CN113167896A - 位置检测系统、位置检测方法、角度检测方法和标记物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了能够容易地执行可移动主体相对于静止主体的位置检测、位置调节、角度检测等的位置检测系统、位置检测方法、角度检测方法和标记物。用于解决问题的装置：位置检测系统是用于检测可移动主体相对于静止主体移动的位置的位置检测系统，该位置检测系统包括设置在静止主体和可移动主体中的一者中的光源、设置在静止主体和可移动主体中的一者中的成像单元、设置在静止主体和可移动主体中的另一者中的标记物、以及被配置成基于由成像单元采集的标记物的图像的亮度来检测可移动主体相对于静止主体的位置的位置检测单元，其中标记物包括反射层和设置在反射层中的光控制层，并且光控制层透射相对于主表面的入射角在预定阈值内的光。
Description
技术领域
本公开的一个方面涉及位置检测系统、位置检测方法、角度检测方法和标记物。
背景技术
已提出检测可移动主体相对于静止主体移动的位置的需求。例如，专利文献1将飞行主体描述为可移动主体，该可移动主体准确地检测飞行主体与作为静止主体的着陆位置单元之间的位置关系，以着陆在着陆位置单元上。根据专利文献1，设置在着陆位置单元中的毫米波雷达设备捕获并跟踪飞行主体，以检测飞行主体与着陆位置单元之间的位置关系。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：JP 11-72558 A
发明内容
技术问题
然而，在灾难引起故障时或当能量供应丢失时，无法通过发射无线电波诸如毫米波雷达来执行检测飞行主体与着陆位置单元之间的位置关系。因此，需要容易地执行移动主体相对于静止主体的位置检测、位置调节、角度检测等。
问题的解决方案
根据本公开的一个方面的位置检测系统是用于检测可移动主体相对于静止主体移动的位置的位置检测系统，该位置检测系统包括设置在静止主体和可移动主体中的一者中的光源、设置在静止主体和可移动主体中的一者中的成像单元、设置在静止主体和可移动主体中的另一者中的标记物、以及被配置成基于由成像单元采集的标记物的图像的亮度来检测可移动主体相对于静止主体的位置的位置检测单元，其中标记物包括反射层和设置在反射层中并包括主表面的光控制层，并且光控制层透射相对于主表面的入射角在预定阈值内的光。
根据本公开的一个方面的位置检测方法是用于调节可移动主体相对于静止主体移动的位置的位置检测方法，该方法包括以下步骤：将光从设置在静止主体和可移动主体中的一者中的光源发射到设置在静止主体和可移动主体中的另一者中的标记物，采集包括标记物的图像，以及基于所采集的标记物的图像的亮度来检测可移动主体相对于静止主体的位置，其中标记物包括反射层和设置在反射层中并具有主表面的光控制层，并且光控制层透射相对于主表面的入射角在预定阈值内的光。
根据本公开的一个方面的角度检测方法是用于检测相对于目标的相对角度的角度检测方法，该方法包括以下步骤：将光从光源发射到设置在目标中的标记物，采集包括标记物的图像，以及基于所采集的标记物的图像的亮度来检测相对于目标的相对角度，其中标记物包括反射层和设置在反射层中并包括主表面的光控制层，并且光控制层透射相对于主表面具有预定入射角的光。
根据本公开的一个方面的标记物是包括反射层和设置在反射层中并包括主表面的光控制层的标记物，其中光控制层透射相对于主表面的入射角在预定阈值内的光，光控制层包括至少两个区域，并且这两个区域的阈值彼此不同，并且反射层反射已穿过光控制层的光，并且反射光的亮度用于检测标记物的位置。
有益效果
根据本公开的一个方面，可容易地执行可移动主体相对于静止主体的位置检测、位置调节、角度检测等。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施方案的位置检测系统的示意性构造视图。
图2是示出位置检测系统的块构造的框图。
图3A是标记物的透视图，并且图3B是示出成像单元的视角与图像中标记物的亮度(亮度)之间的关系的曲线图。
图4A至图4D是用于解释每个区域中的光的入射角与反射之间的关系的视图。
图5A是示出光控制层4的端面的视图，并且图5B是从厚度方向观察光控制层4的视图。
图6是示出根据修改示例的光控制层的视图。
图7A至图7D是用于解释回射的视图。
图8A至图8C是示出标记物的层合结构的视图。
图9A至图9C是示出标记物的修改示例的视图。
图10是示出计算单元的处理细节的流程图。
图11是示出计算单元的处理细节的流程图。
图12是示出计算单元的处理细节的流程图。
图13是示出计算单元的处理细节的流程图。
图14A至图14D是示出图像中的标记物的视图。
图15A至图15F是示出根据修改示例的标记物的视图。
图16是示出根据修改示例的光控制层的视图。
图17A至图17C是示出根据修改示例的光控制层的视图。
图18A至图18D是用于解释振动频率和倾斜度的测量的视图。
图19A和图19B是用于解释振动频率和倾斜度的测量的视图。
图20是示出用于测量振动频率和倾斜度的过程的流程图。
图21A和图21B是用于解释振动频率和倾斜度的测量的视图。
图22A和图22B是示出标记物的用途的其他示例的视图。
具体实施方式
下文参考附图给出根据本公开的实施方案的详细描述。需注意，在附图的描述中，相同或等效的元件由相同的附图标记表示，并且省略了对此类元件的重复描述。
图1是示出根据本公开的实施方案的位置检测系统100的示意性构造视图。如图1所示，位置检测系统100包括飞行主体1(可移动主体)、基站2和设置在着陆位置单元AP(静止主体)中的标记物3。位置检测系统100是被配置成检测相对于具有固定位置的着陆位置单元AP移动的飞行主体1的位置，并且引导飞行主体1以调节飞行主体1的位置的系统。待检测的移动主体相对于静止主体的位置可以是任何形式的信息，只要能够理解飞行主体1与静止主体之间的相对位置关系即可。
飞行主体1是无人驾驶飞行器，诸如无人机。飞行主体1能够自持续飞行。飞行主体1包括主体单元10、螺旋桨单元11、具有光源的相机12和被配置成执行通信的传输/接收单元13。主体单元10包括构成飞行主体1的机架、外部、内部机构、电子设备等。螺旋桨单元11旋转以产生升力和推力。
具有光源的相机12是其中集成有被配置成用光照射的光源17和被配置成采集图像的成像单元18的电子设备。光源17从主体单元10用光向下照射。成像单元18采集被光源17用光照射的位置的图像。在本发明实施方案中，光源17在着陆期间用光照射标记物3。此外，成像单元18采集用光照射的标记物3的图像。光源17在垂直于飞行主体1的水平面的方向上发射光。如图4A所示，飞行主体1的水平面FP为飞行主体1的基准平面，并且为当飞行主体1着陆在水平地面上时在水平方向上伸展的虚拟表面。光源17发射的光的光轴L1垂直于水平面FP。此外，成像单元18的光轴L2也垂直于水平面FP。
传输/接收单元13以无线方式向基站2传输信息以及从基站接收信息。多个基站2散布在飞行主体1可飞行的区域中的每个位置上。因此，传输/接收单元13与最靠近飞行主体1的基站2通信。
图2是示出位置检测系统100的块构造的框图。如图2所示，飞行主体1包括上述光源17、上述成像单元18、上述传输/接收单元13、存储单元19和计算单元20。存储单元19包括内置存储器、外部存储器等，并且存储各种类型的信息。
计算单元20是被配置成执行飞行主体1的各种类型的计算的单元。计算单元20包括处理器、存储器等。处理器是诸如中央处理单元(CPU)的计算单元。存储器是诸如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)的存储介质。计算单元20通过将存储在ROM中的程序加载到RAM并利用CPU执行加载到RAM的程序来实现各种功能。计算单元20包括图像采集单元21、位置检测单元22和位置调节单元23。
图像采集单元21通过读取由成像单元18捕获的图像来采集图像。当飞行主体1着陆时，图像采集单元21采集标记物3的图像。位置检测单元22基于由成像单元18捕获并由图像采集单元21采集的标记物3的图像的亮度来检测飞行主体1相对于着陆位置单元AP的位置。位置调节单元23基于由位置检测单元22执行的检测的结果来调节飞行主体1的位置。位置调节单元23引导飞行主体1，使得飞行主体1可在着陆位置单元AP的位置处以水平姿态着陆。于是在位置和姿态按顺序排列的阶段中，位置调节单元23致使飞行主体1着陆在着陆位置单元AP中。需注意，将在描述标记物3之后描述位置检测单元22和位置调节单元23的处理细节。
基站2包括计算单元31、存储单元32和输入/输出接口33。计算单元31是被配置成在基站2中执行各种类型的计算的单元。存储单元32存储各种类型的信息。输入/输出接口33包括信息输入设备诸如键盘、鼠标和触摸面板，以及信息输出设备诸如显示器和扬声器。基站2的存储单元32可存储在散布在每个位置上的着陆位置单元AP中提供的标记物3的信息。例如，基站2可向飞行主体1传输将成为目的地的着陆位置单元AP的位置信息和在着陆位置单元AP中提供的标记物3的信息。此外，基站2的计算单元31可执行将由飞行主体1的计算单元20执行的一些处理，并且将计算结果传输到飞行主体1。
接着，将参考图3A和图3B以及图4A至图4D来描述根据本发明实施方案的标记物3的详细构造。图3A示出了标记物3的透视图。图3B是示出成像单元18的视角与图像中标记物3的亮度(亮度)之间的关系的曲线图。图4A至图4D是用于解释每个区域中的光的入射角与反射之间的关系的视图。
如图4A至图4D所示，标记物3包括被构造用于反射光的反射层5和设置在反射层5中的光控制层4。反射层5是被构造成执行回射的层，其中入射光沿入射光的光学路径被反射。下文将描述回射的细节。
光控制层4是被构造成透射相对于主表面4a的入射角在预定阈值内的光的层。“透射入射角在预定阈值内的光”是指以等于或大于预定透射率的透射率透射入射角在预定范围内的光，以及以等于或小于预定透射率的透射率透射入射角在预定范围之外的光。此外，光控制层4透射光以发射由反射层5从主表面4a回射的反射光。因此，成像单元18采集由反射光的亮度指示的图像作为光控制层4的图像。光控制层4包括至少两个区域E1、E2。两个区域E1、E2的阈值彼此不同。具体地讲，如图3A所示，当X轴和Y轴设置在水平方向上并且Z轴设置在垂直方向上时，标记物3在X-Y平面内包括具有两行和两列的四个区段。其中，X轴方向上的负侧和Y轴方向上的正侧上的区段被设定为光控制层4的区域E1(也可被称为第二象限QD2)，并且X轴方向上的正侧和Y轴方向上的负侧上的区段被设定为光控制层4的区域E1(也可被称为第四象限QD4)。X轴方向上的负侧和Y轴方向上的负侧上的区段被设定为光控制层4的区域E2(也可被称为第三象限QD3)，并且X轴方向上的正侧和Y轴方向上的正侧上的区段被设定为光控制层4的区域E2(也可被称为第一象限QD1)。
如图4B所示，基于垂直入射在主表面4a上的光，光控制层4的区域E1透射在Y轴方向上的入射角(如从X轴方向观察的入射角)在阈值θ内的光。此外，由于垂直于主表面4a的光为峰，因此穿过区域E1的光的亮度随着入射角增大而逐渐减小。光控制层4阻挡在Y轴方向上的入射角大于阈值θ的光而不透射光。另一方面，如图4C所示，光控制层4的区域E1透射光，就X轴方向上的入射角(如从Y轴方向观察的入射角)而言没有特定限制，只要Y轴方向上的入射角等于或小于阈值θ即可。如图4D所示，基于垂直入射在主表面4a上的光，光控制层4的区域E2透射在X轴方向上的入射角(如从Y轴方向观察的入射角)在阈值θ内的光。此外，由于垂直于主表面4a的光为峰，穿过区域E2的光的亮度随着入射角增大而逐渐减小。光控制层4阻挡在X轴方向上的入射角大于阈值θ的光而不透射光。另一方面，如图4A所示，光控制层4的区域E2透射光，就Y轴方向上的入射角(如从X轴方向观察的入射角)而言没有特定限制，只要X轴方向上的入射角等于或小于阈值θ即可。需注意，在区域E1、E2中的任一个区域中，等于或小于阈值θ的角度包括0°的基准角，即，垂直于主表面4a的角度。
由于上述关系，如图3B的曲线G1所示，由成像单元18捕获的图像中的区域E1的亮度在垂直于主表面4a的0°视角(等于来自光源17的光的入射角)处达到峰值，并且随着Y轴方向上的视角增大而逐渐减小，并且当视角超过阈值θ时变成基本上为0。另一方面，如图3B的曲线G2所示，无论X轴方向上的视角如何，图像中区域E1的亮度都是恒定的。需注意，曲线G2的亮度在与曲线G1的峰值对齐但对应于Y轴方向上的视角的亮度下基本上恒定。此外，如图3B的曲线G1所示，由成像单元18捕获的图像中的区域E2的亮度在垂直于主表面4a的0°视角处达到峰值，并且随着X轴方向上的视角增大而逐渐减小，并且当视角超过阈值θ时变成基本上为0。另一方面，如图3B的曲线G2所示，无论Y轴方向上的视角如何，图像中区域E2的亮度都是恒定的。
接着，将参考图5A和图5B以及图6详细描述光控制层4的构造。图5A是示出光控制层4的端面的视图，并且图5B是从厚度方向观察光控制层4的视图。光控制层4是所谓的百叶窗膜的构件。光控制层4是包括结合到透射部分4A中的非透射部分4B的层。透射部分包括具有高透明度的聚合物树脂等，并且非透射部分4B是微小的并且被称为百叶窗。非透射部分4B在平面方向(图5A和图5B中的垂直方向，并且下文可称为“布置方向”)的一个方向上以恒定间距设置在透射部分4A内。在图5A和图5B中所示的形式中，非透射部分4B在透射部分4A的厚度方向上的整个区域中形成。此外，多个非透射部分4B沿正交于布置方向的方向平行于彼此延伸。
此类光控制层4通过非透射部分4B阻挡入射光中的倾斜方向上的光。即，垂直地或以小倾斜角入射在光控制层4的主表面4a上的光(在图中沿D1所指示方向行进的光)穿过透射部分4A。需注意，穿过透射部分4A的光在主表面4b的位置处被反射层5反射。另一方面，以大于阈值的角度在倾斜方向上入射在主表面4a上的光(在图中沿D2所指示方向行进的光)被非透射部分4B阻挡。需注意，从非透射部分4B的位置入射到主表面4a之外的光在主表面4a的位置处被阻挡。因此，光控制层4具有控制穿过透射部分4A的光在预定角度范围内的行进方向的功能，并且提供均匀的亮度分布。
在该光控制层4中，透射部分4A可包括具有高透明度的聚合物树脂。可使用各种类型的树脂作为聚合物树脂，诸如热塑性树脂、热固性树脂和能够通过能量射线诸如紫外线固化的树脂。聚合物树脂的示例包括：纤维素树脂，诸如乙酸丁酸纤维素和三乙酰纤维素；聚烯烃树脂诸如聚乙烯和聚丙烯；聚酯树脂诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯；聚苯乙烯；聚氨酯；氯乙烯；丙烯酸类树脂；聚碳酸酯树脂；和有机硅树脂。
另一方面，非透射部分4B由能够吸收或反射光的光阻挡物质形成。因此，可使用光阻挡物质，例如，(1)深色颜料或深色染料诸如黑色或灰色，(2)金属诸如铝和银，(3)深色金属氧化物，和(4)含有深色颜料或深色染料的上述聚合物树脂。
在光控制层4中，优选的是，透射部分4A的宽度(即，非透射部分4B与非透射部分4B之间的聚合物树脂部分的宽度)大于非透射部分4B的宽度，以防止所有光控制层4的光透射率降低。透射部分4A的宽度可为20μm至500μm，并且可为40μm至200μm。非透射部分4B的宽度可为0.5μm至100μm，并且可为1μm至50μm。此外，非透射部分4B的角度通常可在0°至45°的范围内。需注意，非透射部分4B的角度是指相对于光控制层4的主表面4a的角度，并且与主表面4a正交的状态(图5A和图5B中所示的状态)为0度。
可例如以如下方式制造此类光控制层4。首先，将包括光阻挡物质的层层合在用作透射部分4A的聚合物膜的一个主表面上，以形成由聚合物膜/光阻挡物质制成的层合物。制备多个此类层合体，并且进一步层合以形成光控制层前体，其中聚合物膜和光阻挡物质交替排列并固定到彼此。然后将前体切片成在与前体的主表面正交的方向上(即，沿层合方向或厚度方向)具有预定厚度。因此，完成了光控制层4。此外，可商购获得的产品诸如购自3M日本有限公司(3M Japan Limited)的“3M(商品名)安全性/隐私过滤器”也可用作光控制层4。
需注意，光控制层4的构造(和制造方法)不限于图5A和图5B中所示的构造。例如，也可采用图6中所示的光控制层4。图6所示的光控制层4通过提供透光并包括彼此平行布置的多个凹槽14a的基座构件14并且用吸光材料或反光材料填充凹槽14a来构造。在这种情况下，非透射部分4B延伸至透射部分4A的厚度方向上的中间位置。
接着，将参考图7A至图7D来描述反射层5。反射包括：漫反射，其中入射光在反射表面处漫射，如图7A所示；镜面反射，其中入射光相对于垂直于反射表面的基准线以相同角度在相反方向上反射，如图7B所示；以及沿入射光的光路反射的回射，如图7C所示。在本发明实施方案中，反射层5包括执行回射的构件，如图7C所示。采用观察角为0.2°、入射角为5°、以及回射系数为15或更大并且优选地为50或更大的构件作为执行回射的构件。需注意，回射系数R'由“R'＝I/Es×A”计算。参见图7D，“I”是回射表面对观察角的发光强度。“Es”是由垂直于入射光方向放置的回射表面接收的照度。“A”是回射表面接收入射光的区域(试件表面积)。需注意，“I”被进一步表示为“I＝Er×d2”。“Er”是布置结构中的光学接收器上的照度。“d”是试件表面中心与光接收基准表面之间的距离。作为构成反射层5的此类构件的材料，采用可得自3M日本公司的“3M(商品名)钻石级(商品名)反射片、柔性棱镜反射片”等。
然而，反射层5可以是执行漫反射或镜面反射的构件。此外，可使用自身发射光的发光层来代替反射层5。
更详细地，可采用如图8A至图8C所示的构造作为标记物3的层构造。在图8A中，保护层6形成于光控制层4的主表面4a中。此外，粘合剂层7形成于反射层5的与光控制层4相对的一侧上的主表面中。此外，在图8B中，光控制层4包括其中可通过施加电压来调节待透射的光的入射角的阈值的构型。此外，在图8C中，在光控制层4与反射层5之间形成印刷层8，在该层中描述了二维码、ID等。图8C的示例在图9A至图9C中更详细地示出。当入射角(即，视角)垂直时，可在图像中确认印刷层8中描述的内容，如图9C所示。当入射角过大时，不能在图像中确认印刷层8中描述的内容，如图9B所示。
飞行主体1的位置检测单元22和位置调节单元23通过使用如上所述构造的标记物3来执行各种操作。位置检测单元22基于图像中标记物3的每个区域E1、E2的亮度差异来检测飞行主体1相对于标记物3的位置。此外，当移动飞行主体1时，位置检测单元22基于图像中标记物3的每个区域E1、E2的亮度变化的方面来检测飞行主体1相对于标记物3的位置。位置检测单元22调节飞行主体1的位置以使图像中的区域E1、E2的亮度差异更小。区域E1、E2的亮度差异较大的状态意味着飞行主体1相对于标记物3的位置在X轴方向和Y轴方向中的任一个方向上极大地偏移。因此，可通过位置调节单元23执行调节使飞行主体1更靠近标记物3，从而使区域E1、E2之间的亮度差异更小。位置调节单元23执行飞行主体1的位置调节，以使图像中的标记物3的亮度达到最大值。当根据光源17的入射角和成像单元18的视角垂直于标记物3时，图像中的标记物3的亮度达到最大值。因此，位置调节单元23能够通过调节位置来将飞行主体1定位在标记物3正上方以使标记物3的亮度达到最大值。位置调节单元23基于标记物3的亮度来确定是否着陆飞行主体1。
接着，将参考图10至图13以及图14A至图14D来描述由计算单元20进行的处理的细节。图10至图13是示出由计算单元20进行的处理的细节的流程图。图14A至图14D是示出图像中的标记物3的视图。需注意，在飞行主体1的图像和移动的描述中，虽然使用词语“垂直”和“水平”，但“垂直”对应于上述标记物3的Y轴方向，并且“水平”对应于标记物3的X轴方向。
如图10所示，计算单元20将飞行主体1移动到目标位置(步骤S10)。接着，计算单元20打开光源17并且由成像单元18捕获图像(步骤S20)。位置检测单元22通过确定是否可在图像中识别标记物3来理解飞行主体1的高度(步骤S30)。即，当确定图像中的标记物3过小并且不可识别时，位置检测单元22检测飞行主体1的高度过高。当确定图像中的标记物3可识别时，位置检测单元22检测飞行主体1的高度是能够执行着陆处理的高度。在步骤S30处，当确定标记物3不可识别时，位置调节单元23引导飞行主体1略微降低飞行主体1的高度(步骤S40)。随后，重复步骤S20和步骤S30处的处理。
在步骤S30处，当确定标记物3可识别时，位置检测单元22通过确定标记物3是否存在于图像中心来检测飞行主体1相对于标记物3的位置(步骤S50)。即，当标记物3位于图像中心时，位置检测单元22可检测飞行主体1处于未从着陆位置单元AP偏移的位置，并且当标记物3不位于图像中心时，位置检测单元22可检测飞行主体1处于从着陆位置单元AP偏移的位置。在步骤S50处，当确定标记物3不在图像中心时，位置调节单元23移动飞行主体1，使得标记物3被带到图像中心(步骤S60)。随后，计算单元20打开光源17并且由成像单元18捕获图像(步骤S70)。然后，重复步骤S50处的处理。在步骤S50处，当确定标记物3位于图像中心时，处理转变到图11中的“A”。
如图11所示，位置检测单元22通过确定标记物3的旋转方向是否与图像的旋转方向对准来检测飞行主体1相对于着陆位置单元AP在旋转方向上的未对准(步骤S80)。如图14A所示，当在图像中在纵向方向上和在横向方向上倾斜地捕获标记物3时，位置检测单元22可检测飞行主体1处于相对于着陆位置单元AP在旋转方向上偏移的位置。在S80处，当标记物3的旋转方向不与图像的旋转方向对准时，位置调节单元23旋转飞行主体1的机身(步骤S90)。随后，计算单元20打开光源17并且由成像单元18捕获图像(步骤S100)。然后，重复步骤S80处的处理。在步骤S80处，当标记物3的旋转方向与图像的旋转方向(例如，图14B、图14C、图14D所示的状态)对准时，处理转变到图12中的“B”。
如图12所示，位置检测单元22测量图像中标记物3的每个象限的亮度(步骤S110)。位置检测单元22确定包括区域E2的“第一象限QD1+第三象限QD3”的亮度与包括区域E1的“第二象限QD2+第四象限QD4”的亮度是否相等(步骤S120)。因此，位置检测单元22能够检测飞行主体1是否定位在标记物3的正上方。即，如图14D所示，当图像中区域E1的亮度变得等于区域E2的亮度时，区域E1的亮度和区域E2的亮度各自为最大值，这是由于光源17的入射角和成像单元18的视角变得在纵向方向上和在横向方向上均垂直于标记物3的主表面。因此，位置检测单元22能够通过根据步骤S120确定条件来确定飞行主体1是否定位在标记物3的正上方。此外，位置调节单元23能够确定飞行主体1是否处于能够着陆的状态。当在步骤S120处确定满足条件时，位置调节单元23确定飞行主体1处于能够着陆的状态并且执行控制使得飞行主体1的高度缓慢降低(步骤S130)。随后，飞行主体1进行着陆(步骤S140)并且由计算单元20进行的处理结束。另一方面，当在步骤S120处确定不满足条件时，位置调节单元23确定飞行主体1不处于能够着陆的状态并且转变到图13中的“C”。
如图13所示，位置检测单元22确定包括区域E2的“第一象限QD1+第三象限QD3”的亮度是否大于包括区域E1的“第二象限QD2+第四象限QD4”的亮度(步骤S160)。因此，位置检测单元22能够检测飞行主体1是相对于标记物3在垂直方向上还是在横向方向上偏移。
当第二区域的亮度高时，如图14B所示，在步骤S160处确定满足条件。此时，位置检测单元22检测飞行主体1处于相对于标记物3在垂直方向上偏移的位置。位置调节单元23将飞行主体1的机身在垂直方向上移动到一侧(步骤S170)。计算单元20打开光源17并且由成像单元18捕获图像(步骤S180)。位置检测单元22确定“第二象限QD2+第四象限QD4”的亮度是否增大(步骤S190)。当飞行主体1在减小垂直方向上的偏移的方向上移动时，图像中区域E1的亮度增大，并且当飞行主体1在增大垂直方向上的偏移的方向上移动时，图像中区域E1的亮度减小。因此，位置检测单元22能够通过执行步骤S190的确定来检测飞行主体1是否处于解决垂直方向上的偏移的位置。当在步骤S190处确定满足条件时，处理返回到图12中的“B”。另一方面，当在步骤S190处确定不满足条件时，位置调节单元23改变方向，朝向垂直方向上的另一侧(步骤S200)。然后，对于该方向上的移动，从步骤S170重复处理。
当第一区域的亮度高时，如图14C所示，在步骤S160处确定不满足条件。此时，位置检测单元22检测飞行主体1处于相对于标记物3在横向方向上偏移的位置。位置调节单元23将飞行主体1的机身在横向方向上移动到一侧(步骤S210)。计算单元20打开光源17并且由成像单元18捕获图像(步骤S220)。位置检测单元22确定“第一象限QD1+第三象限QD3”的亮度是否增大(步骤S230)。当飞行主体1在减小横向方向上的偏移的方向上移动时，图像中区域E2的亮度增大，并且当飞行主体1在增大横向方向上的偏移的方向上移动时，图像中区域E2的亮度减小。因此，位置检测单元22能够通过执行步骤S230的确定来检测飞行主体1是否处于解决横向方向上的偏移的位置。当在步骤S230处确定满足条件时，处理返回到图12中的“B”。另一方面，当在步骤S230处确定不满足条件时，位置调节单元23改变方向，朝向横向方向上的另一侧(步骤S240)。然后，对于该方向上的移动，从步骤S210重复处理。
如上所述，重复图13的处理，并且因此逐渐消除了在飞行主体1的垂直方向和横向方向上的偏移，并且最终将飞行主体1设置在标记物3的正上方并且执行着陆。
接着，将描述根据本发明实施方案的位置检测系统100、位置检测方法和标记物3的动作和效果。
根据本发明实施方案的位置检测系统100是用于检测飞行主体1相对于着陆位置单元AP移动的位置的位置检测系统100，位置检测系统100包括设置在飞行主体1中的光源17、设置在飞行主体1中的成像单元18、设置在着陆位置单元AP中的标记物3、以及被配置成基于由成像单元18采集的标记物3的图像的亮度来检测飞行主体1相对于着陆位置单元AP的位置的位置检测单元22，其中标记物3包括反射层5、设置在反射层5中并包括主表面4a的光控制层4，并且光控制层4透射相对于主表面4a的入射角在预定阈值内的光。
在位置检测系统100中，飞行主体1设置有光源17和成像单元18。因此，光源17向着陆位置单元AP的标记物3发射光，并且成像单元18可采集处于被光照射的状态的标记物3的图像。标记物3包括反射层5和设置在反射层5中的光控制层4。此外，光控制层4透射相对于主表面4a的入射角在预定阈值内的光。穿过光控制层4的光被反射层5反射并且在成像单元18的图像中作为亮度被反射。即，当飞行主体1和标记物3之间的位置偏移较大时，由于来自光源17的光不穿过光控制层4，因此图像中的光控制层4的亮度减小。当飞行主体1和标记物3之间的位置偏移较小时，由于来自光源17的光穿过光控制层4并被反射层5反射，因此图像中的光控制层4的亮度增大。位置检测单元22基于由成像单元18采集的标记物3的图像的亮度来检测飞行主体1相对于着陆位置单元AP的位置。因此，位置检测单元22能够只通过参考图像中的光控制层的亮度来容易且准确地检测飞行主体1的位置，而无需从着陆位置单元AP接收特殊无线电波等。如上所述，位置检测系统100能够检测飞行主体1的位置，而无需从着陆位置单元AP发射特殊无线电波。
位置检测系统100还包括位置调节单元23，该位置调节单元被配置成基于由成像单元18采集的标记物3的图像的亮度来调节飞行主体1的位置。如上所述，当飞行主体1和标记物3之间的位置偏移较小时，图像中的光控制层4的亮度增大。因此，由于位置调节单元23仅需要调节飞行主体1的位置，使得图像中的光控制层4的亮度增大，因此可容易地执行位置调节。
光控制层4包括至少两个区域E1、E2，并且两个区域E1、E2的阈值彼此不同。图像中的区域E1的外观和图像中的区域E2的外观可随着飞行主体1与标记物3之间的位置关系改变而不同。在本发明实施方案中，位置检测单元22能够基于图像中的区域E1、E2的亮度来检测飞行主体1在X轴方向上的位置和飞行主体1在Y轴方向上的位置两者。在使用两个区域E1、E2的情况下，与仅使用一种类型的光控制层4的情况相比，位置检测单元22能够更详细地检测飞行主体1的位置。
位置检测系统100还包括位置调节单元23，该位置调节单元被配置成基于由成像单元18采集的标记物3的图像的亮度来调节飞行主体1的位置。位置调节单元23调节飞行主体1的位置以使图像中的两个区域E1、E2的亮度差异更小。在这种情况下，位置调节单元23可通过减小图像中区域E1、E2的亮度差异的简单处理来容易地执行位置调节，而无需执行复杂的计算等。
位置检测系统100还包括位置调节单元23，该位置调节单元被配置成基于由成像单元18采集的标记物3的图像的亮度来调节飞行主体1的位置。位置调节单元23执行飞行主体1的位置调节，以使图像中的标记物3的亮度达到最大值。在这种情况下，位置调节单元23可通过使图像中标记物3的亮度达到最大值的简单处理来容易地执行位置调节，而无需执行复杂的计算等。
等于或小于阈值的角度包括垂直于主表面4a的角度。在这种情况下，当用来自光源17的光垂直照射主表面4a时，图像中的光控制层4的亮度也增大。
可移动主体是飞行主体1，并且光源17在垂直于飞行主体1的水平面FP的方向上发射光。在这种情况下，位置调节单元23容易地执行位置调节，使得飞行主体1的水平表面FP和标记物3的主表面平行。
位置检测系统100还包括位置调节单元23，该位置调节单元被配置成基于由成像单元18采集的标记物3的图像的亮度来调节飞行主体1的位置。位置调节单元23基于标记物3的亮度来确定是否着陆飞行中的飞行主体1。在这种情况下，位置调节单元23能够基于图像中的标记物3的亮度容易地确定是否可以着陆，而无需执行复杂的计算等。
根据本发明实施方案的位置检测方法是用于调节相对于着陆位置单元AP移动的飞行主体1的位置的位置检测方法，该方法包括以下步骤：将光从设置在飞行主体1中的光源17发射到设置在着陆位置单元AP中的标记物3；采集包括标记物3的图像；以及基于所采集的标记物3的图像的亮度来检测飞行主体1相对于着陆位置单元AP的位置；其中标记物3包括反射层5和设置在反射层5中并包括主表面4a的光控制层4，并且光控制层4透射相对于主表面4a的入射角在预定阈值内的光。
根据该位置检测方法，可获得与上述位置检测系统100的位置调节单元23相同的动作和效果。
标记物3是包括反射层5和设置在反射层5中的光控制层4的标记物3，其中光控制层4透射相对于主表面4a的入射角在预定阈值内的光，光控制层4包括至少两个区域E1、E2，并且这两个区域的阈值彼此不同，并且反射层5反射已穿过光控制层4的光，并且反射光的亮度用于检测标记物3的位置。
根据该标记物3，通过在着陆位置单元AP中提供标记物3并且执行飞行主体1的位置检测和位置调节，可获得与上述位置检测系统100相同的动作和效果。
本公开不旨在限于上述实施方案。
标记物3的结构不限于上述实施方案。例如，可采用根据如图15A至图15F所示的形式中的每一种形式的标记物。如图15A所示，可在中心部分中形成具有高反射率的反射区域51。在这种情况下，当另一个飞行主体1已经完成着陆时，反射区域51变成图像中未示出的状态。因此，准备着陆的飞行主体1能够理解标记物3被另一个飞行主体1占据。
如图15B至图15E所示，标记物3可包括其中可在图像中理解每个象限的位置关系的结构。例如，图15B中的标记物3在拐角部分处包括对准标记物52。通过在高亮度区域中部分地形成低亮度区域来提供对准标记物52。对准标记物52不设置在第四象限QD4侧上的拐角部分处，而是设置在三个其他拐角部分处。图15C中的标记物3在四个边缘部分处包括低亮度区域53，并且仅在第一象限QD1和第二象限QD2上方的低亮度区域53的边缘部分中包括高亮度区域54。图15D中的标记物3包括其中区域E1和区域E2交替地设置成两行×三列图案并且第二行和第二列中仅一个象限向下偏移的构型。图15E中的标记物3包括其中第三象限QD3和第四象限QD4各自具有向下延伸的矩形形状的结构。与图15B至图15E中的每一者的标记物3一样，可在图像中理解象限之间的位置关系，位置检测单元22容易地检测飞行主体1相对于标记物3的每个象限的位置，并且位置调节单元23容易地执行位置调节。
与图15F所示的标记物3一样，除了具有包括在横向方向上笔直延伸的阵列的百叶窗膜的区域E1和具有在垂直方向上笔直延伸的阵列的百叶窗膜的区域E2之外，可提供具有包括在倾斜方向上延伸的阵列的百叶窗膜的区域E3、E4。
此外，可采用图16所示的光控制层4。该光控制层4包括三个区域E1a、E1b、E1c，这些区域具有不同间距，而百叶窗膜阵列的方向相同。用于透射光的入射角的阈值以区域E1a、E1b、E1c的顺序增大。在这种情况下，如图像GF1至GF4所示，图像中区域的亮度差异随着光源17的入射角(成像单元18的视角)增大而增大。因此，位置检测单元22容易理解飞行主体1相对于标记物3的偏移程度。
此外，可采用图17A至图17C所示的光控制层60。如图17A所示，光控制层60包括格栅状百叶窗膜。这样，使用光控制层60，例如JP 2017-522598T中所述的构件。在图17B所示的光控制层60中，反射亮度形成同心圆强度分布，并且越靠近中心，亮度越高。例如，位置调节单元23沿移动位置ML1线性地移动飞行主体1。此时，由于反射亮度如图17C中的曲线BL1所示，位置调节单元23识别反射亮度最大的位置。位置调节单元23在垂直方向上沿移动位置ML2从此类位置线性地移动飞行主体1，并且识别反射亮度最大的位置。因此，飞行主体1设置在标记物的中心位置的正上方。需注意，当移动位置ML1'从中心极大地偏移时，反射亮度平滑地改变，如图17C的曲线BL1'中所示。在这种情况下，位置调节单元23将曲线BL1'的两端的边缘部分的上升位置的中心点视为亮度反射最大的位置。
此外，本发明实施方案的位置检测系统可用于测量振动频率和倾斜。如图18A所示，当设置有标记物3的物体相对于以入射角θ设置的光源17和成像单元18倾斜时(参见图18B和图18C)，光控制层4的百叶窗角度也改变。因此，反射强度根据百叶窗角度而改变(参见图18D)。因此，位置检测系统连续测量反射强度，并且因此可检测物体相对于成像单元18的相对角度，并且可执行振动测量。即，位置检测系统能够基于角度的时间序列变化来检测物体的振动。需注意，在附图中，省略了回射片。
为了执行测量，反射强度相对于角度的变化需要是线性的，并且因此需要以期望的入射角执行观察。例如，当入射角为0°时，存在不能理解倾斜方向的问题。作为对策，如图19A所示，包括具有基准角θ倾斜的百叶窗的导向片65设置在与检测片66相邻的位置处。为了将用于作为标记物3的检测片66的反射光和用于被构造成设定入射角的导向片65的反射光分开，准备可见光的光源17A和红外光的光源17B作为具有不同波长的两种类型的光源。此外，准备可见光的成像单元18A和红外光的成像单元18B。将被构造成选择光的滤光器(光吸收层)施加到每个片材的表面。在图19A和图19B所示的示例中，将被构造成吸收可见光的滤光器67设置在检测片66中，并且用可见光进行照射。然后，从导向片65确定反射强度最强的入射角，并且成像单元18和光源17是固定的。被构造成吸收红外光的滤光器68设置在导向片65中，在该状态下用来自光源17B的红外光进行照射，并且测量目标TG的倾斜或振动频率(参见图19B)。
将参考图20描述位置检测系统对振动频率和倾斜的测量的处理细节。首先，将目标TG移动到观察位置(步骤S300)。接着，如图19A所示，执行设置入射角的准备(步骤S310)。接着，执行关于是否已识别最大强度的确定(步骤S320)。当不能识别最大强度时，改变入射角(步骤S330)并且从步骤S310重复处理。当识别出最大强度时，每个装置的观察距离是固定的(步骤S340)。接着，用来自光源17B的红外光照射检测片66，并且由成像单元18捕获检测片66的图像(步骤S350)。然后，通过执行反射光强度测量来执行目标TG的振动频率和倾斜的测量(步骤S360)。
该角度检测方法是用于检测(光源和成像单元)相对于目标TG的相对角度的角度检测方法，该方法包括以下步骤：将光从光源17B发射到设置在目标TG中的标记物3，采集包括标记物3的图像；以及基于所采集的标记物3的图像的亮度来检测相对于目标TG的相对角度，其中标记物3包括反射层5和设置在反射层5中的光控制层4，并且光控制层4透射相对于主表面4a具有预定入射角的光。
根据该角度检测方法，振动频率和倾斜的测量可通过捕集和观察标记物3的简单工作来进行，而这是通过在目标TG中提供标记物3来进行的，而无需使用诸如发射特殊电磁波的装置之类的装置。
此外，如图21A和图21B所示，如上所述的振动频率和倾斜的测量可在两个轴上执行。此处的标记物3包括四个象限QD1至QD4。在第二象限OD2和第四象限QD4中，具有类似于图19A和图19B的导向片65的角度θ的百叶窗设置在垂直方向上，并且蓝色带通滤光器71设置在正面。在第一象限OD1和第三象限QD3中，90°百叶窗设置在水平方向上，并且红色带通滤光器72设置在正面。与图19A和图19B所示的单轴测量一样，导向片65用于确定相对于垂直方向的所需入射角。此时，在导向片65的正面提供被构造成仅透射红外光并吸收可见光的滤光器73。这样，用于测量的可见光的光源17、设置有红色带通滤光器的检测器18C以及设置有蓝色带通滤光器的检测器18D以角度θ固定。因此，位置检测系统能够通过测量检测器18C、18D的输出来同时测量垂直方向上的倾斜角和横向方向上的倾斜角。
此外，当飞行主体1用激光照射目标物体时，也可使用本发明实施方案的位置检测系统。例如，已经提出安装用于监测社会基础设施诸如桥梁的劣化进展以及用于检测地震等引起的损坏的传感器，但如何长时间为传感器供应电源一直是问题。
对于该问题，根据上述实施方案，在标记物3的中心处设置太阳能电池80，如图22B所示。然后，如图22A所示，在作为静止主体的结构ST(静止主体)的预定位置处设置标记物3。然后，通过与图1的实施方案中所述的用于着陆飞行主体1的方法相同的方法来识别太阳能电池80和飞行主体1的法向方向。接着，飞行主体1用来自激光装置81的激光以太阳能电池80的转换效率增大的波长照射，以生成电力并将电力馈送到连接到太阳能电池80的传感器。
在上述实施方案中，标记物设置在着陆位置单元中并且光源和成像单元设置在移动主体中，但标记物可设置在移动主体中并且光源和成像单元可设置在着陆位置单元中。
参考标记列表
1...飞行主体(移动主体)、3...标记物、4,60...光控制层、5...反射层、17...光源、18...成像单元、22...位置检测单元、23...位置调节单元、AP...着陆位置单元(静止主体)、TG...目标(静止主体)、ST...结构(静止主体)、以及FP...水平面。
Claims (12)
1.一种用于检测可移动主体相对于静止主体移动的位置的位置检测系统，所述位置检测系统包括：
光源，所述光源设置在所述静止主体和所述可移动主体中的一者中；
成像单元，所述成像单元设置在所述静止主体和所述可移动主体中的一者中；
标记物，所述标记物设置在所述静止主体和所述可移动主体中的另一者中；以及
位置检测单元，所述位置检测单元被配置成基于由所述成像单元采集的所述标记物的图像的亮度来检测所述可移动主体相对于所述静止主体的位置；
其中所述标记物包括反射层和设置在所述反射层中并包括主表面的光控制层，并且
所述光控制层透射相对于所述主表面的入射角在预定阈值内的光。
2.根据权利要求1所述的位置检测系统，还包括位置调节单元，所述位置调节单元被配置成基于由所述成像单元采集的所述标记物的图像的亮度来调节所述可移动主体的位置。
3.根据权利要求1或2所述的位置检测系统，其中所述光控制层包括至少两个区域，并且所述两个区域的所述阈值彼此不同。
4.根据权利要求3所述的位置检测系统，还包括位置调节单元，所述位置调节单元被配置成基于由所述成像单元采集的所述标记物的图像的亮度来调节所述可移动主体的位置，其中所述位置调节单元调节所述可移动主体的位置以使所述图像中的所述两个区域之间的亮度差异更小。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的位置检测系统，还包括位置调节单元，所述位置调节单元被配置成基于由所述成像单元采集的所述标记物的图像的亮度来调节所述可移动主体的位置，其中所述位置调节单元调节所述可移动主体的位置以使所述图像中的所述标记物的亮度达到最大值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的位置检测系统，其中具有所述阈值或更小阈值的角度包括垂直于所述主表面的角度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的位置检测系统，其中所述可移动主体是飞行主体，并且所述光源在垂直于所述飞行主体的水平面的方向上发射光。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的位置检测系统，还包括位置调节单元，所述位置调节单元被配置成基于由所述成像单元采集的所述标记物的图像的亮度来调节所述可移动主体的位置，其中所述位置调节单元基于所述标记物的亮度来确定是否着陆飞行中的所述可移动主体。
9.一种用于调节可移动主体相对于静止主体移动的位置的位置检测方法，所述方法包括以下步骤：
将光从设置在所述静止主体和所述可移动主体中的一者中的光源发射到设置在所述静止主体和所述可移动主体中的另一者中的标记物；
采集包括所述标记物的图像；以及
基于所采集的所述标记物的图像的亮度来检测所述可移动主体相对于所述静止主体的位置；
其中所述标记物包括反射层和设置在所述反射层中并包括主表面的光控制层，并且
所述光控制层透射相对于所述主表面的入射角在预定阈值内的光。
10.一种用于检测相对于目标的相对角度的角度检测方法，所述方法包括以下步骤：
将光从光源发射到设置在所述目标中的标记物；
采集包括所述标记物的图像；并且
基于所采集的所述标记物的图像的亮度来检测相对于所述目标的所述相对角度；
其中所述标记物包括反射层和设置在所述反射层中并包括主表面的光控制层，并且
所述光控制层透射相对于所述主表面具有预定入射角的光。
11.根据权利要求10所述的角度检测方法，其中基于角度的时间序列变化来检测所述目标的振动。
12.一种标记物，所述标记物包括：
反射层；和
光控制层，所述光控制层设置在所述反射层中并且包括主表面，其中
所述光控制层透射相对于所述主表面的入射角在预定阈值内的光，
所述光控制层包括至少两个区域，并且所述两个区域的所述阈值彼此不同，并且
所述反射层反射已穿过所述光控制层的光，并且所反射的光的亮度用于检测所述标记物的位置。
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