CN109754420B - 一种目标距离估计方法、装置及无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种目标距离估计方法、装置及无人机，该方法用于无人机，该无人机包括拍摄装置，该方法包括：获取由拍摄装置拍摄的目标的当前帧图像；根据当前帧图像，获取目标的位置信息，其中，位置信息包括目标的高度和目标在图像中的二维像素坐标；获取拍摄装置的姿态信息，其中，姿态信息包括拍摄装置的俯仰角；根据目标的位置信息和拍摄装置的姿态信息，获取目标相对于无人机的距离。本发明可以准确地算出目标相对于无人机的距离，且不存在强假设条件，计算量小，可实时估算目标的空间位置信息，准确性高。

Description

一种目标距离估计方法、装置及无人机
技术领域
本发明涉及无人机领域，更具体地说，涉及一种目标距离估计方法、装置及无人机。
背景技术
基于无人机的智能跟随功能大致上分为两个部分，即目标检测和跟随控制。
一般地，无人机上的目标检测，是通过搭载一个云台相机实现的。该部分会在相机获得的图片上找出被跟随的目标，并用矩形框(或者其他形成)将其标出。而跟随控制部分则是实现在一定的需求下(如保持目标与无人机距离不变等)，无人机能跟随目标移动。要实现跟随控制，最简单的方法是根据目标的三维空间位置进行跟随。然而，受限于云台相机是一个单目相机，无法直接从该相机获得被跟随目标的三维空间位置。
目前为了解决该问题，一种方法是通过无人机获得的对地高度，来计算目标相对无人机的距离。这种方法依赖于高度的准确性，而高度数据不稳定，容易使计算的距离产生越来越大的偏差；此外，该方法使用了一个强假设条件——即地面一直保持水平，然而，实际的地面存在高低起伏的现象，所以地面起伏会直接导致该方法失效。
另一种方法是通过三角测量对目标位置进行估计，该方法要求无人机产生位移，若无人机一直悬停，则无法估计目标相对无人机的距离。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种目标距离估计方法、装置及无人机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种目标距离估计方法，用于无人机，所述无人机包括拍摄装置，包括：
获取由所述拍摄装置拍摄的所述目标的当前帧图像；
根据所述当前帧图像，获取所述目标的位置信息，其中，所述位置信息包括所述目标的高度和所述目标在所述图像中的二维像素坐标；
获取所述拍摄装置的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述拍摄装置的俯仰角；
根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离。
在其中一个实施例中，所述根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离d，包括：
获取所述目标的最小外接框，其中，所述目标在所述图像中的二维像素坐标为所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标，所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标包括所述最小外接框的最高点的纵坐标vmin和所述最小外接框的最低点的纵坐标vmax；
获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线所构成的夹角
Figure BDA0001917839030000021
根据所述夹角
Figure BDA0001917839030000022
与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
在其中一个实施例中，所述获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线构成的夹角
Figure BDA0001917839030000023
包括：
获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角α；
获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β；
利用以下公式计算所述夹角
Figure BDA0001917839030000031
Figure BDA0001917839030000032
在其中一个实施例中，所述获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角α，包括：
利用以下公式计算所述夹角α：
Figure BDA0001917839030000033
其中，vmin为所述最小外接框的所述最高点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距。；
在其中一个实施例中，所述获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β，包括：
利用以下公式计算所述夹角β：
β＝tan-1(vmax-cy)/fy；
其中，vmax为所述最小外接框的所述最低点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距。；
在其中一个实施例中，所述根据所述夹角
Figure BDA0001917839030000034
与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d，包括：
根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ；
根据所述夹角
Figure BDA0001917839030000035
与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
在其中一个实施例中，所述根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ，包括：
利用以下公式计算所述夹角δ：
Figure BDA0001917839030000041
在其中一个实施例中，所述根据所述夹角
Figure BDA0001917839030000042
与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d，包括：
利用以下公式计算所述目标相对于所述无人机的距离d：
d＝L2sinδ；
其中，L2为所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度。
在其中一个实施例中，所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度L2可由以下公式求得：
Figure BDA0001917839030000043
Figure BDA0001917839030000044
其中，L1所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置的连线的长度，L为所述目标的高度。
在其中一个实施例中，所述拍摄装置包括单目相机。
本发明还提供一种目标距离估计装置，用于无人机，包括：
图像获取单元，用于获取所述目标的当前帧图像；
位置信息获取单元，用于根据所述当前帧图像，获取所述目标的位置信息，其中，所述位置信息包括所述目标的高度和所述目标在所述图像中的二维像素坐标；
姿态信息获取单元，用于获取所述无人机的拍摄装置的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述拍摄装置的俯仰角；以及
距离确定单元，用于根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
在其中一个实施例中，所述距离确定单元具体用于：
获取所述目标的最小外接框，其中，所述目标在所述图像中的二维像素坐标为所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标，所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标包括所述最小外接框的最高点的纵坐标vmin和所述最小外接框的最低点的纵坐标vmax；
获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线所构成的夹角
Figure BDA0001917839030000051
以及
根据所述夹角
Figure BDA0001917839030000052
与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
在其中一个实施例中，所述距离确定单元具体用于：
获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角α；
获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β；以及
利用以下公式计算所述夹角
Figure BDA0001917839030000053
Figure BDA0001917839030000054
在其中一个实施例中，所述第一子获取模块包括：利用以下公式计算所述夹角α：
Figure BDA0001917839030000055
其中，vmin为所述最小外接框的所述最高点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距。
在其中一个实施例中，所述距离确定单元具体用于：
利用以下公式计算所述夹角β：
β＝tan-1(vmax-cy)/fy；
其中，vmax为所述最小外接框的所述最低点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距。；
在其中一个实施例中，所述距离确定单元具体用于：
根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ；以及
根据所述夹角
Figure BDA0001917839030000061
与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
在其中一个实施例中，所述距离确定单元具体用于：
利用以下公式计算所述夹角δ：
Figure BDA0001917839030000062
在其中一个实施例中，所述距离确定单元具体用于：
利用以下公式计算所述目标相对于所述无人机的距离d：
d＝L2sinδ；
其中，L2为所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度。
在其中一个实施例中，所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度L2可由以下公式求得：
Figure BDA0001917839030000063
Figure BDA0001917839030000064
其中，L1所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置的连线的长度，L为所述目标的高度。
在其中一个实施例中，所述拍摄装置包括单目相机。
本发明还提供一种无人机，包括：
机身；
机臂，与所述机身相连；
动力装置，设于所述机臂，用于提供所述无人机飞行的动力；
拍摄装置，设于所述机身，用于获取目标的当前帧图像；
惯性测量单元，设于所述拍摄装置，用于获取所述拍摄装置的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述拍摄装置的俯仰角；以及
视觉芯片，设于所述机身，并与所述惯性测量单元电连接；
其中，所述视觉芯片用于：
根据所述当前帧图像，获取所述目标的位置信息，其中，所述位置信息包括所述目标的高度和所述目标在所述图像中的二维像素坐标；
根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离。
在其中一个实施例中，所述视觉芯片具体用于：
获取所述目标的最小外接框，其中，所述目标在所述图像中的二维像素坐标为所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标，所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标包括所述最小外接框的最高点的纵坐标vmin和所述最小外接框的最低点的纵坐标vmax；
获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线所构成的夹角
Figure BDA0001917839030000071
根据所述夹角
Figure BDA0001917839030000072
与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
在其中一个实施例中，所述视觉芯片具体用于：
获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角α；
获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β；
利用以下公式计算所述夹角
Figure BDA0001917839030000081
Figure BDA0001917839030000082
在其中一个实施例中，所述视觉芯片具体用于：
利用以下公式计算所述夹角α：
Figure BDA0001917839030000083
其中，vmin为所述最小外接框的所述最高点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距。
；在其中一个实施例中，所述视觉芯片具体用于：
利用以下公式计算所述夹角β：
β＝tan-1(vmax-cy)/fy；
其中，vmax为所述最小外接框的所述最低点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距。；
在其中一个实施例中，所述视觉芯片具体用于：
根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ；
根据所述夹角
Figure BDA0001917839030000084
与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
在其中一个实施例中，所述视觉芯片具体用于：
利用以下公式计算所述夹角δ：
Figure BDA0001917839030000091
在其中一个实施例中，所述视觉芯片具体用于：
利用以下公式计算所述目标相对于所述无人机的距离d：
d＝L2sinδ；
其中，L2为所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度。
在其中一个实施例中，所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度L2可由以下公式求得：
Figure BDA0001917839030000092
Figure BDA0001917839030000093
其中，L1所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置的连线的长度，L为所述目标的高度。
在其中一个实施例中，所述拍摄装置包括单目相机。
实施本发明的基于视觉人无人机目标跟踪方法，具有以下有益效果：本发明的基于视觉无人机目标跟踪方法通过图像采集装置获得目标的每一帧图像，并采用预设方法对每一帧图像进行处理，获得目标每一帧对应时刻的移动信息，并结合此时图像采集装置的设备信息进行运算处理，最终获得目标在每一帧的实时空间位置信息，从而根据目标每一帧的实时空间位置信息控制无人机对目标进行跟踪。通过该方法可以准确地算出目标的空间位置信息，不存在强假设条件，且计算量小，不仅可以实时估算目标的空间位置信息，而且准确性高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的目标距离估计方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中目标距离估计方法具体的流程示意图；
图3是本发明实施例中的目标的空间位置的示意图；
图4是本发明实施例的目标距离估计装置的原理框图；
图5是本发明实施例的一种无人机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
为了解决现有无人机对目标的三维空间位置信息由于受限于所采用的方法的条件导致估算目标的三维空间信息失效或者无法估计目标的三维空间信息或者估算准确度不高的问题，本发明实施例提供了一种目标距离估计方法，该方法可以准确地估算出目标相对于无人机的距离，且不依赖于地平面假设，不存在强假设条件，计算量小，可以高准确度实时估算目标的三维空间位置信息，从而可以保证无人机可以根据所估算的三维空间位置信息实现精确跟踪，或者，也可以保证无人机根据所估算的三维空间位置信息实现自主避障控制。
参考图1，本发明实施例提供了一种目标距离估计方法。该方法可用于供无人机实时获取目标相对于无人机的距离，并根据所获取的距离实现对目标的实时跟踪，其中，这里的目标可以为移动的目标也可以为静止的目标，且在实时跟踪过程中，目标的运动状态(移动或者保持静止状态)不影响计算结果的准确性。另外，还可以根据所获取的目标相对于无人机的距离进行避障。
如图1，示出了本发明实施例提供的一种目标距离估计方法的流程示意图。该目标距离估计方法可以应用于无人机，所应用的无人机包括拍摄装置。该方法具体可以包括以下步骤：
步骤S10、获取由所述拍摄装置拍摄的所述目标的当前帧图像。
本发明实施例中，拍摄装置可以为搭载在无人机上的云台和搭载于所述云台上的相机，该相机包括但不限于单目相机。
其中，在无人机开始进行目标跟踪控制或者避障控制前，先通过拍摄装置进行实时拍摄，进而获得包括目标在内的图像序列，并将所获得的图像序列实时发送给无人机，该图像序列包括拍摄装置所拍摄的所有帧的图像。
步骤S20、根据所述当前帧图像，获取所述目标的位置信息。
其中，目标的位置信息包括：目标的高度和目标在当前帧图像中的二维像素坐标。
步骤S30、获取所述拍摄装置的姿态信息。
其中，拍摄装置的姿态信息包括拍摄装置的俯仰角。
步骤S40、根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离。
具体的，如图2所示，目标相对于无人机的距离d可以通过以下步骤获得：
即，在本发明的一实施例中，步骤S40包括：
步骤S401、获取所述目标的最小外接框。
本发明实施例中，目标的最小外接框可以为包括目标在内的最小外接矩形区域。
其中，所述目标在所述当前帧图像中的所述二维像素坐标即为最小外接框在图像中的二维像素坐标，其中，最小外接框在图像中的二维像素坐标包括最小外接框的最高点的纵坐标坐标vmin和所述最小外接框的最低点的纵坐标vmax。具体如图3所示。
步骤S402、获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线所构成的夹角φ。
具体的，在该步骤中，先获取最小外接框的最高点与拍摄装置之间的连接与拍摄装置的光轴之间的夹角α；接着，获取最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β。然后通过所获得的夹角α和夹角β计算出最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线构成的夹角φ。
其中，夹角φ可以利用以下公式计算得到：
φ＝β-α。
本发明实施例中，夹角α可以通过以下公式计算得到：
Figure BDA0001917839030000121
其中，vmin为所述最小外接框的所述最高点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距。
本发明实施例中，夹角β可以通过以下公式计算得到：
Figure BDA0001917839030000122
其中，vmax为所述最小外接框的所述最低点的纵坐标，cx为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置的在y轴方向上的焦距。
步骤S403、根据所述夹角φ与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
本发明实施例中，步骤S403可以包括以下步骤：
步骤S4031、根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ。
本发明实施例中，夹角δ可以利用以下公式计算得到：
Figure BDA0001917839030000131
步骤S4032、根据所述夹角φ与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
本发明实施例中，目标与无人机的距离d可以利用以下公式计算得到：
d＝L2sinδ。
其中，L2为所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度。如图3所示。
进一步地，最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度L2可由以下公式求得：
Figure BDA0001917839030000132
Figure BDA0001917839030000133
其中，L1所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置的连线的长度，L为所述目标的高度。如图3所示。
具体的，在步骤S40中获取目标相对于无人机的距离d后，可以根据该距离控制无人机对目标进行跟踪。当然，可以理解地，在其他一些实施例中，也可以根据该距离进行自主避障控制。
这里需要说明的是，本发明实施例对所接收的每一帧图像均采用上述步骤S10～步骤S40的方法获得在目标每一帧中相对于无人机的距离，并根据所获得的每一帧的距离进行跟踪控制或者避障控制，使无人机实现对目标的实时位置的获取、跟踪或者自主避障控制等。
通过实施本发明的目标距离估计方法，有效的解决了单目相机难以获取目标的三维空间位置信息的问题，且本发明不依赖于地平面假设，也不存在其他强假设条件，计算量小，可实时估计目标的三维空间位置信息。且目标的运动状态以及无人机的位移情况也不会影响本发明的实施，即不论目标为运动状态还是静止状态，本发明仍可准确估算出目标的三维空间位置信息，且当无人机不产生位移，即无人机一直处于悬停状态时，本发明依然可以准确地估算出目标相对于无人机的距离，准确地获取目标的三维空间位置信息。
参考图4，为本发明实施例目标距离估计装置的原理框图。该目标距离估计装置可用于实现上述目标距离估计方法。本发明实施例的目标距离估计装置可以应用于无人机。
如图4所示，该目标距离估计装置可以包括：图像获取单元401、位置信息获取单元402、姿态信息获取单元403和距离确定单元404。
具体的，图像获取单元401，用于获取所述目标的当前帧图像。
位置信息获取单元402，用于根据所述当前帧图像，获取所述目标的位置信息，其中，所述位置信息包括所述目标的高度和所述目标在所述图像中的二维像素坐标。
姿态信息获取单元403，用于获取所述拍摄装置的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述拍摄装置的俯仰角。
距离确定单元404，用于根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
可选的，本发明实施例中，距离确定单元404具体用于：
获取所述目标的最小外接框，其中，所述目标在所述图像中的二维像素坐标为所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标，所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标包括所述最小外接框的最高点的纵坐标vmin和所述最小外接框的最低点的纵坐标vmax。；以及
获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线所构成的夹角φ。
可选的，距离确定单元404具体用于：
获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角α。；
其中，夹角α可以利用以下公式计算得到：
Figure BDA0001917839030000151
其中，vmin为所述最小外接框的所述最高点的纵坐标，cx为所述拍摄装置的光心横坐标，fy为所述拍摄装置的焦距。
距离确定单元404还可以用于获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β。
其中，夹角φ可以利用以下公式计算所述：
φ＝β-α。
夹角β利用以下公式计算得到：
Figure BDA0001917839030000152
其中，vmax为所述最小外接框的所述最低点的纵坐标，cx为所述拍摄装置的光心横坐标，f为所述拍摄装置的焦距。
距离确定单元404还可以用于根据所述夹角φ与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
可选的，本发明实施例中，距离确定单元404具体用于：
根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ。
本发明实施例中，可以利用以下公式计算所述夹角δ：
Figure BDA0001917839030000161
距离确定单元404还可以用于根据所述夹角φ与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
本发明实施例中，利用以下公式计算所述目标相对于所述无人机的距离d：
d＝L2sinδ；
其中，L2为所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度。
进一步地，最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度L2可由以下公式求得：
Figure BDA0001917839030000162
Figure BDA0001917839030000163
其中，L1所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置的连线的长度，L为所述目标的高度。
在本发明的一实施例中，图像获取单元401可以为搭载在无人机上的拍摄装置，其中，拍摄装置可以包括云台和搭载在所述云台上的相机。所述相机包括但不限于单目相机。位置信息获取单元402和距离确定单元404可以为无人机的视觉芯片。姿态信息获取单元403可以为安装在无人机云台上的IMU(惯性测量单元)。
本发明还提供了一种无人机，该无人机可以用于实现前述的目标距离估计方法，可以实时估算目标相对于无人机的距离，还可以根据实时估算的目标相对于无人机的距离实现对目标的跟踪或者避障。
如图5所示，本发明实施提供的无人机包括机身100、与机身100相连的机臂200、设于机臂200的动力装置201、设于机身100的拍摄装置101、视觉芯片102、以及设置于拍摄装置101的惯性测量单元103其中，视觉芯片102与惯性测量单元103电连接。
本发明实施例中，动力装置201用于提供无人机飞行的动力。可选的，动力装置201可以包括设于机臂200的电机和与电机相连的螺旋桨，电机带动螺旋桨高速旋转以提供无人机飞行所需的动力。
本发明实施例中，拍摄装置101用于获取目标的当前帧图像。可选的，拍摄装置101可以为搭载在无人机上的云台相机。具体的，该拍摄装置101可以包括与无人机的机身100相连的云台和与云台相连的相机，该相机包括但不限于单目相机。
本发明实施例中，惯性测量单元103用于获取所述拍摄装置101的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述拍摄装置101的俯仰角。具体的，该惯性测量单元103设置在云台上。
本发明实施例中，视觉芯片102用于执行以下动作：
根据所述当前帧图像，获取所述目标的位置信息，其中，所述位置信息包括所述目标的高度和所述目标在所述图像中的二维像素坐标。
根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置101的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离。
进一步地，该视觉芯片102具体可以用于执行以下步骤：
获取所述目标的最小外接框，其中，所述目标在所述图像中的二维像素坐标为所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标，所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标包括所述最小外接框的最高点的纵坐标vmin和所述最小外接框的最低点的纵坐标vmax。
获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置101之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置101之间的连线所构成的夹角
Figure BDA0001917839030000182
根据所述夹角
Figure BDA0001917839030000183
与所述拍摄装置101的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
进一步地，该视觉芯片102具体还可以用于：
获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置101之间的连线与所述拍摄装置101的光轴之间的夹角α。
获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置101之间的连线与所述拍摄装置101的光轴之间的夹角β。
其中，可以利用以下公式计算所述夹角φ：
φ＝β-α。
进一步地，该视觉芯片102具体还可以用于：
利用以下公式计算所述夹角α：
Figure BDA0001917839030000181
其中，vmin为所述最小外接框的所述最高点的纵坐标，cy为所述拍摄装置101的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置101在y轴方向上的焦距。
进一步地，该视觉芯片102具体还可以用于：
利用以下公式计算所述夹角β：
β＝tan-1(vmax-cy)/fy；
其中，vmax为所述最小外接框的所述最低点的纵坐标，cy为所述拍摄装置101的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置101在y轴方向上的焦距。
进一步地，该视觉芯片102具体还可以用于：
根据所述拍摄装置101的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置101之间的连线与竖直方向构成的夹角δ。
根据所述夹角φ与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d。
进一步地，该视觉芯片102具体还可以用于：
利用以下公式计算所述夹角δ：
Figure BDA0001917839030000191
进一步地，该视觉芯片102具体还可以用于：
利用以下公式计算所述目标相对于所述无人机的距离d：
d＝L2sinδ；
其中，L2为所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置101的连线的长度。
进一步地，最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置101的连线的长度L2可由以下公式求得：
Figure BDA0001917839030000192
Figure BDA0001917839030000193
其中，L1所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置101的连线的长度，L为所述目标的高度。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种目标距离估计方法，用于无人机，所述无人机包括拍摄装置，其特征在于，包括：
获取由所述拍摄装置拍摄的所述目标的当前帧图像；
根据所述当前帧图像，获取所述目标的位置信息，其中，所述位置信息包括所述目标的高度和所述目标在所述图像中的二维像素坐标；
获取所述拍摄装置的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述拍摄装置的俯仰角；
根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离；所述根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离d，包括：获取所述目标的最小外接框，其中，所述目标在所述图像中的二维像素坐标为所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标，所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标包括所述最小外接框的最高点的纵坐标vmin和所述最小外接框的最低点的纵坐标vmax；获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线所构成的夹角
Figure FDA0003179940670000011
所述获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线构成的夹角
Figure FDA0003179940670000012
包括：获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角α；获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β；利用以下公式计算所述夹角
Figure FDA0003179940670000013
所述获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角α，包括：利用以下公式计算所述夹角α：
Figure FDA0003179940670000021
其中，vmin为所述最小外接框的所述最高点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距；
所述获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β，包括：
利用以下公式计算所述夹角β：
β＝tan-1(vmax-cy)/fy；
其中，vmax为所述最小外接框的所述最低点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标；fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距；
根据所述夹角
Figure FDA0003179940670000022
与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d；
根据所述夹角
Figure FDA0003179940670000023
与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d，包括：
根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ；所述根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ，包括：利用以下公式计算所述夹角δ：
Figure FDA0003179940670000024
根据所述夹角
Figure FDA0003179940670000025
与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d；所述根据所述夹角
Figure FDA0003179940670000026
与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d，包括：
利用以下公式计算所述目标相对于所述无人机的距离d：
d＝L2sinδ；
其中，L2为所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度L2可由以下公式求得：
Figure FDA0003179940670000031
Figure FDA0003179940670000032
其中，L1所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置的连线的长度，L为所述目标的高度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述拍摄装置包括单目相机。
4.一种目标距离估计装置，用于无人机，其特征在于，包括：
图像获取单元，用于获取所述目标的当前帧图像；
位置信息获取单元，用于根据所述当前帧图像，获取所述目标的位置信息，其中，所述位置信息包括所述目标的高度和所述目标在所述图像中的二维像素坐标；
姿态信息获取单元，用于获取所述无人机的拍摄装置的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述拍摄装置的俯仰角；以及
距离确定单元，用于根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离；所述距离确定单元具体用于：获取所述目标的最小外接框，其中，所述目标在所述图像中的二维像素坐标为所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标，所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标包括所述最小外接框的最高点的纵坐标vmin和所述最小外接框的最低点的纵坐标vmax；获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线所构成的夹角
Figure FDA0003179940670000041
以及根据所述夹角
Figure FDA0003179940670000042
与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d；
所述距离确定单元具体用于：
根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ；以及
根据所述夹角
Figure FDA0003179940670000043
与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d；
所述距离确定单元具体用于：
获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角α；
获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β；以及
利用以下公式计算所述夹角
Figure FDA0003179940670000044
Figure FDA0003179940670000045
所述距离确定单元具体用于：
利用以下公式计算所述夹角α：
Figure FDA0003179940670000046
其中，vmin为所述最小外接框的所述最高点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距；
所述距离确定单元具体用于：
利用以下公式计算所述夹角β：
β＝tan-1(vmax-cy)/fy；
其中，vmax为所述最小外接框的所述最低点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距；
所述距离确定单元具体用于：
利用以下公式计算所述夹角δ：
Figure FDA0003179940670000051
所述距离确定单元具体用于：
利用以下公式计算所述目标相对于所述无人机的距离d：
d＝L2sinδ；
其中，L2为所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度。
5.根据权利要求4所述的目标距离估计装置，其特征在于，所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度L2可由以下公式求得：
Figure FDA0003179940670000052
Figure FDA0003179940670000053
其中，L1所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置的连线的长度，L为所述目标的高度。
6.根据权利要求4或5所述的目标距离估计装置，其特征在于，所述拍摄装置包括单目相机。
7.一种无人机，其特征在于，包括：
机身；
机臂，与所述机身相连；
动力装置，设于所述机臂，用于提供所述无人机飞行的动力；
拍摄装置，设于所述机身，用于获取目标的当前帧图像；
惯性测量单元，设于所述拍摄装置，用于获取所述拍摄装置的姿态信息，其中，所述姿态信息包括所述拍摄装置的俯仰角；以及
视觉芯片，设于所述机身，并与所述惯性测量单元电连接；
其中，所述视觉芯片用于：
根据所述当前帧图像，获取所述目标的位置信息，其中，所述位置信息包括所述目标的高度和所述目标在所述图像中的二维像素坐标；
根据所述目标的所述位置信息和所述拍摄装置的所述姿态信息，获取所述目标相对于所述无人机的距离；所述视觉芯片具体用于：
获取所述目标的最小外接框，其中，所述目标在所述图像中的二维像素坐标为所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标，所述最小外接框在所述图像中的二维像素坐标包括所述最小外接框的最高点的纵坐标vmin和所述最小外接框的最低点的纵坐标vmax；
获取由所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线、与所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线所构成的夹角
Figure FDA0003179940670000061
根据所述夹角
Figure FDA0003179940670000062
与所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d；所述视觉芯片具体用于：
根据所述拍摄装置的俯仰角θ，获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与竖直方向构成的夹角δ；
根据所述夹角
Figure FDA0003179940670000063
与所述夹角δ，获取所述目标相对于所述无人机的距离d；
所述视觉芯片具体用于：
获取所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角α；
获取所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置之间的连线与所述拍摄装置的光轴之间的夹角β；
利用以下公式计算所述夹角
Figure FDA0003179940670000071
Figure FDA0003179940670000072
所述视觉芯片具体用于：
利用以下公式计算所述夹角α：
Figure FDA0003179940670000073
其中，vmin为所述最小外接框的所述最高点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距；
所述视觉芯片具体用于：
利用以下公式计算所述夹角β：
β＝tan-1(vmax-cy)/fy；
其中，vmax为所述最小外接框的所述最低点的纵坐标，cy为所述拍摄装置的光心纵坐标，fy为所述拍摄装置在y轴方向上的焦距；
所述视觉芯片具体用于：
利用以下公式计算所述夹角δ：
Figure FDA0003179940670000074
所述视觉芯片具体用于：
利用以下公式计算所述目标相对于所述无人机的距离d：
d＝L2sinδ；
其中，L2为所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度。
8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述最小外接框的所述最低点与所述拍摄装置的连线的长度L2可由以下公式求得：
Figure FDA0003179940670000081
Figure FDA0003179940670000082
其中，L1为所述最小外接框的所述最高点与所述拍摄装置的连线的长度，L为所述目标的高度。
9.根据权利要求7或8所述的无人机，其特征在于，所述拍摄装置包括单目相机。
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