键(22)、定高键(23)、悬停键(24)、开关键B(25)、显示屏(26)和无线传输模块B(29)进行供电。所述的处理器(28)分别与所述的油门推杆(19)、方向推杆(20)、一键起飞键(21)、一键返航键(22)、定高键(23)、悬停键(24)、开关键B(25)、显示屏(26)和无线传输模块B(29)进行电气连接以供传输数据；所述的无线传输模块B(29)和无线传输模块A(15)通过无线通信方式配对连接以供信息交互。
所述的无线传输模块A(15)和无线传输模块B(29)之间的无线通信方式为WiFi或蓝牙，无线传输模块A(15)和无线传输模块B(29)之间的通讯协议设有密钥，通过密钥验证成功后，实现飞行器主体和遥控器的通信交互，通信交互内容包括飞行器的回传飞行状态、发送飞行控制指令等。使用者还能够通过手机APP控制飞行器飞行的位置和姿态，并且能在智能手机的屏幕上看到摄像头拍摄的实时画面，也能够将摄像头拍摄的图像资料保存在手机上。
本发明设计了图像识别技术，飞行器可处理拍摄到的视频图像，通过人脸识别实现对单个目标以一定距离，一定角度跟踪拍摄。此外还设计了基于手势识别的人机交互系统，用户只需要通过对着飞行器摄像头做出相应手势，就能达到控制飞行器的飞行姿态或摄像头的拍摄角度的目的，第一步，通过遥控器的一键起飞键(21)与悬停键(24)控制飞行器悬停在用户正前方3米处，摄像头(11)镜头正对用户；第二步，用户对飞行器做出一个手势，摄像头(11)将拍到视频数据传输到图像处理器(6)进行处理，识别出该手势，将该手势与图像处理程序预先约定手势库进行比较，得出应该执行的飞行动作，将动作指令传输到飞控(5)，飞控(5)控制各个电机(2)完成动作，在执行动作过程中，云台控制器(9)通过自动调节云台(10)使摄像头(11)始终正对用户；第三步，通过遥控器一键返航键(22)收回飞行器。本发明设计了可折叠机架，使用飞行器的时候打开可折叠机架，可折叠机架就会锁定，飞行器可以正常起飞，不使用的时候打开锁扣折叠可折叠支架，这样飞行器体积变小，携带更加方便。
本发明设计的一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器，该系统操作简单，使用方便且易于携带，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明飞行器；
图2为本发明控制飞行器的遥控器；
图3为本发明飞行器供电图；
图4为本发明飞行器数据信号传输图；
图5为本发明遥控器供电图；
图6为本发明遥控器数据信号传输图；
图中：1、可折叠机架，2、电机，3、螺旋桨，4、支架，5、飞控，6、图像处理器，7、分电板，8、电源A，9、云台控制器，10、云台，11、摄像头，12、光流传感器，13、GPS，14、数传模块，15、无线传输模块A，16、开关键A，17、器件盒，18挂载平台，19、油门推杆，20、方向推杆，21、一键起飞键，22一键返航键，23、定高键，24、悬停键，25、开关键B，26、显示屏，27、电源B，28、处理器，29、无线传输模块B。
具体实施方式
一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器，包括飞行器主体、遥控器和手机APP；飞行器主体和遥控器、手机APP通过无线通讯方式进行交互；飞行器主体可与用户通过手势识别进行人机交互；飞行器主体可通过人脸识别进行自主跟拍。
飞行器主体包括可折叠机架(1)、电机(2)、螺旋桨(3)、支架(4)、飞控(5)、图像处理器(6)、分电板(7)、电源A(8)、云台控制器(9)、云台(10)、摄像头(11)、光流传感器(12)、GPS(13)、数传模块(14)、无线传输模块A(15)、开关键A(16)、器件盒(17)、挂载平台(18)。
遥控器包括油门推杆(19)、方向推杆(20)、一键起飞键(21)、一键返航键(22)、定高键(23)、悬停键(24)、开关键B(25)、显示屏(26)、电源B(27)、处理器(28)、无线传输模块B(29)。
在图1中，电机(2)分别固定在可折叠机架(1)的四个机臂末端，两支架(4)分别固定在可折叠机架(1)的左右两侧底部；分电板(7)固定在器件盒(17)内部底层的中心位置，飞控(5)固定在器件盒(17)内部顶层的中心位置；云台控制器(9)挂载在挂载平台(18)下表面靠左位置，光流传感器(12)挂载在挂载平台(18)下表面靠右位置；云台(10)挂载在云台控制器(9)正下方，摄像头固定在云台上；图像处理器(6)固定在器件盒(17)的上表面中心位置。所述的电源A(8)通过分电板(7)分别对所述的图像处理器(6)、云台控制器(9)和飞控(5)进行供电；所述的飞控(5)分别对所述的光流传感器(12)、GPS(13)、电机(2)和无线传输模块A(15)进行供电；所述的无线传输模块A(15)和无线传输模块B(29)通过无线通信方式配对连接以供信息交互；所述的数传模块(14)与所述的手机APP通过无线通信方式配对连接以供信息交互。
在图2中，遥控器整体呈手柄状，显示屏(26)位于所述的遥控器的中心位置，方向推杆(20)和油门推杆(19)对称固定在显示屏(26)左右两侧；电源槽内位于遥控器背面中心位置，电源B(27)安装在所述的电源槽内；处理器(28)与无线传输模块B(29)位于所述的遥控器内部。所述的电源B(27)对所述的处理器(28)进行供电；所述的处理器(28)分别与所述的油门推杆(19)、方向推杆(20)、一键起飞键(21)、一键返航键(22)、定高键(23)、悬停键(24)、开关键B(25)、显示屏(26)和无线传输模块B(29)进行电气连接以供传输数据。
本发明设计了手机APP，使用者可以通过手机控制飞行器飞行的位置和姿态，并且能在手机屏幕上看到摄像头拍摄的实时画面，也可以将拍摄图像资料保存在手机上。
本发明设计了基于手势识别的人机交互系统，用户只需要通过对着飞行器摄像头做出相应手势，就能达到控制飞行器的飞行姿态或摄像头的拍摄角度的目的。此外还设计了图像识别技术，飞行器可处理拍摄到的视频图像，通过人脸识别实现对单个目标以一定距离，一定角度跟踪拍摄。
实施例1：首先将飞行器可折叠支架(1)调节成为平展状机臂，接着按下开关键A(16)，再按下开关键B(25)打开遥控器，系统启动完毕后按下一键起飞键(21)，飞行器起飞后到达用户正前方3米处，以30度角俯拍摄视频，并在手机APP上实时显示拍摄画面，用户通过相应手势调整飞行器位置和姿态，对图像视角满意后再通过相应手势确认拍照或录像，图像采集完毕后，按下一键返航键(22)，飞行器根据GPS定位返回起飞点，用户按下开关键B(25)和开关键A(16)，用户解开锁扣折叠飞行器并回收。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器系统有了清楚的认识。
综上所述，本发明基于图像识别与无人飞行器，设计一种具有跟拍功能的飞行器系统，该系统飞行器机架可折叠，携带方便，具有广泛的应用前景。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器，其特征在于：该四旋翼飞行器包括飞行器主体、遥控器和控制端，控制端为安装在智能手机上的手机APP；飞行器主体和遥控器通过无线通讯方式进行交互，飞行器主体和遥控器和手机APP通过数传模块进行通信；
飞行器主体包括可折叠机架(1)、电机(2)、螺旋桨(3)、支架(4)、飞控(5)、图像处理器(6)、分电板(7)、电源A(8)、云台控制器(9)、云台(10)、摄像头(11)、光流传感器(12)、GPS(13)、数传模块(14)、无线传输模块A(15)、开关键A(16)、器件盒(17)和挂载平台(18)；
遥控器包括油门推杆(19)、方向推杆(20)、一键起飞键(21)、一键返航键(22)、定高键(23)、悬停键(24)、开关键B(25)、显示屏(26)、电源B(27)、处理器(28)和无线传输模块B(29)；
各个电机(2)分别固定在可折叠机架(1)的四个机臂末端，两支架(4)分别固定在可折叠机架(1)的左右两侧底部；各个螺旋桨(3)和各个电机(2)同轴连接，器件盒(17)固定在可折叠机架(1)的中心位置；分电板(7)固定在器件盒(17)的内部底层中心位置，飞控(5)固定在器件盒(17)内部顶层的中心位置，即分电板(7)的正上方；挂载平台(18)固定在器件盒(17)正下方，电源A(8)固定在挂载平台(18)的上表面；云台控制器(9)挂载在挂载平台(18)下表面靠左位置，光流传感器(12)挂载在挂载平台(18)下表面一侧的位置；云台(10)挂载在云台控制器(9)正下方，摄像头固定在云台上；图像处理器(6)固定在器件盒(17)的上表面中心位置；无线传输模块A(15)、数传模块(14)、开关键A(16)、GPS(13)固定在器件盒(17)的上表面；
所述的电源A(8)通过分电板(7)分别对所述的图像处理器(6)、云台控制器(9)和飞控(5)进行供电；所述的飞控(5)分别对所述的光流传感器(12)、GPS(13)、电机(2)和无线传输模块A(15)进行供电；所述的图像处理器(6)分别对所述的摄像头(11)和数传模块(14)进行供电；所述的云台控制器对所述的云台(10)进行供电；所述的飞控(5)与所述的光流传感器(12)、GPS(13)、电机(2)、图像处理器(6)和无线传输模块A(15)进行电气连接以供传输数据；所述的图像处理器(6)对所述的摄像头(11)和数传模块(14)进行电气连接以供传输数据；所述的云台控制器对所述的云台(10)进行电气连接以供传输数据；所述的无线传输模块A(15)和无线传输模块B(29)通过无线通信方式配对连接以供信息交互；所述的数传模块(14)与手机APP通过无线通信方式配对连接以供信息交互。
2.根据权利要求1所述的一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器，其特征在于：显示屏(26)位于所述的遥控器的中心位置，方向推杆(20)和油门推杆(19)对称固定在显示屏(26)的两侧；开关键(25)位于显示屏(26)上方中间位置；一键起飞键(21)、一键返航键(22)位于所述遥控器一侧上方横向排列，定高键(23)和悬停键(24)位于所述遥控器另一侧上方横向排列，与一键起飞键(21)、一键返航键(22)齐平；电源槽内位于遥控器背面中心位置，电源B(27)安装在所述的电源槽内；处理器(28)与无线传输模块B(29)位于遥控器内部。
3.根据权利要求1所述的一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器，其特征在于：所述的电源B(27)对所述的处理器(28)进行供电；所述的处理器(28)分别对所述的油门推杆(19)、方向推杆(20)、一键起飞键(21)、一键返航键(22)、定高键(23)、悬停键(24)、开关键B(25)、显示屏(26)和无线传输模块B(29)进行供电；所述的处理器(28)分别与所述的油门推杆(19)、方向推杆(20)、一键起飞键(21)、一键返航键(22)、定高键(23)、悬停键(24)、开关键B(25)、显示屏(26)和无线传输模块B(29)进行电气连接以供传输数据；所述的无线传输模块B(29)和无线传输模块A(15)通过无线通信方式配对连接以供信息交互。
4.根据权利要求1所述的一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器，其特征在于：所述的无线传输模块A(15)和无线传输模块B(29)之间的无线通信方式为WiFi或蓝牙，无线传输模块A(15)和无线传输模块B(29)之间的通讯协议设有密钥，通过密钥验证成功后，实现飞行器主体和遥控器的通信交互，通信交互内容包括飞行器的回传飞行状态、发送飞行控制指令；使用者还能够通过手机APP控制飞行器飞行的位置和姿态，并且能在智能手机的屏幕上看到摄像头拍摄的实时画面，也能够将摄像头拍摄的图像资料保存在手机上。
5.根据权利要求1所述的一种基于手势识别的交互式跟拍飞行器，其特征在于：第一步，通过遥控器的一键起飞键(21)与悬停键(24)控制飞行器悬停在用户正前方3米处，摄像头(11)镜头正对用户；第二步，用户对飞行器做出一个手势，摄像头(11)将拍到视频数据传输到图像处理器(6)进行处理，识别出该手势，将该手势与图像处理程序预先约定手势库进行比较，得出应该执行的飞行动作，将动作指令传输到飞控(5)，飞控(5)控制各个电机(2)完成动作，在执行动作过程中，云台控制器(9)通过自动调节云台(10)使摄像头(11)始终正对用户；第三步，通过遥控器一键返航键(22)收回飞行器。
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