CN112414365B - 位移补偿方法和设备及速度补偿方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种位移补偿方法和设备及速度补偿方法和设备。该位移补偿方法包括：利用光流传感器获取多旋翼无人机在每个单位时间内相对于被检测平面上的起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移，并利用多旋翼无人机在每个单位时间内相对于被检测平面的实时高度对多旋翼无人机在相应单位时间内的第一和第二实时位移进行高度补偿；利用多旋翼无人机在每个单位时间内的经过高度补偿的第一和第二实时位移，获取多旋翼无人机在预定时刻的第一和第二相对位移；以及利用多旋翼无人机在预定时刻相对于被检测平面的相对高度、第一欧拉角、以及第二欧拉角，对第一和第二相对位移进行角度补偿。

Description

位移补偿方法和设备及速度补偿方法和设备

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种用于多旋翼无人机的位移补偿方法和设备及速度补偿方法和设备。

背景技术

随着多旋翼无人机技术的发展，多旋翼无人机的使用范围更加广泛，多旋翼无人机的飞行及悬停稳定性需求也更加强烈。当前，在室外的全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)信号较弱或室内没有GPS信号的情况下，光流传感器可用于实现多旋翼无人机的悬停。

光流传感器可以检测多旋翼无人机相对于被检测平面上的起始位置 (即，多旋翼无人机在起飞时刻所在的位置)的位移(下面简称为多旋翼无人机的相对位移)和移动速度(下面简称为多旋翼无人机的相对移动速度)。但是，由于光流传感器为固定在多旋翼无人机底部的传感器，由其测得的多旋翼无人机的相对位移和相对移动速度容易受多旋翼无人机的姿态的影响。另外，由于光流传感器属于单目摄像头传感器，具有无法感知高度的缺点，由其测得的多旋翼无人机的相对位移和相对移动速度存在一定程度的失真。

同时，光流传感器存在距离被检测平面越远针对被检测平面的分辨率越低的情况，该情况会导致随着光流传感器相对于被检测平面的距离的增加，由其测得的多旋翼无人机的相对位移和相对移动速度的准确度降低。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提供了一种用于多旋翼无人机的位移补偿方法和设备及速度补偿方法和设备。

根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿方法，包括：从多旋翼无人机从被检测平面上的起始位置的起飞时刻开始，利用光流传感器获取多旋翼无人机在每个单位时间内相对于起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移，并且利用多旋翼无人机在每个单位时间内相对于被检测平面的实时高度，对多旋翼无人机在相应单位时间内的第一实时位移和第二实时位移进行高度补偿；利用多旋翼无人机从起飞时刻到预定时刻之间的每个单位时间内的经过高度补偿的第一实时位移和经过高度补偿的第二实时位移，获取多旋翼无人机在预定时刻相对于起始位置在第一方向上的第一相对位移和在第二方向上的第二相对位移；以及利用多旋翼无人机在预定时刻相对于被检测平面的相对高度以及多旋翼无人机在预定时刻的第一欧拉角和第二欧拉角，对第一相对位移和第二相对位移进行角度补偿。

根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿设备，包括：高度补偿装置，被配置为从多旋翼无人机从被检测平面上的起始位置的起飞时刻开始，利用光流传感器获取多旋翼无人机在每个单位时间内相对于起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移，并且利用多旋翼无人机在每个单位时间内相对于被检测平面的实时高度，对多旋翼无人机在相应单位时间内的第一实时位移和第二实时位移进行高度补偿；位移获取单元，被配置为利用多旋翼无人机从起飞时刻到预定时刻之间的每个单位时间内的经过高度补偿的第一实时位移和经过高度补偿的第二实时位移，获取多旋翼无人机在预定时刻相对于起始位置在第一方向上的第一相对位移和在第二方向上的第二相对位移；以及角度补偿装置，被配置为利用多旋翼无人机在预定时刻相对于被检测平面的相对高度以及多旋翼无人机在预定时刻的第一欧拉角和第二欧拉角，对第一相对位移和第二相对位移进行角度补偿。

根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿方法和设备，通过利用多旋翼无人机在每个单位时间内的实时高度对光流传感器在相应单位时间内测得的多旋翼无人机的第一和第二实时位移进行高度补偿，利用多旋翼无人机从起飞时刻到预定时刻之间的每个单位时间内的经过高度补偿的第一和第二实时位移获取多旋翼无人机在预定时刻的第一和第二相对位移，并利用多旋翼无人机在预定时刻的相对高度、第一欧拉角、和第二欧拉角对多旋翼无人机在预定时刻的第一和第二相对位移进行角度补偿，可以得到多旋翼无人机在预定时刻在第一和第二方向的更为准确的第一和第二实际相对位移。

根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的速度补偿方法，包括：利用光流传感器获取多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于被检测平面上的起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移；利用多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第一旋转轴的第一转动角速度对第一实时位移进行角速度补偿，并利用多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第二旋转轴的第二转动角速度对第二实时位移进行角速度补偿；以及利用多旋翼无人机在预定时刻相对于被检测平面的相对高度，对经过角速度补偿的第一实时位移和经过角速度补偿的第二实时位移进行高度补偿，其中将经过角速度和高度补偿的第一实时位移作为多旋翼无人机在预定时刻相对于起始位置在第一方向上的第一相对移动速度，并将经过角速度和高度补偿的第二实时位移作为多旋翼无人机在预定时刻相对于起始位置在第二方向上的第二相对移动速度。

根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的速度补偿设备，包括：速度获取装置，被配置为利用光流传感器获取多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于被检测平面上的起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移；角速度补偿装置，被配置为利用多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第一旋转轴的第一转动角速度对第一实时位移进行角速度补偿，并利用多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第二旋转轴的第二转动角速度对第二实时位移进行角速度补偿；以及高度补偿装置，利用多旋翼无人机在预定时刻相对于被检测平面的相对高度，对经过角速度补偿的第一实时位移和经过角速度补偿的第二实时位移进行高度补偿，其中经过角速度和高度补偿的第一实时位移被作为多旋翼无人机在预定时刻相对于起始位置在第一方向上的第一相对移动速度，经过角速度和高度补偿的第二实时位移被作为多旋翼无人机在预定时刻相对于起始位置在第二方向上的第二相对移动速度。

根据本发明实施例的速度补偿方法和设备，通过利用多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第一和第二旋转轴的第一和第二转动角速度分别对光流传感器在该单位时间内测得的多旋翼无人机的第一实时位移和第二实时位移进行角速度补偿，并利用多旋翼无人机在预定时刻的相对高度对经过角速度补偿的第一和第二实时位移进行高度补偿，可以得到多旋翼无人机在预定时刻在第一和第二方向的更为准确的第一和第二实际相对移动速度。

附图说明

从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

图1示出了示出了根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿设备的框图；

图2示出了根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿方法的流程图；

图3示出了根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的速度补偿设备的框图；

图4示出了根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的速度补偿方法的流程图；

图5示出了光流传感器相对于被检测平面的相对高度与光流传感器针对被检测平面的分辨率之间的关系的曲线图；以及

图6示出了可以实现根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿方法和装置的计算机系统的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

鉴于使用光流传感器测得的多旋翼无人机相对于被检测平面上的起始位置(即，多旋翼无人机在起飞时刻所在的位置)的位移和移动速度存在的上述问题，本发明提出了一种用于多旋翼无人机的位移补偿方法和设备及速度补偿方法和设备，其中，由于考虑了多旋翼无人机的姿态及其相对于被检测平面的高度的影响，可以得到多旋翼无人机的更为准确的相对位移和相对移动速度。

这里，需要说明的是，多旋翼无人机的实时位移是指多旋翼无人机在某个单位时间内相对于被检测平面上的起始位置的实时位移；多旋翼无人机的相对位移是指多旋翼无人机在某个时刻相对于被检测平面上的起始位置的位移；多旋翼无人机的实时高度是指多旋翼无人机在某个单位时间内相对于被检测平面的平均高度；多旋翼无人机的相对高度是指多旋翼无人机在某个时刻相对于被检测平面的高度；多旋翼无人机的相对移动速度是指多旋翼无人机在某个时刻相对于被检测平面上的起始位置的移动速度。

图1示出了根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿设备 100的框图。图2示出了根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿方法200的流程图。下面，结合图1和图2，详细描述根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿设备100和方法200。

如图1所示，根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿设备 100包括第一高度补偿装置102、位移获取装置104、以及角度补偿装置 106，其中：第一高度补偿装置102被配置为从多旋翼无人机从被检测平面上的起始位置的起飞时刻开始，利用光流传感器获取多旋翼无人机在每个单位时间内相对于起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移，并且利用多旋翼无人机在每个单位时间内相对于被检测平面的实时高度，对多旋翼无人机在相应单位时间内的第一实时位移和第二实时位移进行高度补偿(即，执行步骤S202)。位移获取单元104被配置为利用多旋翼无人机从起飞时刻到预定时刻之间的每个单位时间内的经过高度补偿的第一实时位移和经过高度补偿的第二实时位移，获取多旋翼无人机在预定时刻相对于起始位置在第一方向上的第一相对位移和在第二方向上的第二相对位移(即，执行步骤S204)。角度补偿装置106被配置为利用多旋翼无人机在预定时刻相对于被检测平面的相对高度以及多旋翼无人机在预定时刻的第一欧拉角和第二欧拉角，对多旋翼无人机在预定时刻的第一相对位移和第二相对位移进行角度补偿(即，执行步骤 S206)。

根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿方法和设备，通过利用多旋翼无人机在每个单位时间内的实时高度对光流传感器在相应单位时间内测得的多旋翼无人机的第一和第二实时位移进行高度补偿，利用多旋翼无人机从起飞时刻到预定时刻之间的每个单位时间内的经过高度补偿的第一和第二实时位移获取多旋翼无人机在预定时刻的第一和第二相对位移，并利用多旋翼无人机在预定时刻的相对高度、第一欧拉角、和第二欧拉角对多旋翼无人机在预定时刻的第一和第二相对位移进行角度补偿，可以得到多旋翼无人机在预定时刻在第一和第二方向的更为准确的第一和第二实际相对位移。

在一些实施例中，可以定义多旋翼无人机的机头指向为多旋翼无人机的机体坐标系的横滚轴方向，定义在水平方向垂直于多旋翼无人机的机头指向的方向为多旋翼无人机的机体坐标系的俯仰轴方向。多旋翼无人机的横滚角为多旋翼无人机的横滚轴与水平面之间的夹角，多旋翼无人机的俯仰角为多旋翼无人机的俯仰轴与水平面之间的夹角。可以将多旋翼无人机的横滚角和俯仰角统称为多旋翼无人机的欧拉角，并且可以将多旋翼无人机的横滚轴方向和俯仰轴方向分别作为第一方向和第二方向。

这里，为了简单，将多旋翼无人机在第一方向的实时位移、相对位移、以及相对移动速度称为多旋翼无人机的第一实时位移、第一相对位移、以及第一相对移动速度，并且将多旋翼无人机多旋翼无人机在第二方向的实时位移、相对位移、以及相对移动速度称为多旋翼无人机的第二实时位移、第二相对位移、以及第二相对移动速度。

在一些实施例中，第一高度补偿装置102可以进一步被配置为通过将多旋翼无人机在每个单位时间内的实时高度与多旋翼无人机在相应单位时间内的第一实时位移相乘来对该第一实时位移进行高度补偿，并且通过将多旋翼无人机在每个单位时间内的实时高度与多旋翼无人机在相应单位时间内的第二实时位移相乘来对该第二实时位移进行高度补偿。

例如，光流传感器测得的多旋翼无人机在某个单位时间内的第一实时位移和第二实时位移分别为opt_x和opt_y，并且多旋翼无人机在该单位时间内的实时高度为h_rela，则多旋翼无人机在该单位时间内的经过高度补偿的第一实时位移和经过高度补偿的第二实时位移分别为opt_x×h_rela和opt_y× h_rela。这里，可以将opt_x看作光流传感器测得的多旋翼无人机在该单位时间内相对于被检测平面上的起始位置在第一方向上的第一平均移动速度，并且将opt_y看作光流传感器测得的多旋翼无人机在该单位时间内相对于被检测平面上的起始位置在第二方向上的第二平均移动速度。

在一些实施例中，位移获取装置104可以进一步被配置为通过将多旋翼无人机从起飞时刻到预定时刻之间的每个单位时间内的经过高度补偿的第一实时位移进行累加来获取多旋翼无人机在预定时刻的第一相对位移，并且通过将多旋翼无人机从起飞时刻到预定时刻之间的每个单位时间内的经过高度补偿的第二实时位移进行累加来获取多旋翼无人机在预定时刻的第二相对位移。

例如，可以根据以下等式(1)计算多旋翼无人机在预定时刻的第一相对位移和第二相对位移：

其中，S_{offseth_x}表示多旋翼无人机在预定时刻的第一相对位移，S_{offseth_y}表示多旋翼无人机在预定时刻的第二相对位移，opt_x表示多旋翼无人机在每个单位时间内的第一实时位移，opt_y表示多旋翼无人机在每个单位时间内的第二实时位移，h_rela表示多旋翼无人机在每个单位时间内的实时高度，K₁为将位移规范化到标准单位(例如，厘米)的系数。

在一些实施例中，角度补偿装置106可以进一步被配置为通过以下处理对多旋翼无人机在预定时刻的第一相对位移进行角度补偿：利用多旋翼无人机在预定时刻的第一欧拉角和相对高度通过乘法运算获取第一角度补偿值，并利用第一角度补偿值对多旋翼无人机在预定时刻的第一相对位移进行角度补偿。

在一些实施例中，角度补偿装置106可以进一步被配置为通过以下处理对多旋翼无人机在预定时刻的第二相对位移进行角度补偿：利用多旋翼无人机在预定时刻的第二欧拉角和相对高度通过乘法运算获取第二角度补偿值，并利用第二角度补偿值对多旋翼无人机在预定时刻的第二相对位移进行角度补偿。

这里，可以将多旋翼无人机在预定时刻的经过角度补偿的第一相对位移和第二相对位移分别称为多旋翼无人机在预定时刻的第一实际相对位移和第二实际相对位移。

在一些实施例中，多旋翼无人机在预定时刻的第一欧拉角可以是多旋翼无人机在预定时刻的横滚角，多旋翼无人机在预定时刻的第二欧拉角可以是多旋翼无人机在预定时刻的俯仰角。在这种情况下，可以根据以下等式(2)计算多旋翼无人机在预定时刻的第一实际相对位移和第二实际相对位移：

在一些实施例中，多旋翼无人机在预定时刻的第一欧拉角可以是多旋翼无人机在预定时刻的俯仰角，多旋翼无人机在预定时刻的第二欧拉角可以是多旋翼无人机在预定时刻的横滚角。在这种情况下，可以根据以下等式(3)计算多旋翼无人机在预定时刻的第一实际相对位移和第二实际相对位移：

在等式(2)和等式(3)中，S_{opt_x}表示多旋翼无人机在预定时刻的第一实际相对位移，S_{opt_y}表示多旋翼无人机在预定时刻的第二实际相对位移，S_{offseth_x}表示多旋翼无人机在预定时刻的第一相对位移，S_{offseth_y}表示多旋翼无人机在预定时刻的第二相对位移，Angle_roll表示多旋翼无人机在预定时刻的横滚角，H_rela表示多旋翼无人机在预定时刻的相对高度，K₂为将多旋翼无人机的欧拉角变化导致的位移规范化到标准单位(例如，厘米)的系数。

图3示出了根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的速度补偿设备 300的框图。图4示出了根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的速度补偿方法400的流程图。下面，结合图3和图4，详细描述根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的速度补偿设备300和方法400。

如图3所示，根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的速度补偿设备 300可以包括速度获取装置302、角速度补偿装置304、以及第二高度补偿装置306，其中：速度获取装置302被配置为利用光流传感器获取多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于被检测平面上的起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移(即，执行步骤S402)。角速度补偿装置304被配置为利用多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第一旋转轴的第一转动角速度对多旋翼无人机在该单位时间内的第一实时位移进行角速度补偿，并利用多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第二旋转轴的第二转动角速度对多旋翼无人机在该单位时间内的第二实时位移进行角速度补偿(即，执行步骤S404)。第二高度补偿装置306被配置为利用多旋翼无人机在预定时刻相对于被检测平面的相对高度，对多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内的经过角速度补偿的第一实时位移和经过角速度补偿的第二实时位移进行高度补偿(即，执行步骤S406)。

这里，多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内的经过角速度和高度补偿的第一实时位移被作为多旋翼无人机在预定时刻相对于被检测平面上的起始位置在第一方向上的第一相对移动速度，多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内的经过角速度和高度补偿的第二实时位移被作为多旋翼无人机在预定时刻相对于被检测平面上的起始位置在第二方向上的第二相对移动速度。

根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的速度补偿方法和设备，通过利用多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第一和第二旋转轴的第一和第二转动角速度分别对光流传感器在该单位时间内测得的多旋翼无人机的第一实时位移和第二实时位移进行角速度补偿，并利用多旋翼无人机在预定时刻的相对高度对经过角速度补偿的第一和第二实时位移进行高度补偿，可以得到多旋翼无人机在预定时刻在第一和第二方向的更为准确的第一和第二实际相对移动速度。

在一些实施例中，第二高度补偿装置306可以进一步被配置为通过将多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内的经过角速度补偿的第一实时位移与多旋翼无人机在预定时刻的相对高度相乘，来对该经过角速度补偿的第一实时位移进行高度补偿，并且通过将多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内的经过角速度补偿的第二实时位移与多旋翼无人机在预定时刻的相对高度相乘，来对该经过角速度补偿的第二实时位移进行高度补偿。

在一些实施例中，在多旋翼无人机在预定时刻的第一欧拉角和第二欧拉角分别是多旋翼无人机在预定时刻的横滚角和俯仰角的情况下，可以根据以下等式(4)计算多旋翼无人机在预定时刻的第一相对移动速度和第二相对移动速度：

在一些实施例中，在多旋翼无人机在预定时刻的第一欧拉角和第二欧拉角分别是多旋翼无人机在预定时刻的俯仰角和横滚角的情况下，可以根据以下等式(5)计算多旋翼无人机在预定时刻的第一相对移动速度和第二相对移动速度：

在等式(4)和等式(5)中，V_{opt_x}表示多旋翼无人机在预定时刻的第一相对移动速度，V_{opt_y}表示多旋翼无人机在预定时刻的第二相对移动速度，opt_x表示多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内的第一实时位移，opt_y表示多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内的第二实时位移，ω_roll表示多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其横滚轴的转动角速度，ω_pitch表示多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于其俯仰轴的转动角速度，H_rela表示多旋翼无人机在预定时刻的相对高度，K₃为将转动角速度变化带来的位移规范化到与转动角速度相对应的标准单位(例如，rad/s)的系数，K₄为将多旋翼无人机的经过角速度补偿的移动速度规范化到标准单位(例如，cm/s)的系数，A为用于角速度补偿的横滚轴及俯仰轴上的角速度限幅，该角速度限幅取决于光流传感器的最大检测角速度。

在一些实施例中，可以利用多旋翼无人机搭载的惯性测量单元 (InertialMeasurement Unit，IMU)传感器来获取多旋翼无人机在预定时刻的第一和第二欧拉角及多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内的第一和第二转动角速度，并且可以利用高度传感器来获取多旋翼无人机在每个单位时间内的实时高度及多旋翼无人机在预定时刻的相对高度。

在一些实施例中，高度传感器可以采用飞行时间(Time of flight， TOF)红外测距传感器或超声波传感器等能够精确测量多旋翼无人机的相对高度的传感器。由于气压计传感器存在不定漂移特性，其测量结果会受外界大气压强的变化的影响而产生漂移，所以由气压计传感器测得的多旋翼无人机的相对高度存在失真。利用多旋翼无人机的存在失真的相对高度对多旋翼无人机在每个单位时间内的实时位移进行补偿会导致经过高度补偿的实时位移存在失真，这最终会影响多旋翼无人机的飞行及悬停稳定性，甚至会导致多旋翼无人机无法实现悬停。因此，不使用气压计传感器作为高度传感器来测量多旋翼无人机的相对高度。

通过根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿设备和方法，可以较高精度地还原多旋翼无人机在悬停及飞行状态下的相对位移及相对移动速度。例如，在多旋翼无人机处于悬停状态的情况下，可增加多旋翼无人机的悬停稳定性，降低因多旋翼无人机的姿态调节带来的控制误差引入，同时增加后续控制环路中控制参数对不同高度的适应性。在多旋翼无人机处于飞行状态的情况下，可准确得到多旋翼无人机在飞行过程中的实际位移及移动速度，对后续导航控制及自主飞行路线规划提供较高精度的位移及移动速度信息。

通常，光流传感器针对被检测平面的分辨率会随光流传感器与被检测平面的距离的减小而增高，并且随光流传感器与被检测平面的距离的增大而降低。这里，光流传感器的分辨率单位用每英寸测量点数(Counts per Inch，CPI)表示。由光流传感器测得的多旋翼无人机在每个单位时间内的实时位移及移动速度会受此特性的影响，直观体现为多旋翼无人机离被检测平面越远，单位位移内的测量点数越少，即位移及速度信息的齿感越强，噪声越多。

因此，在一些实施例中，考虑到光流传感器的上述分辨率特性，根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿设备100还可以包括第一低通滤波装置108，被配置为对多旋翼无人机在预定时刻的第一实际相对位移(即，经过角度补偿的第一相对位移)和第二实际相对位移(即，经过角度补偿的第二相对位移)进行低通滤波(即，执行步骤S208)。

例如，可以根据以下等式(6)对多旋翼无人机在预定时刻的第一或第二实际相对位移进行低通滤波：

S(n)＝S(n-1)+P·(So_pt(n)-S(n-1)) (6)

其中，S(n)表示多旋翼无人机在预定时刻的经过低通滤波的第一或第二实际相对位移，S(n-1)表示多旋翼无人机在预定时刻之前的另一时刻的经过低通滤波的第一或第二实际相对位移，S_opt(n)为多旋翼无人机在预定时刻的第一或第二实际相对位移。

在一些实施例中，考虑到光流传感器的上述分辨率特性，根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿设备300还可以包括第二低通滤波装置308，被配置为对多旋翼无人机在预定时刻的第一相对移动速度和第二相对移动速度进行低通滤波(即，执行步骤S408)。

例如，可以根据以下等式(7)对多旋翼无人机在预定时刻的第一或第二相对移动速度进行低通滤波：

V(n)＝V(n-1)+P·(Vo_pt(n)-V(n-1)) (7)

其中，V(n)表示多旋翼无人机在预定时刻的经过低通滤波的第一或第二相对移动速度，V(n-1)表示多旋翼无人机在预定时刻之前的另一时刻的经过低通滤波的第一或第二相对移动速度，V_opt(n)表示多旋翼无人机在预定时刻的第一或第二相对移动速度。

在一些实施例中，第一低通滤波装置108和第二低通滤波装置308可以进一步被配置为：利用光流传感器的分辨率特性参数和多旋翼无人机在预定时刻的相对高度(即，光流传感器在预定时刻的相对高度)，获取光流传感器在该相对高度针对被检测平面的光流分辨率；利用光流分辨率获取用于低通滤波的截止频率；以及利用用于低通滤波的截止频率获取低通滤波系数。

在一些实施例中，可以根据以下等式(8)计算等式(6)和等式 (7)中的低通滤波系数P：

其中，T表示用于低通滤波的采样周期，f_c表示用于低通滤波的截止频率。

光流传感器在预定时刻的分辨率R_cpi与光流传感器在预定时刻相对于被检测平面的相对高度(即，多旋翼无人机在预定时刻的相对高度H_rela) 的关系如下：

其中，α，β为光流传感器的分辨率特性参数(不同光流传感器的分辨率特性参数不同)，可通过光流相关技术手册或者直接测试得出。图5 示出了光流传感器相对于被检测平面的相对高度与光流传感器针对被检测平面的分辨率之间的关系的曲线图。

在一些实施例中，可以根据以下等式(10)计算用于低通滤波的截止频率f_c：

f_c＝λ·R_cpi (10)

其中，λ是用于将光流传感器在预定时刻的分辨率R_cpi规范到合适的截止频率范围内的系数。

这里，通过将基于光流传感器在预定时刻的分辨率得到的截止频率f_c带入P即可实现对于多旋翼无人机在预定时刻的第一和第二实际相对位移及第一和第二相对移动速度的低通滤波，从而可以在保证多旋翼无人机在预定时刻的相对位移和相对移动速度的真实性和实时性前提下，使得多旋翼无人机在预定时刻的相对位移和相对移动速度更加平滑且降低噪声，以此来增加多旋翼无人机在后续飞行及悬停控制过程中的平滑性和稳定性。

图6示出了可以实现根据本发明实施例的用于多旋翼无人机的位移补偿方法和装置的计算机系统的示意图。下面结合图6，描述适于用来实现本公开的实施例的计算机系统600。应该明白的是，图6示出的计算机系统600仅是一个示例，不应对本公开的实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图6所示，计算机系统600可以包括处理装置(例如，中央处理器、图形处理器等)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储装置608加载到随机访问存储器(RAM)603中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 603中，还存储有计算机系统600 操作所需的各种程序和数据。处理装置601、ROM 602、以及RAM 603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

通常，以下装置可以连接至I/O接口605：包括例如触摸屏、触摸板、摄像头、加速度计、陀螺仪、传感器等的输入装置606；包括例如液晶显示器(LCD，Liquid CrystalDisplay)、扬声器、振动器、电机、电子调速器等的输出装置607；包括例如闪存(FlashCard)等的存储装置608；以及通信装置609。通信装置609可以允许计算机系统600与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图6示出了具有各种装置的计算机系统600，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图6中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。

特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例提供一种计算机可读存储介质，其存储计算机程序，该计算机程序包含用于执行图1所示的方法100 的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置609从网络上被下载和安装，或者从存储装置608被安装，或者从ROM 602被安装。在该计算机程序被处理装置601执行时，实现根据本发明实施例的装置中限定的上述功能。

需要说明的是，根据本发明实施例的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器 (ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。根据本发明实施例的计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。另外，根据本发明实施例的计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(Radio Frequency，射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行根据本发明实施例的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言——诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言——诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码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)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本公开的各种实施例的系统、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、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码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。也应当注意，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，两个接连地表示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操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。

描述于本公开的实施例中所涉及到的装置可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的装置也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器，包括第一和第二高度补偿装置、位移获取装置、角度补偿装置、速度获取装置、角速度补偿装置、以及第一和第二低通滤波装置。其中，这些装置的名称在某种情况下并不构成对该装置本身的限定。

本发明可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。

Claims (21)

1.一种用于多旋翼无人机的位移补偿方法，包括：

从所述多旋翼无人机从被检测平面上的起始位置的起飞时刻开始，

利用光流传感器获取所述多旋翼无人机在每个单位时间内相对于所述起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移，并且

利用所述多旋翼无人机在每个单位时间内相对于所述被检测平面的实时高度，对所述多旋翼无人机在相应单位时间内的所述第一实时位移和所述第二实时位移进行高度补偿；

利用所述多旋翼无人机从所述起飞时刻到预定时刻之间的每个单位时间内的经过高度补偿的第一实时位移和经过高度补偿的第二实时位移，获取所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述起始位置在所述第一方向上的第一相对位移和在所述第二方向上的第二相对位移；以及

利用所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述被检测平面的相对高度以及所述多旋翼无人机在所述预定时刻的第一欧拉角和第二欧拉角，对所述第一相对位移和所述第二相对位移进行角度补偿，其中

所述第一欧拉角是所述多旋翼无人机的横滚角，所述第二欧拉角是所述多旋翼无人机的俯仰角，或者

所述第一欧拉角是所述多旋翼无人机的俯仰角，所述第二欧拉角是所述多旋翼无人机的横滚角。

2.如权利要求1所述的位移补偿方法，还包括：

对经过角度补偿的第一相对位移和经过角度补偿的第二相对位移进行低通滤波。

3.如权利要求1所述的位移补偿方法，其中，通过将所述多旋翼无人机在每个单位时间内的所述实时高度与所述多旋翼无人机在相应单位时间内的所述第一实时位移相乘，来对所述第一实时位移进行高度补偿，并且

通过将所述多旋翼无人机在每个单位时间内的所述实时高度与所述多旋翼无人机在相应单位时间内的所述第二实时位移相乘，来对所述第二实时位移进行高度补偿。

4.如权利要求1所述的位移补偿方法，其中，对所述第一相对位移进行角度补偿包括：利用所述第一欧拉角和所述相对高度通过乘法运算获取第一角度补偿值，并利用所述第一角度补偿值对所述第一相对位移进行角度补偿，并且

对所述第二相对位移进行角度补偿包括：利用所述第二欧拉角和所述相对高度通过乘法运算获取第二角度补偿值，并利用所述第二角度补偿值对所述第二相对位移进行角度补偿。

5.如权利要求2所述的位移补偿方法，还包括：

利用所述光流传感器的分辨率特性参数和所述相对高度，获取所述光流传感器在所述相对高度针对所述被检测平面的光流分辨率；

利用所述光流分辨率获取用于低通滤波的截止频率；以及

利用所述用于低通滤波的截止频率获取低通滤波系数。

6.一种用于多旋翼无人机的速度补偿方法，包括：

利用光流传感器获取所述多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于被检测平面上的起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移；

利用所述多旋翼无人机在最接近所述预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第一旋转轴的第一转动角速度对所述第一实时位移进行角速度补偿，并利用所述多旋翼无人机在最接近所述预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第二旋转轴的第二转动角速度对所述第二实时位移进行角速度补偿；以及

利用所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述被检测平面的相对高度，对经过角速度补偿的第一实时位移和经过角速度补偿的第二实时位移进行高度补偿，其中

将经过角速度和高度补偿的第一实时位移作为所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述起始位置在所述第一方向上的第一相对移动速度，并将经过角速度和高度补偿的第二实时位移作为所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述起始位置在所述第二方向上的第二相对移动速度，

所述第一旋转轴是所述多旋翼无人机的横滚轴，所述第二旋转轴是所述多旋翼无人机的俯仰轴，或者

所述第一旋转轴是所述多旋翼无人机的俯仰轴，所述第二旋转轴是所述多旋翼无人机的横滚轴。

7.如权利要求6所述的速度补偿方法，还包括：

对所述第一相对移动速度和所述第二相对移动速度进行低通滤波。

8.如权利要求7所述的速度补偿方法，还包括：

利用所述光流传感器的分辨率特性参数和所述相对高度，获取所述光流传感器在所述相对高度针对所述被检测平面的光流分辨率；

利用所述光流分辨率获取用于低通滤波的截止频率；以及

利用所述用于低通滤波的截止频率获取低通滤波系数。

9.如权利要求6所述的速度补偿方法，其中，通过将所述经过角速度补偿的第一实时位移与所述相对高度相乘，来对所述经过角速度补偿的第一实时位移进行高度补偿，并且

通过将所述经过角速度补偿的第二实时位移与所述相对高度相乘，来对所述经过角速度补偿的第二实时位移进行高度补偿。

10.一种用于多旋翼无人机的位移补偿设备，包括：

高度补偿装置，被配置为从所述多旋翼无人机从被检测平面上的起始位置的起飞时刻开始，

利用光流传感器获取所述多旋翼无人机在每个单位时间内相对于所述起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移，并且

利用所述多旋翼无人机在每个单位时间内相对于所述被检测平面的实时高度，对所述多旋翼无人机在相应单位时间内的所述第一实时位移和所述第二实时位移进行高度补偿；

位移获取装置，被配置为利用所述多旋翼无人机从所述起飞时刻到预定时刻之间的每个单位时间内的经过高度补偿的第一实时位移和经过高度补偿的第二实时位移，获取所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述起始位置在所述第一方向上的第一相对位移和在所述第二方向上的第二相对位移；以及

角度补偿装置，被配置为利用所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述被检测平面的相对高度以及所述多旋翼无人机在所述预定时刻的第一欧拉角和第二欧拉角，对所述第一相对位移和所述第二相对位移进行角度补偿，其中

所述第一欧拉角是所述多旋翼无人机的横滚角，所述第二欧拉角是所述多旋翼无人机的俯仰角，或者

所述第一欧拉角是所述多旋翼无人机的俯仰角，所述第二欧拉角是所述多旋翼无人机的横滚角。

11.如权利要求10所述的位移补偿设备，还包括：

低通滤波装置，被配置为对经过角度补偿的第一相对位移和经过角度补偿的第二相对位移进行低通滤波。

12.如权利要求10所述的位移补偿设备，其中，所述高度补偿装置进一步被配置为：

通过将所述多旋翼无人机在每个单位时间内的所述实时高度与所述多旋翼无人机在相应单位时间内的所述第一实时位移相乘，来对所述第一实时位移进行高度补偿，并且

通过将所述多旋翼无人机在每个单位时间内的所述实时高度与所述多旋翼无人机在相应单位时间内的所述第二实时位移相乘，来对所述第二实时位移进行高度补偿。

13.如权利要求10所述的位移补偿设备，其中，所述角度补偿装置进一步被配置为：

利用所述第一欧拉角和所述相对高度通过乘法运算获取第一角度补偿值，并利用所述第一角度补偿值对所述第一相对位移进行角度补偿，并且

利用所述第二欧拉角和所述相对高度通过乘法运算获取第二角度补偿值，并利用所述第二角度补偿值对所述第二相对位移进行角度补偿。

14.如权利要求11所述的位移补偿设备，其中，所述低通滤波装置进一步被配置为：

利用所述光流传感器的分辨率特性参数和所述相对高度，获取所述光流传感器在所述相对高度针对所述被检测平面的光流分辨率；

利用所述光流分辨率获取用于低通滤波的截止频率；以及

利用所述用于低通滤波的截止频率获取低通滤波系数。

15.一种用于多旋翼无人机的速度补偿设备，包括：

速度获取装置，被配置为利用光流传感器获取所述多旋翼无人机在最接近预定时刻的一个单位时间内相对于被检测平面上的起始位置在第一方向上的第一实时位移和在第二方向上的第二实时位移；

角速度补偿装置，被配置为利用所述多旋翼无人机在最接近所述预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第一旋转轴的第一转动角速度对所述第一实时位移进行角速度补偿，并利用所述多旋翼无人机在最接近所述预定时刻的一个单位时间内相对于其自身的第二旋转轴的第二转动角速度对所述第二实时位移进行角速度补偿；以及

高度补偿装置，被配置为利用所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述被检测平面的相对高度，对经过角速度补偿的第一实时位移和经过角速度补偿的第二实时位移进行高度补偿，其中

经过角速度和高度补偿的第一实时位移被作为所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述起始位置在所述第一方向上的第一相对移动速度，经过角速度和高度补偿的第二实时位移被作为所述多旋翼无人机在所述预定时刻相对于所述起始位置在所述第二方向上的第二相对移动速度，

所述第一旋转轴是所述多旋翼无人机的横滚轴，所述第二旋转轴是所述多旋翼无人机的俯仰轴，或者

所述第一旋转轴是所述多旋翼无人机的俯仰轴，所述第二旋转轴是所述多旋翼无人机的横滚轴。

16.如权利要求15所述的速度补偿设备，还包括：

低通滤波装置，被配置为对所述第一相对移动速度和所述第二相对移动速度进行低通滤波。

17.如权利要求16所述的速度补偿设备，所述低通滤波装置进一步被配置为：

利用所述光流传感器的分辨率特性参数和所述相对高度，获取所述光流传感器在所述相对高度针对所述被检测平面的光流分辨率；

利用所述光流分辨率获取用于低通滤波的截止频率；以及

利用所述用于低通滤波的截止频率获取低通滤波系数。

18.如权利要求15所述的速度补偿设备，其中，所述高度补偿装置进一步被配置为：

通过将经过角速度补偿的第一实时位移与所述相对高度相乘，来对所述经过角速度补偿的第一实时位移进行高度补偿，并且

通过将经过角速度补偿的第二实时位移与所述相对高度相乘，来对所述经过角速度补偿的第二实时位移进行高度补偿。

19.一种用于多旋翼无人机的位移补偿设备，包括：

存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及

一个或多个处理器，被配置为执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至5中任一项所述的位移补偿方法。

20.一种用于多旋翼无人机的速度补偿设备，包括：

存储器，其上存储有计算机可执行指令；以及

一个或多个处理器，被配置为执行所述计算机可执行指令以实现权利要求6至9中任一项所述的速度补偿方法。

21.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令在被一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行权利要求1至5中任一项所述的位移补偿方法或权利要求6至9中任一项所述的速度补偿方法。

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