CN109564433A - 用于可移动物体的高度控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于控制可移动物体(10)的方法和系统。该方法可以包括以下步骤或该系统可以被配置为执行以下步骤：确定可移动物体(10)的期望高度与测量高度之间的差异，确定可移动物体(10)的参考速度，并基于期望高度与测量高度之间的差异和参考速度来调整可移动物体(10)。

Description

用于可移动物体的高度控制的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及可移动物体控制，更具体地，涉及用于控制可移动物体的高度的系统和方法。
背景技术
无人驾驶飞行器(UAV)，有时被称为“无人驾驶飞机”，可以被配置为携带负载，诸如货物、光学设备(例如照相机、摄像机等)、传感设备或其他类型负载。有时可以结合使用光学或传感设备收集的信息对UAV进行控制，以识别和跟随或“跟踪”诸如人、载运工具、移动物体等的目标。当UAV用于执行目标跟踪时，通常希望将UAV保持在远离目标和/或地面的一定距离处。例如，可能需要UAV在目标后面(或前面)的一定距离处和/或地面上方的一定距离处跟踪目标。
当跟踪目标时，目标可能穿过不平坦的地形或倾斜的地形(例如山丘、台阶、坡道等)。目标还可能遇到障碍物，诸如墙壁、建筑物、载运工具和/或地面上方达到一定高度的其他物体。当目标遇到倾斜的地形或障碍物时，目标可以避开它(即，留在水平地面上)或穿过它，从而改变其高度。当目标穿过不平坦的或倾斜的地形或障碍物时，当前目标跟踪系统不能在保持稳定飞行时，同时跟踪目标。也就是说，能够与目标保持期望水平距离的当前目标跟踪系统未被配置为当在目标跟踪期间遇到斜坡、障碍物等时，在垂直方向上以期望的飞行参数保持稳定飞行。
因此，需要改进的系统和方法，用于测量和控制在变化的地形上移动的可移动物体的高度。
发明内容
在一方面，本公开涉及一种控制可移动物体以跟踪目标的方法。该方法可以包括确定可移动物体的期望高度与测量高度之间的差异，并确定可移动物体或目标的参考速度。该方法还可以包括基于期望高度与测量高度之间的差异和参考速度来调整可移动物体。
在另一方面，本公开涉及一种用于控制可移动物体以跟踪目标的系统。该系统可以包括其中存储有指令的存储器和具有处理器的控制器。处理器可以被配置为执行指令以确定可移动物体的期望高度与测量高度之间的差异，确定可移动物体或目标的参考速度，并基于期望高度与测量高度之间的差异和参考速度来调整可移动物体。
在又一方面，本公开涉及一种无人驾驶飞行器(UAV)。UAV可以包括推进装置、存储指令的存储器以及与推进装置通信并被配置为控制UAV以跟踪目标物体的控制器。控制器可以包括处理器，该处理器被配置为执行指令以确定UAV的期望高度与测量高度之间的差异，确定UAV或目标的水平速度，并基于期望高度与测量高度之间的差异和水平速度来调整UAV。
在又一方面，本公开涉及一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，当被执行时该指令使得计算机执行控制可移动物体以跟踪目标的方法。该方法可以包括确定可移动物体的期望高度与测量高度之间的差异，确定可移动物体或目标的参考速度，并基于期望高度与测量高度之间的差异和参考速度来调整可移动物体。
附图说明
图1是具有与本公开的实施例一致的控制系统的示例性可移动物体的示意图；
图2A和图2B示出了与本公开的实施例一致的示例性终端；
图3示出了与本公开的实施例一致的示例性控制系统；
图4示出了与本公开的实施例一致的示例性坐标系和坐标轴惯例；
图5A示出了与本公开的实施例一致的示例性跟踪系统；
图5B示出了与本公开的实施例一致的用于目标跟踪的系统；
图6示出了与本公开的实施例一致的示例性跟踪系统；
图7A和图7B示出了与本公开的实施例一致的示例性跟踪系统；以及
图8是与本公开的实施例一致的示例性控制系统的示意图。
具体实施方式
下面的详细描述参考附图。在可能的情况下，在附图和下面的描述中使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。虽然在本文中描述了若干说明性的实施例，但可以有修改、调整以及其他实现。例如，可以对附图中所示出的组件做出替换、添加或修改，并且可以通过替换、重新排序、移除所公开的方法的步骤或向所公开的方法添加步骤来修改本文中所描述的说明性的方法。因此，下面的详细描述不限于所公开的实施例和示例。相反，适当的范围由所附权利要求限定。
无人驾驶飞行器(UAV)在许多行业中被认可，并且在许多情况中被认为是用于使人员摆脱直接执行某任务的职责的有用工具。例如，UAV已被用于运送货物、进行监视并且在专业场所和休闲场所中采集各种类型的成像数据和传感数据(例如照片、视频、超声的、红外的等)，从而提供极大的灵活性并增强了人的能力。
尽管它们可能是“无人驾驶的”，即在没有机载人员的情况下操作，但是UAV通常由机外人员完全或部分地操作，机外人员可以负责控制飞行和/或其他相关任务的多个方面(例如控制货物、操作成像装置等)。在许多情况下，相关任务(诸如操作安装在UAV上的成像装置)必须与飞行控制同时执行，这是相当有挑战性的。
例如，在专业摄影、电影摄影和视频摄影中，UAV可以配备有成像装置并用于从静止和/或移动的视角捕捉对于人员来说在其他情况下可能难以捕捉的镜头。在这些情况下，必须同时控制UAV飞行参数与成像设备的操作，这可能需要操作者的高水平技能。为了简化飞行控制并允许操作者更专注于操作成像设备，一些UAV被配置为执行目标跟踪，这使得UAV能够自动地跟随移动目标(例如人、载运工具或另一移动物体)。
目标跟踪可能对UAV操作者而言是有帮助的，这是因为它可以使得UAV能够在与目标相距指定距离跟随该目标时自动保持稳定的飞行。例如，操作者可能希望UAV在距目标一定水平距离处(例如在后面或在前面)或在距地面一定垂直距离处(即在一定高度处)跟随目标。然而，在目标跟踪期间，当目标穿过不平坦的或倾斜的地形(例如山丘、台阶、坡道等)时或当在飞行期间遇到障碍物(诸如墙壁、建筑物、载运工具和/或达到地面上方一定高度的其他物体)时，同时控制UAV的高度是非常困难的。目标跟踪系统可以检测到这些特征和物体，从而歪曲UAV高度的确定。这种歪曲可能导致跟踪系统通过突然改变UAV高度而作出反应，其可能产生不一致的影片和视频镜头或需要用户不断地对光学设备进行调整以抵消高度改变。因此，用于在目标跟踪期间确定和控制UAV高度的改进系统和方法是被需要的。
图1示出了示例性可移动物体10，其可以被配置为在环境内移动或行进。可移动物体10可以是被配置为在合适的介质上或介质内(例如表面、空气、水、铁轨、空间、地下等)行进的任何合适的物体、装置、机构、系统或机器。例如，可移动物体10可以是无人驾驶飞行器(UAV)。尽管出于该描述的示例性目的，可移动物体10在本文中被示出并描述为UAV，但应理解，其他类型的可移动物体(例如轮式物体、航海物体、机车物体、其他空中物体等)也可以或备选地被用于与本公开一致的实施例中。如本文中所使用的，术语UAV可以指代被配置为自动地(例如经由电子控制系统)和/或由机外人员手动地操作和/或控制的空中设备。
可移动物体10可以具有壳体11，可以包括一个或多个推进组件12，并且可以被配置为携带负载14。在一些实施例中，如图1所示，负载14可以通过载体16连接或附接到可移动物体10，其可以允许负载14和可移动物体10之间的一个维度或多个维度的相对运动。在其他实施例中，负载14可以在没有载体16的情况下直接安装到可移动物体10。可移动物体10还可以包括感测系统18、通信系统20和与其他组件通信的控制器22。
可移动物体10可以包括一个或多个(例如1个、2个、3个、4个、5个、10个、15个、20个等)推进装置，诸如位于不同定位处(例如可移动物体10的顶部、侧面、前部、后部和/或底部)的一个或多个推进组件12，用于推进和引导可移动物体10。推进组件12可以是可操作以生成用于维持受控飞行的力的装置或系统。推进组件12可以共享电源或可以分别包括或可操作地连接到电源，电源诸如马达M(例如，电动机、液压马达、气动马达等)、发动机(例如，内燃机、涡轮发动机等)、电池组等或其组合。每个推进组件12还可以包括一个或多个旋转部件24，一个或多个旋转部件可驱动地连接到电源并且被配置为参与产生用于维持受控飞行的力。例如，旋转组件24可以包括转子、螺旋桨、叶片、喷嘴等，其可以被驱动，或通过轴、轮轴、车轮、液压系统、气动系统或被配置为从动力源传送动力的其他组件或系统驱动。推进组件12和/或旋转组件24可以是相对于彼此和/或相对于可移动物体10可调整的(例如，可倾斜的)。备选地，推进组件12和旋转组件24可以相对于彼此和/或可移动物体10具有固定的取向。在一些实施例中，每个推进组件12可以是相同的类型。在其他实施例中，推进组件12可以是多个不同的类型。在一些实施例中，可以一致地(例如，都以相同的速度和/或角度)控制所有推进组件12。在其他实施例中，可以相对于例如速度和/或角度独立地控制一个或多个推进装置。
推进组件12可以被配置为在一个或多个垂直和水平方向上推进可移动物体10，并允许可移动物体10围绕一个或多个轴旋转。也就是说，推进组件12可以被配置为提供升力和/或推力，用于产生和保持可移动物体10的平移运动和旋转运动。例如，推进组件12可以被配置为使得可移动物体10能够实现并保持期望的海拔，提供用于在所有方向上运动的推力以及提供用于引导可移动物体10的推力。在一些实施例中，推进组件12可以使得可移动物体10能够执行垂直起飞和着陆(即在没有水平推力的情况下起飞和着陆)。在其他实施例中，可移动物体10可能需要恒定的最小水平推力以实现飞行并维持飞行。推进组件12可以被配置为使得可移动物体10能够沿着多个轴和/或围绕多个轴运动，如以下结合图4所述。
负载14可以包括一个或多个传感装置19。传感装置19可以包括用于采集或生成数据或信息的装置，诸如测量、跟踪和捕捉目标的图像或视频(例如物体、风景、照片或视频拍摄的主题等)。传感装置19可以包括被配置为收集可以用于生成图像的数据的成像装置。例如，成像装置可以包括照相机、摄像机、红外成像装置、紫外成像装置、x射线装置、超声成像装置、雷达装置等。传感装置19还可以包括或备选地包括用于捕捉音频数据的装置，诸如麦克风或超声检测器。传感装置19还可以包括或备选地包括用于捕捉视觉、音频和/或电磁信号的其他合适的传感器。
传感装置19还可以包括或备选地包括用于测量、计算或以其他方式确定可移动物体10的位置或定位的装置。例如，传感装置19可以是用于确定可移动物体10的高度(即，地面上方的距离)和/或可移动物体10的海拔(即，相对于海平面)的装置。传感装置19可以包括光学传感器(例如相机、双目相机等)、超声传感器、气压计、雷达系统(例如毫米波雷达)、激光系统等。在一些实施例中，可移动物体10可以配备有多个传感装置19，每个传感装置是可操作用于生成不同的测量值信号。传感装置19还可以是或备选地为或包括用于确定可移动物体10的运动、取向和/或定位的装置，诸如用于定位系统的定位传感器(例如GPS、GLONASS、伽利略(Galileo)、北斗、GAGAN等)、运动传感器、惯性传感器(例如IMU传感器)、接近传感器、图像传感器等。传感装置19还可以包括传感器或被配置为提供与周围环境有关的数据或信息，诸如天气信息(例如温度、压力、湿度等)、照明条件、空气成分或附近的障碍物(例如物体、结构、人、其他载运工具等)。
载体16可以包括被配置为保持负载14和/或允许相对于可移动物体10调整(例如旋转)负载14的一个或多个装置。例如，载体16可以是云台。如下所述，载体16可以被配置为允许负载14围绕一个或多个轴旋转。在一些实施例中，载体16可以被配置为允许围绕每个轴360°旋转，以允许更大程度地控制负载14的视角。在其他实施例中，载体16可以将有效载荷14围绕其轴中的一个或多个轴的旋转范围限制为小于360°(例如，≤270°，≤210°，≤180°，≤120°，≤90°，≤45°，≤30°，≤15°等)。
通信系统20可以被配置为使得数据、信息、命令和/或其他类型的信号能够在控制器22和机外实体之间传输。通信系统20可以包括被配置为发送和/或接收信号的一个或多个组件，诸如被配置为执行单向或双向通信的接收器、发送器或收发器。通信系统20的组件可以被配置为经由一个或多个通信网络(诸如无线电、蜂窝、蓝牙、Wi-Fi、RFID和/或可用于发送指示数据、信息、命令的信号和/或其他信号的其他类型通信网络)与机外实体通信。例如，通信系统20可以被配置为使得能够与用户输入装置(诸如控制终端(“终端”)26)进行通信，以便在飞行期间提供用于控制可移动物体10的输入。
终端26可以被配置为接收输入，诸如来自用户的输入(即用户输入)，并将指示输入的信号传输到控制器22。终端26可以被配置为接收输入并生成指示一种或多种类型的信息的对应的信号，诸如用于移动或操纵可移动设备10(例如经由推进组件12)、负载14和/或载体16的控制数据(例如信号)。终端26还可以被配置为从可移动物体10接收数据和信息，诸如与如下内容有关的操作数据：例如位置数据、速度数据、加速度数据、传感数据以及与可移动物体10、其组件和/或其周围环境有关的其他数据和信息。终端26可以是具有被配置为控制飞行参数的物理棒的遥控器，或具有用于相同目的的虚拟控制的触摸屏装置(诸如智能手机或平板电脑)，或在智能手机或平板电脑上的应用，或者其组合。
现在参考图2A和图2B，终端26可以包括通信装置28，其促使在终端26与诸如可移动物体10之类的其他实体之间传送信息。通信装置28可以包括天线或被配置为发送或接收信号的其他装置。终端26还可以包括一个或多个输入装置30，所述输入装置30被配置为从用户接收输入，以便与可移动物体10通信。图2A示出了终端26的一个示例性实施例，终端26具有多个输入装置30，输入装置30被配置为接收对可移动物体10的期望运动(手动飞行控制设置、自动飞行控制设置、飞行控制辅助设置等)或载体16、负载14或其他组件的期望控制加以指示的用户输入。然而，应理解，终端的其他可能的实施例或布局是可能的，并且在本公开的范围内。
如图2B所示，终端26还可以包括显示装置32，显示装置32被配置为向用户显示信息和/或从用户接收信息(例如，与可移动物体10的运动和/或与用负载14捕捉的成像数据有关的信息)。在一些实施例中，显示装置32可以是多功能显示装置，其被配置为在多功能屏幕34上显示信息以及经由多功能屏幕34接收用户输入。例如，在一个实施例中，显示装置32可以被配置为经由多功能屏幕34接收一个或多个用户输入。在另一实施例中，多功能屏幕34可以构成用于接收用户输入的唯一的输入装置。在一些实施例中，显示装置32可以是与终端26和/或可移动物体10通信的单独的电子设备(诸如蜂窝电话、平板电脑、计算机等)的显示装置。例如，终端26(或可移动物体10)可以被配置为与具有存储器和至少一个处理器的电子装置通信，然后这些电子装置可以用于经由与电子装置相关联的输入装置(例如多功能显示器、按钮、存储的应用、基于Web的应用等)来提供用户输入。终端26(或可移动物体10)与电子装置之间的通信还可以被配置为允许接收软件更新包和/或其他信息，然后将其传输到控制器22(例如经由通信系统20)。
在一些实施例中，终端26可以是或包括用于接收一个或多个用户输入的交互式图形界面。也就是说，终端26可以是图形用户界面(GUI)和/或包括输入装置30的一个或多个图形版本，用于接收用户输入。终端26和/或输入装置30的图形版本可以在显示装置(例如显示装置32)或多功能屏幕(例如多功能屏幕34)上显示，并且包括诸如交互式图形特征(例如图形按钮、文本框、下拉菜单、交互式图像等)的图形特征。在一些实施例中，终端26可以是或包括计算机应用(例如“app”)，以在任何合适的电子装置(例如蜂窝电话、平板电脑等)的显示装置或多功能屏幕上提供交互式界面，用于接收用户输入。
图3示出了与本公开的实施例一致的示例性控制系统35，该示例性控制系统35被配置为控制可移动物体10的目标跟踪和/或高度控制。控制系统35可以包括与控制器22通信的感测系统18、通信系统20和推进系统37(例如，推进组件12和有关组件)。控制器22可以包括一个或多个组件，例如存储器36和至少一个处理器38。存储器36可以是或包括非暂时性计算机可读介质，并且可以包括非暂时性计算机可读介质的一个或多个存储器单元。存储器36的非暂时性计算机可读介质可以是或包括任何类型的盘，包括：软盘、光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器和磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪存设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器IC)或者适于存储指令和/或数据的任何类型的介质或设备。存储器单元可以包括非暂时性计算机可读介质的永久和/或可移除部分(例如，诸如SD卡、RAM等的可移动介质或外部存储)。
来自感测系统18的信息和数据可以被传输到存储器36的非暂时性计算机可读介质并在其中存储。与存储器36相关联的非暂时性计算机可读介质还可以被配置为存储可由处理器38执行的逻辑、代码和/或程序指令，以执行本文中描述的方法的任何合适的实施例。例如，与存储器36相关联的非暂时性计算机可读介质可以被配置为存储计算机可读指令，当该计算机可读指令通过处理器38执行时，使得处理器执行包括一个或多个步骤的方法。由处理器基于存储在非暂时性计算机可读介质中的指令执行的方法可以涉及对输入进行处理，所述输入诸如存储在存储器36的非暂时性计算机可读介质中的数据或信息的输入、从终端26接收的输入、从感测系统18接收的输入(例如，直接从感测系统接收的或从存储器检索的)和/或经由通信系统20接收的其他输入。非暂时性计算机可读介质可以被配置为存储处理器38将要处理的来自感测系统18的感测数据。在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质可以用于存储由处理器38产生的处理结果。
处理器38可以包括一个或多个处理器，并且可以包含可编程处理器(例如中央处理单元(CPU))。处理器38可以可操作地与存储器36耦合或被配置为存储可由处理器38执行的程序或指令的另一个存储器装置，用于执行一个或多个方法步骤。注意，本文中所描述的方法步骤可以存储在存储器36中，并且被配置为由处理器38执行以使得由处理器38来执行该方法步骤。
在一些实施例中，处理器38可以包括和/或备选地可操作与一个或多个控制模块耦合，诸如跟踪控制模块40和高度控制模块42，其将在以下更详细地解释。跟踪控制模块40可以被配置为帮助控制可移动物体10的推进组件12相对于六个自由度(例如，沿着其坐标的三个平移方向和围绕其坐标轴的三个旋转方向)调整可移动物体10的空间配置、速度和/或加速度，使可移动物体10能够跟踪目标。高度控制模块42可以被配置为帮助控制可移动物体10的推进组件12在执行目标跟踪时在垂直方向上调整可移动物体10的位置、速度和/或加速度。跟踪控制模块40和高度控制模块42可以用在处理器38上执行的软件来实现，或者可以用与处理器38分开的硬件或软件组件来实现(图中未示出)。
处理器38可以可操作地耦接到通信系统20，且被配置为从一个或多个外部设备(例如终端26、显示装置32或其他遥控器)发送和/或接收数据。可以使用任何合适的通信手段(诸如有线通信或无线通信)来将数据和信息传送到控制器22或从控制器22传送数据和信息。例如，通信系统20可以利用以下中的一个或多个：局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外线、无线电、Wi-Fi、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等。可选地，可以使用中继站，诸如塔、卫星或移动基站。无线通信可以是接近度相关的或接近度不相关的。在一些实施例中，通信可能需要或可能不需要视距。通信系统20可以发送和/或接收以下中的一个或多个：来自感测系统18的感测数据、由处理器38产生的处理结果、预定控制数据、来自终端26或遥控器的用户命令等。
可以以任何合适的配置布置控制器22的组件。例如，控制器22的组件中的一个或多个可以定位在可移动物体10、载体16、负载14、终端26、感测系统18或与上述装置中的一个或多个通信的附加外部装置上。在一些实施例中，一个或多个处理器或存储器装置可以位于不同的位置，例如位于可移动物体10、载体16、负载14、终端26、感测模块18、与上述一个或多个进行通信的附加外部装置、或其合适组合上，使得由系统执行的处理和/或存储功能的任何合适方面可以发生在前述位置中的一个或多个位置。
可以在定义的坐标系中理解和控制可移动物体10的飞行行为。例如，图4示出了相对于可移动物体10定义的局部坐标系，用于从可移动物体10的视角描述运动。局部坐标系可以包括三个轴，诸如X轴(例如第一水平轴)、Y轴(例如第二水平轴)和Z轴(例如垂直轴)。可移动物体10的运动可以包括横滚、俯仰、偏航、水平平移(例如左、右、向前、向后等)、垂直平移(例如高度或海拔)、水平速度、垂直速度、旋转速度(例如角度、径向、切向、轴向等)和加速度(例如水平、垂直、旋转等)。局部坐标系的每个轴可以与在飞行期间能够改变或调整的一个或多个特定位置或运动参数相关联，以促进对可移动物体10的有效控制使得能够进行对可移动物体10的目标跟踪和高度控制。
例如，在图4的示例性局部坐标系中，X轴、Y轴和Z轴中的每一个可以与沿着相应轴或在相应轴的方向上的平移运动和线性位移以及围绕相应轴的旋转运动和角位移相关联。在图4的示例中，X轴也可以被称为俯仰轴，可移动物体10可以围绕该俯仰轴进行俯仰旋转运动(例如，倾向于向上倾斜可移动物体10的前部或后部中的一个，同时向下倾斜另一个的运动)，并且可移动物体10可以沿着该俯仰轴进行一侧到一侧(例如左或右)的平移运动。Y轴可以被称为横滚轴，可移动物体10可以围绕该横滚轴进行横滚旋转运动(即，倾向于向上倾斜可移动物体10的左侧或右侧中的一个，同时向下倾斜另一侧的运动)，并且可移动物体10可以沿着该横滚轴进行前后的平移运动。Z轴可以被称为偏航轴，可移动物体10可以围绕该偏航轴进行偏航旋转运动(即，在由X轴和Y轴定义的平面上或与之平行的旋转运动)，并且可移动物体10可以沿着该偏航轴进行上下(即垂直的、海拔或高度)平移运动。本领域普通技术人员应明白，可以使用更多或更少的轴或不同的轴规定。还应注意，使用方向的描述和平面的描述(例如，一侧到一侧、前后、上下、水平、垂直等)仅仅是出于示例和说明的目的而不是限制性的。
如上所述，用户需要经验和技能来(例如，经由终端26)控制和保持可移动物体10沿着和/或围绕每个轴的稳定飞行，特别是在复杂的飞行调遣期间和/或当用户必须同时控制诸如相机之类的附属设备的操作时。例如，参考图5A，当用户控制可移动物体10跟随沿着其局部坐标系的X轴(或Y轴)移动的目标并保持与该目标对准时，用户通常必须非常努力地保持期望的跟踪参数(例如距目标的距离、速度、加速度、高度等)，同时还必须有效地操作附属设备(例如相机)。当目标行进的地形不平坦，具有斜坡或高度改变，或具有目标和/或可移动物体10可以穿过的障碍物时，该任务甚至可能更富于挑战性。为了帮助操作者在保持稳定飞行的同时跟随目标，可移动物体10可以被配置为自动地跟踪目标(即执行目标跟踪)。也就是说，控制器22结合感测系统18和/或通信系统20可以被配置为生成和/或接收数据和/或其他输入、识别目标以及控制推进系统(例如推进组件12)根据期望的跟踪和飞行参数来跟随目标。
参考图5B，可以结合连接到可移动物体10的诸如相机44之类的传感装置(即图1的传感装置19)来执行目标跟踪。相机44可以被配置为在图像坐标系50中捕捉图像平面48上的目标图像46。可以在图像平面48中的目标图像46的周围生成边界框52。
可以基于孔径成像模型来表示目标图像46，孔径成像模型假设来自三维空间中的物点的光线可以被投影到图像平面上以形成像点。相机44可以包括光轴54、具有中心56和焦距58的镜子。当光轴54穿过镜子中心56和图像平面48的中心时，镜子中心56和图像平面48的中心之间的距离可以与焦距58相等或基本相似。
然后可以基于几何关系和坐标变换来确定在镜子中心56和目标之间的地面上的投影相对距离60(即，沿着X轴从相机44到目标的距离)。例如，在世界坐标系中，目标可以具有顶部目标点(xt，yt，zt)和底部目标点(xb，yb，zh)，其可以投影在图像平面48上分别作为顶部图像点(ut，vt)和底部图像点(ub，vb)。顶部线以相对于世界坐标的Z轴的第一倾斜角62穿过镜子中心56和顶部图像点。此外，底部线以相对于Z轴的第二倾斜角64穿过镜子中心56和底部图像点。
从相机44到目标的顶部和底部的方向向量和可以表示如下。
其中，K表示相机的固有矩阵，R表示相机旋转。
然后可以基于相机的高度hc和图像坐标系50中的边界框52的位置来确定到目标的距离60。例如，到目标的距离60可以计算为d＝-hc/zb*Pb，目标高度66可以计算为ho＝hc+ztd/Pt，其中，hc是相机的测量高度或有效高度，Pb是在地面上的投影长度，且Pt是在地面上的投影长度，其定义如下。
此后，系统可以估计到目标的水平距离60(即，沿着X轴)，即使当目标海拔改变时(例如当目标穿过崎岖的地形、斜坡、楼梯、攀爬物体、在不同海拔处悬停或飞行等时)。目标和可移动物体10之间在地面上的投影相对距离60可以计算为hc/乩，其中，dh表示在距相机的单位距离处的目标的估计高度，其可以使用下面的公式计算。
为了提供目标跟踪，控制器22可以被配置为自动地控制推进组件12，以便在飞行期间将水平距离60保持在期望值或默认值。例如，跟踪控制模块40可以被配置为连续地或周期性地计算水平距离60并使用反馈控制(例如PID控制)以将水平距离60保持在(例如，用户经由终端26输入的)期望值或默认值。即使在跟踪目标期间当可移动物体10的高度改变时(例如，当可移动物体穿过崎岖的地形、斜坡、其他物体等时)，也可以进行目标跟踪。
如上所述，沿着水平面跟踪目标需要测量或以其他方式确定相机44的高度hc。相机44的高度hc与可移动物体10的高度hUAV(或“实际高度”)有关，这是因为相机44(或其他类型的传感装置19)直接或通过载体16连接到可移动物体10。如本文所使用的，“高度”可以指代沿着垂直轴距参考表面、参考物体、参考特征(例如地形、表面、物体等的特征)或其他参考定位的距离。“实际高度”可以指代物体的高度，而“测量高度”可以指代高度测量值(例如实际高度的测量值、相对高度的测量值或另一高度)。因此，随着可移动物体10的实际高度hUAV在飞行期间改变，从相机44的角度来看，目标的视野或视角可以改变。虽然视野或视角的这种改变可能不妨碍在水平方向上的目标跟踪(如上所述)，但操作者可能需要很高的技能来确保相机44保持目标的视野和/或确保采集到高质量的光学镜头。例如，当突然调整可移动物体10的实际高度hUAV以便诸如跟随突然穿过斜面或另一物体的移动目标，或在调遣期间突然调整可移动物体10的实际高度hUAV以便在障碍物(例如，墙壁或其他物体)上方飞行时，可能需要用户快速重新调整相机44以便保持目标的视野。当频繁发生这种剧烈的高度改变时，操作者可能难以保持用于目标跟踪的目标的视野同时还收集稳定的光学镜头。
为了帮助操作者控制可移动物体10的实际高度hUAV，控制系统35(参考图3)可以被配置为在水平方向上的目标跟踪期间，自动地控制可移动物体10的实际高度hUAV。现在参考图6，控制系统35可以被配置为基于由感测系统18生成的高度测量值和可移动物体10的水平速度来控制推进系统37，使得在目标跟踪期间，能够对可移动物体10的实际高度hUAV进行反馈控制。
在一些实施例中，控制系统35可以从感测系统18接收高度测量值hm，其可以指示可移动物体10的实际高度hUAV。高度测量值hm可以指示测量高度，例如，可移动物体10的实际高度hUAV。例如，一个或多个传感装置19(例如相机44、红外成像装置、紫外成像装置、x射线装置、超声成像装置、雷达装置等)可以生成可以被传输到控制器22中的高度控制模块42的一个或多个高度测量值信号。高度控制模块42可以包括高度分析器(例如高度分析模块)或以其他方式被配置为基于高度测量值hm确定可移动物体10相对于地面的实际高度hUAV。例如，在一些实施例中，高度控制模块42可以基于来自感测系统18(例如来自一个传感装置)的单个的高度测量信号来确定可移动物体10的高度测量值hm。在其他实施例中，高度控制模块42可以基于对多个高度测量值信号(例如来自多个或不同类型的传感器)和/或由感测系统18生成的其他数据的分析来确定可移动物体10的高度测量值hm。
控制系统35可以被配置为确定可移动物体10的高度测量值hm和可移动物体10的期望高度hREF之间的差异。可移动物体10的期望高度hREF可以是默认高度值或用户选择的高度值。也就是说，期望高度hREF可以是控制高度(即可移动物体10将要移动到或保持的高度)。例如，用户可以使用终端26提供对期望高度hREF加以指示的输入，并且终端26可以生成对期望高度hREF加以指示的信号，其中控制系统35可以经由通信系统20接收该信号。可以将可移动物体10的高度测量值hm和可移动物体10的期望高度hREF输入到加法器或以其他方式进行处理，以生成对可移动物体10的高度测量值hm与期望高度hREF之间的差异Δh加以指示的信号。可移动物体的高度测量值hm与期望高度hREF之间的差异Δh可以表示高度误差信号。高度控制模块42可以使用该高度误差信号来执行对可移动物体的实际高度hUAV的反馈控制，以实现和/或保持期望高度hREF。
控制系统35还可以被配置为接收指示参考速度的信号。在一些实施例中，为了在可移动物体10的实际高度hUAV的反馈控制中使用，可移动物体的水平速度VDX可以作为参考速度。可以使用其他类型的参考速度，例如，在其他方向上的速度(例如，沿着或围绕可移动物体10的其他轴或其他坐标或参考系统中的轴)。在一些实施例中，可以使用一个或多个传感器确定可移动物体10的水平速度VDX。例如，可移动物体10可以配备有一个或多个差压传感器，其被配置为测量可移动物体10的气流速度。备选地，推进组件12可以配备有速度传感器(例如磁传感器、光学传感器、编码器等)，其被配置为确定每个推进组件的旋转速度。基于每个推进组件12的旋转速度，控制器22可以被配置为确定可移动物体10的水平速度VDX。在一些实施例中，可以基于水平速度VDX到参考速度信号(例如，用户经由终端26生成的)的映射或其他相关性凭经验确定水平速度VDX。可以使用确定可移动物体10的水平速度VDX的其他方式。
在其他实施例中，参考速度可以是目标的水平速度(即目标跟踪的物体)。例如，在一些情况下，可以控制可移动物体10当目标移动或行进时在一定距离处(或从一定相对位置)跟随目标。在目标跟踪期间，可移动物体10的水平速度可以等于目标的水平速度或在目标的水平速度的可接受范围内。因此，所确定的目标的水平速度可以用作参考速度或用于确定参考速度。目标的水平速度可以例如通过与目标相关联(例如在机上)并被配置为生成速度信号的速度传感器来确定，诸如气流速度传感器、基于位置的传感器(例如基于GPS的速度传感器)、经验速度传感器(例如被配置为根据其他参数(诸如马达速度、发动机速度、车轮速度、空间取向等)确定速度的电子控制器或电子控制模块)或其他类型的速度传感器。可以将速度信号传输到可移动物体10，用于进一步处理。附加地或备选地，可以使用诸如雷达、超声、激光或其他类型的速度检测系统的机外系统来确定目标速度。
控制系统35可以被配置为自动地生成控制信号，该控制信号被配置为基于可移动物体的水平速度VDX和可移动物体10的高度测量值hm与期望高度hREF之间的差异Δh来改变可移动物体的实际高度hUAV。例如，高度控制模块42可以包括反馈控制器或以其他方式被配置为使用反馈控制(例如，PID控制)来生成控制信号，以通过调整可移动物体10的一个或多个运动特性，来改变可移动物体10的实际高度hUAV并减小期望高度hREF与高度测量值hm之间的差异Δh。例如，由高度控制模块42生成的控制信号可以被配置为控制推进系统18的操作，以便以一定的垂直控制速度VCz实现实际高度hUAV的改变。也就是说，控制信号可以被配置为控制推进组件12，以便在垂直方向(例如上或下)上以等于垂直控制速度VCz的垂直速度VDz推进可移动物体10，以便实现实际高度hUAV的改变，用于减小期望高度hREF和高度测量值hm之间的差异Δh。
在一些实施例中，为了确保平滑、稳定的视频捕捉，控制信号可以被配置为使得可移动物体10以期望的垂直控制速度垂直运动。例如，用户可以提供指示期望的垂直控制速度的输入(例如经由终端26)。在其他实施例中，期望的垂直控制速度可以是默认的垂直控制速度，其可以存储在存储器36中或经由通信系统20接收。在其他实施例中，高度控制模块42可以被配置为基于映射、算法、模型或基于一个或多个因素(诸如水平速度VDx、当前垂直速度VDz、在可移动物体10的路径中检测到的障碍物、检测到的地形特征(例如山丘、斜坡、凹陷、悬崖、墙壁等)或其他输入)的其他计算来确定期望的控制速度。
在其他实施例中，控制系统35可以被配置为确定最大垂直控制速度VCz_MAX并生成控制信号，该控制信号被配置为在目标跟踪和/或自动高度控制期间基于最大垂直控制速度VCz_MAX来改变可移动物体的高度。控制系统35可以被配置为基于可移动物体10的水平速度VDx来确定最大控制速度VCz_MAX。也就是说，可以基于可移动物体10跟随或跟踪目标的水平速度来确定最大控制速度VCz_MAX。最大控制速度VCz_MAX可以表示用于调整可移动物体10的实际高度hUAV的最大可允许垂直速度。在一些实施例中，最大控制速度VCz_MAX可以响应于用户输入的命令(例如经由终端26生成的)来限制可移动物体10的垂直速度VDz。在其他实施例中，最大控制速度VCz_MAX可以在对可移动物体10的实际高度hUAV进行自动控制(例如反馈控制)期间，限制可移动物体10的垂直速度VDz。
在一些实施例中，垂直控制速度(例如默认的或用户选择的垂直控制速度)和/或最大垂直控制速度VCz_MAX可以与第一垂直控制比例因子k1和可移动物体10的水平速度VDx的乘积成比例，如以下等式所示。
VCz_MAX＝k1×VDx
在一些实施例中，第一垂直控制比例因子k1可以凭经验确定并存储在存储器36内，用于在目标跟踪和/或自动高度控制期间由处理器38访问。在其他实施例中，第一垂直控制比例因子k1可以由控制系统35(例如由高度控制模块42)基于一个或多个因素来确定的，所述一个或多个因素例如是可移动物体10的当前垂直速度VDz、在可移动物体10的路径中检测到的障碍物、检测到的地形特征(例如山丘、斜坡、凹陷、悬崖、墙壁等)或其他输入。在其他实施例中，第一垂直控制比例因子k1可以由用户选择。例如，可以允许用户提供对期望的第一垂直控制比例因子k1(例如k1的期望值)加以指示的用户输入(例如经由终端26)，从k1的预选值列表中进行选择，或者在最小值和最大值之间调整k1的值。可以使用确定或提供对第一垂直控制比例因子k1加以指示的输入的其他方式。
通过选择第一垂直控制比例因子k1，用户能够在自动地控制可移动物体10的实际高度hUAV时(例如在目标跟踪期间)，控制可移动物体10在垂直方向上移动的速度。例如，当允许快速改变可移动物体10观看目标的高度时，或者当更有经验的操作者控制可移动物体10时，可以选择较高的第一垂直控制比例因子k1。相反，当不允许快速改变可移动物体10观看目标的高度时，或者当可移动物体10的操作者具有较少经验时，可以选择较低的第一垂直控制比例因子k1。
注意，本文中关于第一垂直控制比例因子k1使用的词语“第一”仅是当在多个垂直控制比例因子之间进行区分时(例如，在第一垂直控制比例因子k1和第二垂直控制比例因子k2之间进行区别)出于方便和清楚的目的而使用的。类似地，关于其他垂直控制比例因子的词语“第二”、“第三”等的使用仅仅是出于方便和在本描述中的垂直控制比例因子当中进行区分的目的。
在一些实施例中，可能希望限制在目标跟踪和/或自动高度控制期间调整可移动物体10的实际高度hUAV的程度。例如，当目标在具有在地表面上方或下方延伸的高度或深度的地形特征或障碍物上方、下方或附近移动时，地形特征或障碍物与地表面之间的高度差异可能导致UAV的高度测量值hm与期望高度hREF之间的差异Δh的绝对值增加。响应于该增加，控制系统35可以改变可移动物体的实际高度hUAV(例如，如上所述，使用PID控制)，并且随后在可移动物体10通过地形特征或障碍物之后，重新调整实际高度hUAV。这些高度调整可以影响由传感装置19采集的光学数据的质量和/或需要很高的技能来抵消。
为了帮助减小控制系统35对可移动物体10的飞行路径中或附近的地形特征或障碍物作出反应的程度，控制系统35可以被配置为确定最大可允许的高度变化ΔZmax并生成控制信号，该控制信号被配置为基于最大可允许的高度变化ΔZmax来改变可移动物体10的实际高度hUAV。现在参考图7A、图7B和图8，可以基于第二垂直控制比例因子k2确定最大可允许的高度变化ΔZmax。附加地或备选地，可以基于地形测量值，例如，地形特征或障碍物的水平长度测量值ΔX，来确定最大可允许的高度变化ΔZmax。例如，最大可允许的高度变化ΔZmax可以与第二垂直控制比例因子k2和水平长度测量值ΔX的乘积成比例，如I以下等式所示。
ΔZmax＝k2×ΔX
在一些实施例中，第二垂直控制比例因子k2可以凭经验确定并存储在存储器36内，用于在目标跟踪和/或自动高度控制期间由处理器38访问。在其他实施例中，第二垂直控制比例因子k2可以由控制系统35(例如由处理器38或高度控制模块42)基于一个或多个因素来确定的，所述一个或多个因素例如是可移动物体10的当前垂直速度VDz或当前水平速度VDx、在可移动物体10的路径中检测到的障碍物、检测到的地形特征(例如山丘、斜坡、凹陷、悬崖、墙壁等)或其他输入。在其他实施例中，第二垂直控制比例因子k2可以由用户选择。例如，可以允许用户提供对期望的第二垂直控制比例因子k2(例如k2的期望值)加以指示的用户输入(例如经由终端26)，从k2的预选值列表中进行选择，或者在最小值和最大值之间调整k2的值。可以使用确定或提供对第二垂直控制比例因子k2加以指示的输入的其他方式。在一些实施例中，k2可以与k1相同或等于k1。在其他实施例中，k1和k2可以不同和/或单独地确定。
通过选择第二垂直控制比例因子k2，用户能够在自动地控制可移动物体10的实际高度hUAV时(例如在目标跟踪期间)，控制或限制可移动物体10的高度改变。例如，当在目标跟踪期间允许可移动物体10做出较大的高度改变时，或者当更有经验的操作者控制可移动物体10时，可以选择较高的第二垂直控制比例因子k2。相反，当在目标跟踪期间不允许可移动物体10做出大的或剧烈的高度改变时(即当优选较小的高度改变时)，或者当可移动物体10的操作者具有较少经验时，可以选择较小的第二垂直控制比例因子k2。
可以使用包括一个或多个传感测备19的感测系统18来生成地形测量值。例如，可以使用一个或多个设备生成地形测量值，诸如相机(例如相机44)、红外成像装置、紫外成像装置、x射线设备、超声成像装置、雷达装置、激光装置等。在一些实施例中，地形测量值可以是水平长度测量值ΔX。水平长度测量值ΔX可以是或对应于在水平方向上的地形特征或障碍物的长度。例如，长度测量值ΔX可以对应于表面(例如顶部表面、底部表面或侧表面)或表面特征(例如表面的部分、表面上升高的或凹陷的特征等)的长度、地形特征或障碍物的整体长度或最大长度、直径、横截面长度、深度或其他方面。
参考图8，如上所述，控制系统35可以被配置为从感测系统18获得指示地形测量值的信号。在一些实施例中，指示地形测量值的信号可以对应于诸如水平长度测量值ΔX之类的测量值。在其他实施例中，高度控制模块42可以包括地形分析器(例如地形分析模块)或以其他方式被配置为处理指示地形测量值的信号并生成与地形测量值(例如ΔX)相对应的信号。控制系统35或其组件中的一个(例如高度控制模块42)可以被配置为使用地形测量值作为用于对可移动物体10的实际高度hUAV进行反馈控制的输入。
例如，控制系统35可以被配置为自动地生成控制信号，该控制信号被配置为基于(或进一步基于)地形测量值(例如水平长度测量值ΔX)来改变可移动物体的实际高度hUAV。例如，高度控制模块42可以包括反馈控制器或以其他方式被配置为使用反馈控制(例如，PID控制)来生成控制信号，以基于最大可允许的高度变化ΔZmax来限制可移动物体10的高度改变。由高度控制模块42生成的控制信号可以被配置为控制推进系统18的操作，以便允许在最大可允许的高度变化ΔZmax内进行高度改变。也就是说，控制信号可以被配置为控制推进组件12，以便在垂直方向(例如，向上或向下)上以等于垂直控制速度VCz的垂直速度VDz且在最大可允许的高度变化ΔZmax内推进可移动物体10，以便实现实际高度hUAV的改变，用于减小期望高度hREF和高度测量值hm之间的差异Δh。
因此，所公开的控制系统能够在目标跟踪期间自动地调整可移动物体10的实际高度hUAV，从而简化了对可移动物体10的控制，使得能够采集更高质量的光学数据，以及降低有效地操作可移动物体10所需的技能和经验水平。所公开的控制系统还能够在目标跟踪期间控制调整可移动物体10的高度所用的速度，从而改善所采集的光学数据的质量并简化可移动物体10的高度控制。所公开的控制系统还能够在目标跟踪期间控制可移动物体10的最大高度调整，从而限制将可移动物体10的高度恢复到用于目标跟踪的期望高度所需的随后的校正量。
对于本领域技术人员显而易见的是，可以对所公开的方法和系统做出各种修改和变化。考虑所公开方法和系统的说明和实践，其他实施例对本领域技术人员而言将是显而易见的。旨在将说明书和示例仅视为示例性的，其真实范围由所附权利要求及其等同物表示。

Claims (30)

1.一种控制可移动物体以跟踪目标的方法，包括：
确定所述可移动物体的期望高度与测量高度之间的差异；
确定所述可移动物体或所述目标的参考速度；以及
基于以下内容调整所述可移动物体：
所述期望高度与所述测量高度之间的差异；以及
所述参考速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，调整所述可移动物体包括：调整所述可移动物体的一个或多个运动特性以减小所述期望高度与所述测量高度之间的差异。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：基于所述参考速度确定垂直速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述参考速度是所述可移动物体或所述目标的水平速度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定垂直速度包括：确定在所述调整期间与所述水平速度成比例的所述垂直速度。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，调整所述可移动物体包括：基于最大垂直控制速度调整所述可移动物体的实际高度。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于垂直控制比例因子确定可允许的高度变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定可允许的高度变化包括：基于地形测量值确定可允许的高度变化。
9.根据利要求8所述的方法，其中，所述地形测量值对应于地面上的物体的表面特征的长度。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，确定可允许的高度变化包括：确定与所述地形测量值成比例的可允许的高度变化。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，调整实际高度包括：基于最大可允许的高度变化来改变所述可移动物体的实际高度。
12.一种用于控制可移动物体以跟踪目标的系统，包括：
存储器，其中存储有指令；以及
控制器，具有处理器，所述处理器被配置为执行所述指令以便：
确定所述可移动物体的期望高度与测量高度之间的差异；
确定所述可移动物体或所述目标的参考速度；以及
基于以下内容调整所述可移动物体：
所述期望高度与所述测量高度之间的差异；以及
所述参考速度。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：执行所述指令以通过调整所述可移动物体的一个或多个运动特性来减小所述期望高度与所述测量高度之间的差异。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：执行所述指令以基于所述参考速度确定所述可移动物体的垂直速度。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述参考速度是所述可移动物体或所述目标的水平速度。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：执行所述指令以确定在所述调整期间与所述水平速度成比例的垂直速度。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：执行所述指令以基于所述垂直速度调整所述可移动物体的实际高度。
18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：执行所述指令以基于垂直控制比例因子确定可允许的高度变化。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：执行所述指令以基于地形测量值确定所述可允许的高度变化。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：执行所述指令以确定与地面上的物体的表面特征的长度相对应的地形测量值。
21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：执行所述指令以确定与所述地形测量值成比例的可允许的高度变化。
22.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器还被配置为：执行所述指令以基于所述可允许的高度变化调整所述可移动物体的高度。
23.一种无人驾驶飞行器(UAV)，包括：
推进装置；
存储器，所述存储器存储指令；
控制器，所述控制器与所述推进装置通信，并被配置为控制所述UAV以跟踪目标物体，所述控制器包括处理器，所述处理器被配置为执行所述指令以便：
确定所述UAV的期望高度与测量高度之间的差异；
确定所述UAV或所述目标的水平速度；以及
基于以下内容调整所述UAV：
所述期望高度与所述测量高度之间的差异；以及
所述水平速度。
24.根据权利要求23所述的UAV，其中，所述处理器被配置为：执行所述指令以通过基于垂直控制速度调整所述UAV的实际高度来调整所述UAV。
25.根据权利要求24所述的UAV，其中，所述垂直控制速度包括如下至少一项：默认垂直控制速度、用户选择的垂直控制速度以及由所述处理器确定的最大垂直控制速度，其中所述最大垂直控制速度基于垂直控制比例因子和所述UAV的水平速度来确定。
26.根据权利要求23所述的UAV，其中，所述处理器被配置为：执行所述指令以通过基于可允许的高度变化调整所述UAV的实际高度来调整所述UAV，其中所述可允许的高度变化基于垂直控制比例因子或地形测量值来确定。
27.根据权利要求26所述的UAV，其中，所述垂直控制比例因子是默认垂直控制比例因子、由所述处理器确定的或可由用户选择的。
28.根据权利要求26所述的UAV，其中，所述地形测量值由以下项中的一个或多个生成：相机、红外成像装置、紫外成像装置、x射线装置、超声成像装置、雷达装置和激光装置。
29.根据权利要求23所述的UAV，其中，所述处理器被配置为：执行所述指令以通过自动地生成控制信号来调整所述UAV，所述控制信号被配置为控制所述推进装置的操作。
30.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使得计算机执行控制可移动物体以跟踪目标的方法，所述方法包括：
确定所述可移动物体的期望高度与测量高度之间的差异；
确定所述可移动物体或所述目标的参考速度；以及
基于以下内容调整所述可移动物体：
所述期望高度与所述测量高度之间的差异；以及
所述参考速度。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111857187A (zh) * 2020-08-21 2020-10-30 烟台大学 一种基于无人机的t梁施工追踪系统和方法
CN113805611A (zh) * 2021-09-24 2021-12-17 大连海事大学 一种基于三轴云台的视频稳像方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018073878A1 (ja) * 2016-10-17 2018-04-26 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッド ３次元形状推定方法、３次元形状推定システム、飛行体、プログラム、及び記録媒体
WO2019028761A1 (en) * 2017-08-10 2019-02-14 Beijing Airlango Technology, Co., Ltd. TRACKING OBJECT USING DEPTH INFORMATION
WO2021224796A1 (en) * 2020-05-04 2021-11-11 Auterion AG System and method for software-defined drones
JP7363733B2 (ja) * 2020-09-30 2023-10-18 トヨタ自動車株式会社 端末プログラム、無人航空機、及び情報処理装置
DE102021115139B4 (de) 2021-06-11 2023-01-19 Spleenlab GmbH Verfahren zum Steuern einer Flugbewegung eines Fluggeräts sowie Fluggerät
DE102021115140B4 (de) 2021-06-11 2023-01-19 Spleenlab GmbH Verfahren zum Steuern einer Flugbewegung eines Fluggeräts zum Landen oder zum Abwerfen einer Ladung sowie Fluggerät
JP7193824B1 (ja) 2022-06-21 2022-12-21 株式会社アドイン研究所 森林計測用ドローン、ドローンシステム、及び、プログラム

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101968353A (zh) * 2010-09-29 2011-02-09 清华大学 基于激光探测和图像识别的无人直升机地形跟踪方法
CN103935508A (zh) * 2014-04-09 2014-07-23 深圳市大疆创新科技有限公司 一种无人飞行器下降的辅助控制方法及系统
CN104238580A (zh) * 2014-09-30 2014-12-24 中国航天空气动力技术研究院 一种应用于无人机航空物探的低空飞行控制方法
CN104571127A (zh) * 2014-12-25 2015-04-29 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法
CN104656664A (zh) * 2015-02-16 2015-05-27 南京航空航天大学 车载多旋翼无人直升机着陆导引控制系统及导引控制方法
CN105068547A (zh) * 2015-08-11 2015-11-18 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 飞行器高度捕获的控制方法及装置
CN105353762A (zh) * 2015-09-25 2016-02-24 南京航空航天大学 基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机及其控制方法
US20160070264A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 SZ DJI Technology Co., Ltd Velocity control for an unmanned aerial vehicle

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2585483B1 (fr) * 1985-07-26 1987-10-09 Thomson Csf Procede et dispositif d'aide a la tenue de hauteur dans la navigation aerienne
US7970507B2 (en) * 2008-01-23 2011-06-28 Honeywell International Inc. Method and system for autonomous tracking of a mobile target by an unmanned aerial vehicle
CA2824932C (en) * 2011-01-14 2016-03-22 Bell Helicopter Textron Inc. Flight control laws for vertical flight path control
KR20130084780A (ko) * 2012-01-18 2013-07-26 국방과학연구소 속도-고도 평면에서 수직궤적 추종을 위한 제어방법
ES2589581T3 (es) * 2012-02-17 2016-11-15 The Boeing Company Vehículo aéreo no tripulado que recupera energía de corrientes ascendentes de aire
US9896202B2 (en) * 2014-12-03 2018-02-20 X Development Llc Systems and methods for reliable relative navigation and autonomous following between unmanned aerial vehicle and a target object
WO2016131127A1 (en) * 2015-02-19 2016-08-25 Aeryon Labs Inc. Systems and processes for calibrating unmanned aerial vehicles
CN105045281A (zh) * 2015-08-13 2015-11-11 深圳一电科技有限公司 无人机飞行控制方法及装置
CN105138003B (zh) * 2015-09-18 2017-06-30 山东科技大学 多操纵面无人机直接升力控制方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101968353A (zh) * 2010-09-29 2011-02-09 清华大学 基于激光探测和图像识别的无人直升机地形跟踪方法
CN103935508A (zh) * 2014-04-09 2014-07-23 深圳市大疆创新科技有限公司 一种无人飞行器下降的辅助控制方法及系统
US20160070264A1 (en) * 2014-09-05 2016-03-10 SZ DJI Technology Co., Ltd Velocity control for an unmanned aerial vehicle
CN104238580A (zh) * 2014-09-30 2014-12-24 中国航天空气动力技术研究院 一种应用于无人机航空物探的低空飞行控制方法
CN104571127A (zh) * 2014-12-25 2015-04-29 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 无人直升机前飞速度/垂直速度匹配的巡线飞行控制方法
CN104656664A (zh) * 2015-02-16 2015-05-27 南京航空航天大学 车载多旋翼无人直升机着陆导引控制系统及导引控制方法
CN105068547A (zh) * 2015-08-11 2015-11-18 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 飞行器高度捕获的控制方法及装置
CN105353762A (zh) * 2015-09-25 2016-02-24 南京航空航天大学 基于双余度姿态传感器的六旋翼无人机及其控制方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111857187A (zh) * 2020-08-21 2020-10-30 烟台大学 一种基于无人机的t梁施工追踪系统和方法
CN111857187B (zh) * 2020-08-21 2021-07-06 烟台大学 一种基于无人机的t梁施工追踪系统和方法
CN113805611A (zh) * 2021-09-24 2021-12-17 大连海事大学 一种基于三轴云台的视频稳像方法
CN113805611B (zh) * 2021-09-24 2023-12-12 大连海事大学 一种基于三轴云台的视频稳像方法

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