CN112839871A - 飞行体 - Google Patents

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Abstract

本发明能够高精度地推定自己的位置。一种飞行体，其具备：焦距不同的两台相机；稳定器，其搭载两台相机中至少焦距较短的相机；以及飞行控制器，其基于两台相机拍摄的图像来计算飞行体的移动速度。

Description

飞行体
技术领域
本发明涉及一种飞行体。
背景技术
已知一种不依赖于GPS而推测飞行体的飞行位置的技术。例如，在专利文献1中，作为使用超声波高度计和相机来求出无人机的水平平移速度的方法，公开了使用多分辨率方法的光流法、特征点检测器算法、以及组合了它们的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5854655号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在专利文献1所记载的方法中，当高度变高时，图像的分辨率会下降，精度会下降。
本发明是鉴于这样的背景而完成的，其目的在于提供一种能够高精度地推定自己的位置的技术。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明的主要发明是一种飞行体，其具备：焦距不同的两台相机；稳定器，其搭载所述两台相机中至少所述焦距较短的所述相机；以及飞行控制器，其基于所述两台相机拍摄的图像来计算所述飞行体的移动速度。
此外，关于本申请所公开的课题及其解决方法，通过发明的实施方式和附图来加以明确。
发明的效果
根据本发明，能够高精度地推定自己的位置。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式的飞行体1的结构例的图。
图2是说明本实施方式的飞行体1的概要的图。
图3是示出搭载了焦距不同的两台相机3和6的飞行体1的一个示例的图。
图4是示出搭载了焦距不同的两台相机3和6的飞行体1的第二示例的图。
图5是示出搭载了焦距不同的两台相机3和6的飞行体1的第三示例的图。
图6是示出朝向水平方向搭载了相机3、6和测距仪4的飞行体1的一个示例的图。
图7是示出设置有使装载部7稳定的姿势控制机构51来代替稳定器5的飞行体1的一个示例的图。
图8是示出设置有多个搭载了相机3、6和测距仪4的装载部7的飞行体1的示例的图。
具体实施方式
列出本发明的实施方式的内容进行说明。本发明的实施方式的飞行体具备如下结构。
[项目1]一种飞行体，其特征在于，具备：
焦距不同的两台相机；
稳定器，其搭载所述两台相机中至少所述焦距较短的所述相机；以及
飞行控制器，其基于所述两台相机拍摄的图像来计算所述飞行体的移动速度。
[项目2]
根据项目1所述的飞行体，其特征在于：
具备距离计算部，其基于所述两台相机各自拍摄的两个拍摄图像来计算到拍摄的地点的距离。
[项目3]
根据项目1所述的飞行体，其特征在于：
还具备测距仪，
所述稳定器搭载所述焦距较短的所述相机和所述测距仪。
图1是示出本发明的一个实施方式的飞行体1的结构例的图。
飞行控制器11可以具有可编程处理器(例如中央处理器(CPU))等一个以上处理器。
飞行控制器11具有存储器102，并能够访问该存储器102。存储器102存储有为了进行一个以上步骤而能够由飞行控制器11执行的逻辑、代码和/或程序指令。
存储器102例如也可以包括SD卡、随机存取存储器(RAM)等可分离的介质或外部存储装置。从相机3、测距仪4、传感器类103取得的数据也可以直接传递并存储在存储器102中。例如，由相机3拍摄的静止图像/动态图像数据被记录在内置存储器或外部存储器中。测距仪4能够测定与对象物之间的距离，并将测定的距离存储于存储器102。测距仪4例如能够测定到地面的距离(高度)，或者测定到天花板的距离。相机3和测距仪4经由稳定器5设置于飞行体1。稳定器5优选配置成万向节轴的交点位于飞行体1的重心。
飞行控制器11包括构成为控制飞行体1的状态的控制模块。例如，控制模块经由ESC105控制飞行体1的推进机构(马达106等)，以调整具有六自由度(平移运动x、y和z以及旋转运动θx、θy和θz)的飞行体的空间配置、速度和/或加速度。通过马达106使螺旋桨107旋转，从而产生飞行体1的升力。控制模块能够控制传感器类103的状态中的一个以上。
飞行控制器11能够与收发部104进行通信，该收发部构成为发送和/或接收来自一个以上外部设备(例如收发器(比例控制器)、终端、显示装置或其他远程控制器)的数据。收发部可以使用有线通信或无线通信等任意适当的通信手段。
例如，收发部104能够利用局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外线、无线、WiFi、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等中的一种以上。
收发部104能够发送和/或接收由传感器类103取得的数据、飞行控制器11生成的处理结果、规定的控制数据、来自终端或远程控制器的用户命令等中的一种以上。
本实施方式的传感器类103可以包括惯性传感器(加速度传感器、陀螺仪传感器)、GPS传感器、接近传感器(例如雷达)或视觉/图像传感器(例如相机)。
图2是说明本实施方式的飞行体1的概要的图。如上所述，飞行体1经由稳定器5将相机3和测距仪4搭载于主体2。通过设置稳定器5，如图1(b)所示，即使飞行体1的主体2倾斜，相机3和测距仪4也能保持大致水平。
测距仪4例如能够测定到地面的距离(高度)。测距仪4例如能够通过测定超声波的反射时间来求出距离。另外，测距仪4也可以使用光学、红外线、激光等而不限于超声波，可以采用任意方式的测距仪。
飞行控制器11能够基于由测距仪4测定的距离和由相机3拍摄的连续图像，来计算飞行体1的水平方向的移动速度。例如，飞行控制器11能够基于测距仪4测定的高度和相机3的视角来计算每一个像素的距离，根据每单位时间的移动距离来计算速度。此外，基于相机3拍摄的多个图像来计算飞行体1的水平移动速度的方法可以使用公知的方法。
图3是示出搭载了焦距不同的两台相机3和6的飞行体1的一个示例的图。如图3(a)所示，在稳定器5上搭载焦距较长的(望远)相机3和测距仪4，焦距较短的(广角)相机6不经由稳定器5而搭载于主体2。飞行控制器11能够基于两个相机3和6拍摄的分辨率不同的两个图像，来计算飞行体1的水平移动速度。如图3(b)所示，通过将望远的相机3搭载于稳定器5，即使是较高高度也能够使相机3稳定而拍摄高清晰度的图像。另外，还能够使测距仪4稳定而高精度地进行距离(高度)的测定。因此，飞行控制器11能够高精度地推定水平移动速度。
广角相机6也可以搭载于稳定器5。图4是示出搭载了焦距不同的两台相机3和6的飞行体1的第二示例的图。如图4(a)所示，将焦距不同的两台相机3和6经由稳定器5搭载于主体2。如图4(b)所示，即使在飞行体1倾斜的情况下，相机3、6和测距仪4也会通过稳定器5而朝向铅垂方向下方。由此，能够使相机3和6稳定而高清晰度地拍摄分辨率不同的图像。还能够使测距仪4稳定而高精度地进行距离(高度)的测定。因此，飞行控制器11能够高精度地推定水平移动速度。
相机3、6和测距仪4也可以朝向铅垂方向上方。图5是示出搭载了焦距不同的两台相机3和6的飞行体1的第三示例的图。如图5(a)所示，相机3、6和测距仪4配置在主体2的上表面。由此，相机3和6拍摄铅垂方向上方的图像，测距仪4测定朝向铅垂方向上方的距离。例如，在大规模展示厅等中，即使在地面难以通过混凝土、瓷砖进行特征点的提取的状况的情况下，也能够拍摄天花板并进行截取，测定到天花板的距离，并基于它们计算水平移动距离。
相机3、6和测距仪4也可以朝向水平方向。图6是示出朝向水平方向搭载了相机3、6和测距仪4的飞行体1的一个示例的图。在图6的示例中，在稳定器5的各侧面搭载有相机3、6和测距仪4。飞行控制器11能够根据两个相机3和6拍摄的图像、以及测距仪4测定的到水平方向上存在的物体的距离，来针对各侧面推定与该侧面平行的平面上的移动速度。由此，例如，即使在室内游泳池的水面上，也能够通过朝向横向墙壁的相机3、6和测距仪4推测飞行体1的水平方向的移动速度，能够在水面上自主飞行。
稳定器5只要是使装载的物体(例如相机3和测距仪4)的姿势稳定的机构即可。图7是示出设置有使装载部7稳定的姿势控制机构51来代替稳定器5的飞行体1的一个示例的图。姿势控制机构51具备配置于飞行体1的主体2上表面的支承部件511和与支承部件511连接的臂512。在臂512的前端部设置有装载部7。臂512和支承部件511通过铰链513可转动地连接。铰链513设置于飞行体1的重心。另外，铰链513构成为能够相对于正交的轴转动。由此，能够使臂512以飞行体1的重心为中心转动360度。因此，即使飞行体1的主体2倾斜，如图7(b)所示，臂512也会在铅垂方向上稳定，搭载于装载部7的相机3、6和测距仪4会保持朝向铅垂方向下方的状态。因此，相机3和6能够拍摄高清晰度的图像，测距仪4能够测定稳定的距离(高度)。
也可以设置多个搭载了相机3和6的装载部7。图8是示出设置有多个搭载了相机3、6和测距仪4的装载部7的飞行体1的示例的图。在图8的示例中，箭头F表示飞行体1的行进方向前方，上下是铅垂方向。如图8所示，在支承部件511上，在上下方向上可转动地连接有两条臂512U和512D。在臂512U和512D的前端设置有使搭载了相机3、6和测距仪4的表面(以下称为搭载面)朝向上下方向的装载部7U和7D。另外，在臂512U和512D上，设置有使搭载面朝向飞行体1的左侧的装载部7LU和7LD，在装载部7LU和7LD的相反侧，也分别设置有使搭载面朝向飞行体1的右侧的装载部(未图示)。由此，对于飞行体1的上下左右的每一个方向，相机3和6能够拍摄分辨率不同的图像，测距仪4能够测定飞行体1相对于周边物的距离。因此，飞行控制器11通过使用上下左右的任意的图像和距离，能够推定飞行体1的上下左右前后方向的移动速度。
并且，如图8所示，也可以连接相对于臂512倾斜的臂514，在臂514的前端设置装载部7，测定相对于铅垂方向带有角度的倾斜方向的图像和距离。在图8的示例中，在臂512的前后连接有倾斜45度的臂514。在飞行体1上侧的臂512U上连接有：臂514FU，其设置有使搭载面朝向飞行体1的前侧上方45度的装载部7FU；以及臂514BU，其设置有使搭载面朝向飞行体1的后侧上方45度的装载部7BU。另外，在飞行体1下侧的臂512D上连接有：臂514FD，其设置有使搭载面朝向飞行体1的前侧下方45度的装载部7FD；以及臂514BD，其设置有使搭载面朝向飞行体1的后侧下方45度的装载部7BD。这样，在图8的示例中，能够拍摄飞行体1的大致360度的图像。由此，飞行控制器11能够推定上下左右前后方向的移动速度。
如以上说明的那样，根据本实施方式的飞行体1，由于在飞行体1上经由稳定器5搭载有相机3和测距仪4，因此能够使进行相机3和测距仪4的拍摄和测量的方向稳定。由此，能够提高使用了图像和距离的飞行体1的移动速度的推定精度。这样的本实施方式的飞行体1的结构能够用于从个人爱好到工业用途的任何目的的各种飞行体中。另外，使用环境无论室外、室内都可以。根据相机拍摄的图像和测距仪测定的距离，能够推定飞行体1的移动速度，并根据移动速度推定飞行器1的位置，因此能够在桥梁下方、山谷、山洞等GPS不起作用的场所代替GPS。另外，在取得GPS信号或使用GPS的过程中发生了某些故障的情况下，能够作为备用手段发挥作用。
另外，在搭载焦距不同的多个相机的情况下，当焦距更长的相机的光轴产生偏移时，在根据每一个像素的距离求出移动距离的情况下误差会变大，而根据本实施方式的飞行体1，能够通过稳定器5使焦距更长的相机3稳定。因此，能够高精度地进行移动速度的推测。
以上，对本实施方式进行了说明，但上述实施方式是为了容易理解本发明，而不用于限定性地解释本发明。本发明可以在不脱离其主旨的范围内进行变更、改进，并且本发明包括其等同形式。
例如，在本实施方式中，以测距仪4测量距离为前提，但不限于此，也可以省略测距仪4，使用相机3和6拍摄的两个图像来推定距拍摄的物体的距离。这可以通过使用一般的立体图像的处理来实现。在该情况下，通过由稳定器5使相机3和6稳定，能够高精度地进行移动速度和距离(高度)的推定。
另外，在图7的示例中，在设置于臂512的前端部的装载部7上配置有相机3、6和测距仪4，根据该相机3和6拍摄的图像和测距仪4测定的距离来推定飞行体1的移动速度，但飞行控制器11优选根据臂12的长度(从铰链513到装载部7的搭载面的距离)来修正移动速度。
此外，在图8的示例中，使装载部7的搭载面在前后方向上朝向斜上方和斜下方，但与左右方向同样地，也可以朝向前后方向。
另外，在本实施方式中，相机3和测距仪4固定于稳定器5，但测距仪4也可以是可动的。在该情况下，飞行控制器11也可以从相机3拍摄的图像中取得要截取的点(即，提取了特征量的点，在下文中称为截取点)，并为了使测距仪4的指向方向变化而使测距仪4转动，以朝向所取得的截取点发出超声波、激光。由此，能够使在解析来自相机3的图像来推定移动速度时使用的截取点与成为测定距测距仪4的距离的对象的点大致一致。由此，在计算图像中的每一个像素的距离时，能够准确地求出用于计算截取点移动的距离(水平方向的距离)的到截取点的距离，能够提高移动速度的推定精度。
符号说明
1飞行体；2主体；3相机；4测距仪；5稳定器；6相机；7装载部；51姿势控制机构；511支承部件；512臂；513铰链。

Claims (3)

1.一种飞行体，其特征在于，具备：
焦距不同的两台相机；
稳定器，其搭载所述两台相机中至少所述焦距较短的所述相机；以及
飞行控制器，其基于所述两台相机拍摄的图像来计算所述飞行体的移动速度。
2.根据权利要求1所述的飞行体，其特征在于：
具备距离计算部，其基于所述两台相机各自拍摄的两个拍摄图像来计算到拍摄的地点的距离。
3.根据权利要求1所述的飞行体，其特征在于：
还具备测距仪，
所述稳定器搭载所述焦距较短的所述相机和所述测距仪。
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