无人机、无人机控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种无人机控制方法，适用于具有摄影机的无人机。所述控制方法包括：通过摄影机取得第一影像，通过摄影机在取得第一影像之后取得第二影像，通过运算装置根据第一影像及第二影像分别计算出多个特征点，通过运算装置选取第一特征点集合及第二特征点集合，通过运算装置根据第一特征点集合及第二特征点集合计算出第一轴向位移及第二轴向位移，通过运算装置根据第一特征点集合及第二特征点集合计算出第一感兴趣区域面积及第二感兴趣区域面积并计算出第三轴向位移，通过控制装置根据第一轴向位移、第二轴向位移及第三轴向位移调整摄影机的姿态或无人机的飞行路径。

【技术实现步骤摘要】
无人机、无人机控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种无人机控制方法，特别涉及一种通过酬载摄影机拍摄的影像修正摄影机姿态(Pose)或无人机飞行路径的控制方法。
技术介绍
桥梁是交通网络的咽喉。为了在桥梁的服务年限内确保行车安全及交通顺畅，定期桥梁检测成为养护工作的重要环节。桥梁检测一般以目检为主，然而若是桥梁周围的地形险峻使得观察不易，则须借助桥梁检测车、高空作业车或小型船艇等辅助工具趋近桥梁四周。从工作安全性的角度而言，检测人员乘坐上述特殊车械时暴露在危险环境中。另一方面，检测车械通常体积庞大，操作起来不仅费时，动用成本也较昂贵。无人机作为新一代的科技产物，近年来被广泛应用于航空拍摄、工程监察、农林作业、环境观测及灾难搜救等多种领域。然而以桥梁检测而言，现今通过无人机进行桥梁检测大多采取人工介入方式，配置至少一名专业飞手辅助操作。由于桥梁必须因应地貌采取非直线或是非等高的结构，使得单纯通过全球定位系统(GlobalPositioningSystem，GPS)设置起止坐标固定调度方式无法适用于具有特殊结构设计的桥梁。另外，还必须考虑GPS或气压计等仪器的估测误差，以及无人机拍摄时被风吹离航线的不确定因素，上述方法都增加了自动导航的设计难度。另外，若采用同步定位与地图构建(Simultaneouslocalizationandmapping，SLAM)的视觉导航方法，则必须预先建立目标桥梁的地图场景，辅以复杂计算方可得到较精确的摄影机位置与目标对应关系。而若是采用实时动态技术(RealTimeKinematic，RTK)，虽可达到公分等级的精准度，但却又必须额外增设地面信号基准站、流动站及无线电通信系统。因此，应用SLAM和RTK在桥梁检测也不符合经济效益。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种无人机控制方法。通过摄影机连续拍摄目标影像，根据影像计算无人机在这段连续时间内的位移向量，并实时将校正信息反馈，进行飞行路径修正或云台控制调整等工作，然后执行下一次的自动拍摄。而且航拍期间不需额外使用昂贵的特殊车械或检测器材，因此节省工程检测的设备开销。从实务角度来看，本专利技术提供一种通过无人机自动检测的解决方案，有效提升工程检测效率，并保障检测人员安全。本专利技术除了应用在桥梁检测，在建筑物外观检测或是太阳能板检测等类似任务上同样具有高度实用性。本专利技术的一个方面提供了一种无人机控制方法，适用于具有摄影机以拍摄目标的无人机。所述控制方法包括：在第一时间取得第一影像；通过摄影机在第一时间之后的第二时间取得第二影像；通过运算装置根据第一影像及第二影像分别计算出多个特征点；通过运算装置选取第一特征点集合及第二特征点集合，其中，第一特征点集合包括第一影像的多个特征点之中的至少三个特征点，第二特征点集合包括第二影像的多个特征点之中的至少三个特征点；通过运算装置根据第一特征点集合及第二特征点集合计算出第一轴向位移及第二轴向位移；通过运算装置根据第一特征点集合及第二特征点集合分别计算出第一感兴趣区域面积及第二感兴趣区域面积，且运算装置还根据第一感兴趣区域面积及第二感兴趣区域面积计算出第三轴向位移；以及控制装置根据第一轴向位移、第二轴向位移及第三轴向位移调整摄影机的姿态(Pose)或无人机的飞行路径。本专利技术的另一个方面提供了一种无人机控制系统，包括：摄影机、运算装置及控制装置。摄影机用以取得无人机飞行过程中的第一影像及第二影像，其中，第一影像在第一时间拍摄，第二影像在第二时间拍摄，且第一时间早于第二时间。运算装置电性连接摄影机，运算装置根据第一影像及第二影像计算无人机从第一时间到第二时间的位移向量。控制装置电性连接运算装置，控制装置用于根据位移向量选择性地调整云台以改变摄影机的拍摄姿态，或调整无人机的飞行路径。本专利技术的另一个方面提供了一种无人机，包括：飞行系统、控制系统、云台以及机架。其中，飞行系统包括桨翼、马达以及马达驱动装置。桨翼可以旋转以提供无人机上升浮力。马达通过主轴连接桨翼，马达用于提供桨翼旋转动力。马达驱动装置电性连接马达并根据飞行控制命令致动马达。其中，控制系统包括摄影机、运算装置及控制装置。摄影机先后取得第一影像及第二影像，即第一影像在第一时间拍摄，第二影像在第二时间拍摄，且第一时间早于第二时间。运算装置电性连接摄影机，运算装置根据第一影像及第二影像计算无人机从第一时间到第二时间的位移向量。控制装置电性连接运算装置及云台，控制装置根据位移向量选择性地发送云台调整命令或发送飞行控制命令。云台电性连接摄影机，云台具有伺服马达，云台接收云台调整命令以驱动伺服马达调整摄影机的拍摄姿态。机架用于承载飞行系统、控制系统及云台。通过上述架构，本案所揭露的无人机控制方法、无人机控制系统以及具有此控制系统的无人机，通过酬载摄影机针对目标拍摄的连续影像，通过运算装置计算出影像特征点，并进一步根据这些特征点换算出无人机在两次拍摄影像之间的三轴位移向量，再反馈至无人机的云台或飞行控制系统以便调整摄影机姿态或无人机飞行路径以达到更佳的拍摄效果。此外，采用本专利技术所揭露的无人机及无人机控制系统，不需额外增设传感器或通信套件即可通过本专利技术所揭露的无人机控制方法进行自动航拍，因此可节省传统通过人员遥控方式控制无人机执行检测时的人力成本。以上关于本揭露内容的说明及以下实施方式的说明是用以示范与解释本专利技术的精神与原理，并且提供本专利技术的专利申请范围更进一步的解释。附图说明图1示意性示出了依据本专利技术一实施例的无人机控制系统的框图；图2示意性示出了依据本专利技术一实施例的无人机控制方法的流程图；图3示意性示出了依据本专利技术一实施例的影像特征点示意图；图4示意性示出了依据本专利技术一实施例的感兴趣区域选取示意图；图5示意性示出了依据本专利技术一实施例的无人机框图；以及图6示意性示出了依据本专利技术一实施例的无人机结构示意图。符号说明S12-S72步骤1无人机10飞行系统11控制系统12云台13机架22摄影机24运算装置26控制装置ROI感兴趣区域具体实施方式以下在实施方式中详细叙述本专利技术的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本专利技术的
技术实现思路
并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本专利技术相关的目的及优点。以下的实施例为进一步详细说明本专利技术的观点，但并非以任何观点限制本专利技术的范畴。请一并参考图1及图2。图1示意性示出了依据本专利技术一实施例中的无人机控制系统11。图2为以图1所示的无人机控制系统11运作无人机控制方法的流程图。如图1所示，无人机控制系统11包括摄影机22、运算装置24以及控制装置26。运算装置24电性连接摄影机22，控制装置26电性连接运算装置24。请参考图2的步骤S12及S14。在步骤S12中，在第一时间取得第一影像；在步骤S14中，通过摄影机22在第二时间取得第二影像，其中，第一时间早于第二时间。例如，摄影机22在第一时间拍摄第一影像，并在第二时间拍摄第二影像。根据本专利技术的实施例，控制装置26可以包括定时器用于累计第一时间及第二时间之间隔时间。具体地，当摄影机22在第一时间拍摄第一影像时，控制装置26致动定时器开始累计间隔时间，当累计的间隔时间达到默认值后，控制装置26致动摄影机22在第二时间拍摄第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机控制方法，适用于具有摄影机以拍摄目标的无人机，其特征在于，所述控制方法包括：在第一时间取得第一影像；通过所述摄影机在所述第一时间之后的第二时间取得第二影像；通过运算装置根据所述第一影像及所述第二影像分别计算出多个特征点；通过所述运算装置选取第一特征点集合及第二特征点集合，所述第一特征点集合包括所述第一影像的所述特征点之中的至少三个特征点，所述第二特征点集合包括所述第二影像的所述特征点之中的至少三个特征点；通过所述运算装置根据所述第一特征点集合及所述第二特征点集合计算出第一轴向位移及第二轴向位移；通过所述运算装置根据所述第一特征点集合及所述第二特征点集合分别计算出第一感兴趣区域面积及第二感兴趣区域面积，且所述运算装置还根据所述第一感兴趣区域面积及所述第二感兴趣区域面积计算出第三轴向位移；以及通过控制装置根据所述第一轴向位移、所述第二轴向位移及所述第三轴向位移调整所述摄影机的姿态或所述无人机的飞行路径。

【技术特征摘要】
2017.11.30 TW 1061418081.一种无人机控制方法，适用于具有摄影机以拍摄目标的无人机，其特征在于，所述控制方法包括：在第一时间取得第一影像；通过所述摄影机在所述第一时间之后的第二时间取得第二影像；通过运算装置根据所述第一影像及所述第二影像分别计算出多个特征点；通过所述运算装置选取第一特征点集合及第二特征点集合，所述第一特征点集合包括所述第一影像的所述特征点之中的至少三个特征点，所述第二特征点集合包括所述第二影像的所述特征点之中的至少三个特征点；通过所述运算装置根据所述第一特征点集合及所述第二特征点集合计算出第一轴向位移及第二轴向位移；通过所述运算装置根据所述第一特征点集合及所述第二特征点集合分别计算出第一感兴趣区域面积及第二感兴趣区域面积，且所述运算装置还根据所述第一感兴趣区域面积及所述第二感兴趣区域面积计算出第三轴向位移；以及通过控制装置根据所述第一轴向位移、所述第二轴向位移及所述第三轴向位移调整所述摄影机的姿态或所述无人机的飞行路径。2.如权利要求1所述的无人机控制方法，其特征在于，在所述运算装置计算出所述特征点之前，还包括所述运算装置根据所述第一影像及所述第二影像计算总差异量，当所述总差异量小于阈值时，通过所述摄影机重新取得所述第二影像。3.如权利要求1所述的无人机控制方法，其特征在于，所述运算装置通过尺度不变特征转换算法取得所述特征点。4.如权利要求1所述的无人机控制方法，其特征在于，所述运算装置使用主成分分析选取所述第一特征点集合及所述第二特征点集合。5.如权利要求1所述的无人机控制方法，其特征在于，在计算出所述第一轴向位移及所述第二轴向位移之前，所述运算装置使用K-均值聚类法将所述特征点分类以计算所述第一轴向位移及所述第二轴向位移。6.如权利要求1所述的无人机控制方法，其特征在于，在所述摄影机取得所述第一影像之前，还包括通过所述控制装置设置所述无人机的飞行路径。7.一种无人机控制系统，包括：摄影机，用以取得无人机飞行过程中的第一影像及第二影像，其特征在于，所述第一影像在第一时间拍摄，所述第二影像在第二时间拍摄，且所述第一时间早于所述第二时间；运算装置，电性连接所述摄影机，所述运算装置用以根据所述第一影像及所述第二影像计算所述无人机从所述第一时间到所述第二时间的位移向量；以及控制装置，电性连接所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国睿，蔡洛纬，周业凯，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71