航拍無人飛行器的製作方法

2023-05-10 06:38:16 2

本實用新型屬於無人飛行器航拍領域，特別是涉及一種航拍無人飛行器。

背景技術：

隨著利用以四旋翼飛行器為主要解決方案的多旋翼飛行器來實施航拍的技術方案的普及化，航拍無人飛行器開始成為一種暢銷品。

航拍無人飛行器能夠在空中懸停，空中定位精準，操縱逐漸簡便化，續航能力不斷提升，基於上述眾多優點，航拍無人飛行器首先在熱愛旅遊和攝影的小眾群體中得以普及。隨著航拍無人飛行器的性能提升、價格降低、智能化程度提高，航拍無人飛行器開始進入普通消費者的視野。

眾多普通消費者在購買和嘗試了航拍無人飛行器之後，能夠在說明書的指導下順利的完成飛行器的簡單飛行，但是一旦需要利用無人飛行器來實施較為複雜的飛行拍攝目的的時候，就會產生眾多障礙和麻煩。

舉例來說，消費者可能看到別人拍攝得到的結果看起來很漂亮，但是自己想要操作完成類似的飛行拍攝過程，就需要較為豐富的經驗和熟練的操作技巧。比如，一種典型的拍攝手法，就是環繞某個對象目標進行拍攝，然而具體到這個拍攝過程的飛行操控，則需要控制者同時控制飛行器的Z軸自轉、飛行器的橫向飛行，才能實現環繞飛行器，並且為了確保拍攝效果，這種多個軸向上的配合操作，還要具備極為穩定和平滑的飛行過程。如此一來，一個長度為30秒的鏡頭，就需要控制者高精確度和高穩定性的完成對飛行器的精準控制，這種操作要求是很高的。

即使不涉及上述這樣複雜的視頻拍攝，對於一些靜態畫面的拍攝，有時候也是極為繁瑣和不便的。比如，當想要俯視拍攝一棟建築物時，一個最直接的問題是要將這棟建築物置於整個畫面中心(或者整個畫面中的特定位置)。這樣一種簡單的操作，對於習慣了使用相機和手機來實施拍攝的用戶來講，簡直不是問題。因為當使用手持設備進行拍攝的時候，只要動一動胳膊就能實現準確取景。但是對於飛行在空中的飛行器而言，想要將某個對象目表置於取景範圍的正中央或者取景範圍的特定位置，是需要通過調整飛行器的雲臺或者調整飛行器的空中位置來實施的。這種操作如果通過用戶手動完成，尤其是由一個不那麼熟練的飛手用戶來完成的話，是耗時耗力的。對於續航能力尚不完善的航拍飛行器而言，這種麻煩大大影響了航拍飛行器的使用感覺。

專利文獻CN105979147 A公開一種無人機智能拍攝方法包括如下步驟：S1、取景步驟，無人機升空後進行拍攝影像視頻；S2、目標識別步驟，對拍攝影像進行數據處理，識別出目標，並鎖定目標；S3、調整拍攝機位步驟，確定對目標的拍攝角度，並設置目標在拍攝影像中的成像位置及目標的像素數量佔比；S4、跟拍步驟，根據S3步驟中的拍攝機位對目標進行跟蹤拍攝。該專利在取景攝像頭捕捉到目標後，可實現對目標拍攝角度的調整鎖定，並且通過限定目標的像素點數量在拍攝影像中的佔比使影像的清晰度提升，但該專利無法自動調整目標對象在取景器中的位置，使得目標對象方便快捷地調整在取景器屏幕的中心。

專利文獻CN105187723 A公開的一種無人飛行器的攝像處理方法包括步驟：將無人飛行器的攝像頭對準標的物；對標的物進行第一次對焦，記錄對焦框的圖像信息作為第一參考圖樣；無人飛行器自動移動預設的間距，對標的物進行第二次對焦，記錄對焦框的圖像信息作為第二參考圖樣；根據第一參考圖樣和第二參考圖樣合成標的物的立體參考圖樣；當無人飛行器檢測到控制信號中斷時，對焦框自動遍歷整個取景框內的圖像，分別與立體參考圖樣比較，如果未發現標的物，自動調整無人飛行器的位置，直至標的物重新顯示在攝像頭的取景框內；預設一攝像頭與標的物之間的參考直線，控制無人飛行器沿參考直線移動；通過三軸陀螺儀對無人飛行器的移動姿態進行監測，如果無人飛行器在運動過程中偏離參考直線；重新設定新的參考直線，並控制無人飛行器沿新的參考直線移動；通過三軸陀螺儀獲取無人飛行器沿參考直線移動的距離；記錄攝像頭移動前、後標的物的顯示寬度之比；計算攝像頭與標的物之間的測量距離；如果測量距離大於預設的參考距離，控制無人飛行器繼續面向標的物移動直至測量距離小於或等於參考距離。該專利可以在指定的拍攝區域選定標的物，通過鎖定標的物，在無人飛行器飛丟的情況下自動捕捉標的物，強制將無人飛行器的攝像頭對準拍攝區域，從而最大限度確保拍攝圖像的連貫、完整，特別適用於直播、搜救等實時性要求高的場合，但該專利結構步驟複雜且無法自動調整目標對象在取景器中的位置，使得目標對象方便快捷地調整在取景器屏幕的中心。

專利文獻CN105512643 A公開的一種圖像採集方法應用在智能拍攝無人機，該方法包括：步驟A、在目標區域內採集第一圖像；步驟B、判斷所述第一圖像中是否包含待檢測人物；如果是，則執行步驟C；如果否，則執行步驟D；步驟C、通過調整拍攝位置，以將所述待檢測人物調整到取景畫面中的特定位置，並在調整後的拍攝位置採集包含所述待檢測人物的第三圖像；步驟D、在所述目標區域內採集新的第一圖像，並執行步驟B。該專利實現判斷第一圖像中是否包含待檢測人物，如果是，則通過調整拍攝位置，以將待檢測人物調整到取景畫面中的特定位置，並在調整後的拍攝位置採集包含待檢測人物的第三圖像，如果否，則在目標區域內採集新的第一圖像，但該專利無法自動調整其他非人物的目標對象在取景器中的位置，使得目標對象方便快捷地調整在取景器屏幕的中心，無法多種方式調節取景範圍以及對取景器中的目標對象進行適應性調整。

總之，現有關於本實用新型所要解決的技術問題，其具體需求如下：1.用戶一旦選取對象目標，則自動將該對象目標置於取景範圍中央，方便快捷。用戶在航拍飛行器用於展示取景範圍的顯示屏幕上，通過點擊或者框選或者輸入的方式，確定了一個對象目標作為被拍攝的主要對象，此時無人飛行器自動調整取景範圍，使得對象目標置於取景範圍的中央。另外，該對象目標置於取景範圍中的何處，也可通過手動方式另行設定。2.在取景範圍內自動調整對象目標的時候，優先採用雲臺調整的方式，其次採用飛行位置調整的方式。鑑於，改變無人飛行器的飛行位置可能導致飛行風險，而改變雲臺朝向的安全性更高，所以，在上述調整取景範圍的過程中，優先採取調整雲臺的方式來實現，其次使用改變無人飛行器飛行位置的方式來實現。3.當對象目標具有幾何學外形特徵的時候，還可使其與取景範圍相適應。當對象目標是具有較為規則邊界的長方形、方形等圖形的時候，還應自動調整取景範圍的角度，使其與對象目標相適應。

在背景技術部分中公開的上述信息僅僅用於增強對本實用新型背景的理解，因此可能包含不構成在本國中本領域普通技術人員公知的現有技術的信息。

技術實現要素：

本實用新型的目的是通過以下技術方案予以實現。

一種航拍無人飛行器包括無人飛行器本體和取景設備，所述無人飛行器本體包括雲臺和設在雲臺上的拍攝設備，所述取景設備包括接收來自拍攝設備的帶有目標對象的圖像的取景器和用於校正目標對象的對準裝置，所述對準裝置包括用於坐標變換的計算單元和存儲器。

優選地，所述對準裝置包括用於識別目標對象的識別器。

優選地，所述取景設備集成在飛控臺、手機或個人移動終端。

優選地，所述取景設備經由無線通信設備連接所述無人飛行器本體。

優選地，所述識別器包括調節識別頻率的頻率調節器。

優選地，所述取景器包括液晶觸控螢幕幕。

優選地，對準裝置包括通用處理器、數位訊號處理器、專用集成電路ASIC，現場可編程門陣列FPGA、模擬電路或數字電路。

優選地，所述計算單元經由無線通信設備發送反向校正數據到雲臺和/或無人飛行器本體使得所述目標對象處於屏幕特定位置。進一步地，該特定位置比如可以是如長方形屏幕的橫向和/或豎向的三分之一處，也可以是由用戶指定的預定位置。

優選地，用於識別目標對象的幾何特性的識別器連接所述計算單元，計算單元發送調整信號使得所述目標對象的幾何特性相對於所述屏幕適應性調整。在本發明中，所述的適應性調整指的是，目標對象的幾何特性例如目標對象的長邊大致平行於屏幕的長邊，目標對象相對短邊大致平行於屏幕的短邊，也就是說，目標對象的較長部分大致平行於屏幕的長邊，較短部分大致平行於屏幕的短邊。

優選地，存儲器包括一個或多個只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、快閃記憶體或電子可擦除可編程只讀存儲器EEPROM。

優選地，對準裝置包括感應手勢的加速度傳感器和/或角加速度傳感器。

優選地，識別器包括人臉識別模塊。

上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠使得本實用新型的技術手段更加清楚明白，達到本領域技術人員可依照說明書的內容予以實施的程度，並且為了能夠讓本實用新型的上述和其它目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，下面以本實用新型的具體實施方式進行舉例說明。

附圖說明

通過閱讀下文優選的具體實施方式中的詳細描述，本實用新型各種其他的優點和益處對於本領域普通技術人員將變得清楚明了。說明書附圖僅用於示出優選實施方式的目的，而並不認為是對本實用新型的限制。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。而且在整個附圖中，用相同的附圖標記表示相同的部件。

在附圖中：

圖1是根據本實用新型一個實施例的航拍無人飛行器的結構示意圖；

圖2是根據本實用新型另一個實施例的航拍無人飛行器的結構示意圖。

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的解釋。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本實用新型的具體實施例。雖然附圖中顯示了本實用新型的具體實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本實用新型而不應被這裡闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本實用新型，並且能夠將本實用新型的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。

需要說明的是，在說明書及權利要求當中使用了某些詞彙來指稱特定組件。本領域技術人員應可以理解，技術人員可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求並不以名詞的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分的準則。如在通篇說明書及權利要求當中所提及的「包含」或「包括」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。說明書後續描述為實施本實用新型的較佳實施方式，然所述描述乃以說明書的一般原則為目的，並非用以限定本實用新型的範圍。本實用新型的保護範圍當視所附權利要求所界定者為準。

為便於對本實用新型實施例的理解，下面將結合附圖以幾個具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個附圖並不構成對本實用新型實施例的限定。

本實用新型中，無人飛行器簡稱「無人機」，英文縮寫為「UAV」(unmanned aerial vehicle)，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。從技術角度定義可以分為：無人直升機、無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等。無人飛行器的常規功能架構在此不再贅述，必然包括動力、能源、控制幾大部分。上述動力部分包括電機、電子調速器、旋翼等組件，通過電機驅動旋翼旋轉，為無人飛行器提供動力，並且通過電子調速器來控制旋翼旋轉的速度；上述能源部分包括電源模組，一般還會配備有電量監控和管理的模塊；上述控制部分包括以飛行控制器、各類傳感器為主的電子元器件，主要完成對無人飛行器的飛行控制以及各種智能化管理，也是無人飛行器的大腦。

本實用新型實施例中優選的無人飛行器為多旋翼無人飛行器，多旋翼無人飛行器可以是四旋翼、六旋翼及旋翼數量大於六的無人飛行器。本實用新型技術方案採用的無人飛行器可以是指小、微型多旋翼無人飛行器，這種無人飛行器體積小、成本低、飛行穩定性較好，飛行成本低等。本實用新型使用的無人飛行器可以典型地以四軸多旋翼飛行器為代表。

圖1是根據本實用新型一個實施例的航拍無人飛行器的結構示意圖，本實用新型實施例將結合圖1進行具體說明。

如圖1所示，本實用新型的一個實施例提供一種航拍無人飛行器，所述航拍無人飛行器包括無人飛行器本體4和取景設備5，所述無人飛行器本體4包括雲臺6和設在雲臺6上的拍攝設備1，所述取景設備5包括接收來自拍攝設備1的帶有目標對象的圖像的取景器2和用於校正目標對象的對準裝置3，所述對準裝置3包括用於坐標變換的計算單元7和存儲器。

在一個實施例中，通過識別用戶選取的目標對象在當前取景範圍中所處的位置來進行反向校正，從而實現取景範圍的調整。通常當前航拍過程中已經能夠使用極高精度來實現拍攝過程，即使是用來展示實時航拍效果的顯示屏幕，往往也已經達到了極高的解析度，這裡為了說明簡便，以一個480*300的屏幕來說明，實際上，對於更高解析度的顯示屏幕和取景範圍來說，其原理是一樣的。用戶操作無人飛行器飛到高空俯拍一座度假山莊，並且希望將該度假山莊範圍內的一棟帶有獨立遊泳池的別墅作為其主要拍攝對象和目標。然而無人飛行器從高空進行取景時，取景範圍極大，所以能夠很容易的將上述帶泳池的別墅納入到整個取景範圍內，但是如果要將該別墅置於取景範圍的中央，則需要對飛行器或者雲臺進行精準的控制，並將消耗較長時間。之前假設取景範圍為一個解析度480*300的屏幕，假設該屏幕的原點在左上角0,0，則此時，在沒有進行精準取景範圍調整的情況下，該別墅的中心點大致位於整個屏幕的200,160坐標處，同時，可以理解的是，該取景範圍的正中心坐標為240，150。也就是說，此時，別墅在整個取景範圍的中央偏左下處。當系統識別到用戶通過手勢輸入、觸摸輸入、滑鼠輸入、指令輸入等方式之一，確定了當前的對象目標為該別墅時典型的例子是，用戶在屏幕上點擊了該別墅的當前坐標位置，則本實用新型能夠很容易的識別到應該對取景範圍進行調整，從而使得原來的200,160位置，成為新的取景範圍中心240,150。此時只需要將原取景範圍向左下角偏轉適當角度即可。由於航拍無人機的取景屏幕通常是相對固定的，並且採用的是無窮遠對焦的鏡頭，所以該偏轉角度的幅度是容易通過經驗公式或者通過角坐標系轉換確認的。通過這樣的調整，用戶只需要點擊一下當前取景範圍內所想要拍攝的目標對象，則航拍無人飛行器能夠自動將該目標對象置於屏幕中央處，極大方便了用戶的操作。

由於在上述實施例中，基於取景範圍的當前邏輯比對進行的位置校正是一次性的，所以可能存在偏差。並且被拍攝的目標如果是具有一定移動能力的情況下，這種取景範圍調整，可能是落後的。因此，圖2是根據本實用新型一個實施例的航拍無人飛行器的結構示意圖，在一個實施例中，當目標對象移動時，對準裝置3識別目標對象的特徵信息且按照一定頻率反覆比對所述目標對象的當前位置與屏幕中心位置，當發現目標對象的當前位置與屏幕中心位置不符時，對準裝置3調整雲臺位置和/或無人飛行器的飛行位置使得所述目標對象處於屏幕中心位置。進一步通過識別和記憶用戶選取的目標對象的特徵信息，並且基於該特徵信息進行反覆校正，從而實現更為精準的取景範圍調整。用戶一旦通過點擊、框選等方式確定了一個目標對象，本實用新型首先通過圖像識別的方式，記憶住該目標對象的特徵信息。然後按照一定頻率反覆比對該目標對象的當前位置與取景範圍的中心位置，當發現目標對象的當前位置與取景範圍的中心位置不符時，則調整取景範圍使得目標對象置於取景範圍的中心位置處。在一個實施例中，所述對準裝置3包括用於識別目標對象的識別器8。

在一個實施例中，所述取景設備5集成在飛控臺、手機或個人移動終端。

在一個實施例中，所述取景設備5經由無線通信設備連接所述無人飛行器本體1。

在一個實施例中，所述識別器8包括調節識別頻率的頻率調節器。

在一個實施例中，所述取景器8包括液晶觸控螢幕幕。

在一個實施例中，對準裝置3包括通用處理器、數位訊號處理器、專用集成電路ASIC，現場可編程門陣列FPGA、模擬電路或數字電路。

在一個實施例中，存儲器包括一個或多個只讀存儲器ROM、隨機存取存儲器RAM、快閃記憶體或電子可擦除可編程只讀存儲器EEPROM。

在一個實施例中，對準裝置3包括感應手勢的加速度傳感器和/或角加速度傳感器。

在一個實施例中，識別器8包括人臉識別模塊。本實用新型的航拍無人飛行器的對準方法取景範圍調整迅速及時，能夠方便快捷地把被選中的對象調整為取景範圍的中央。

在一個實施例中，通過雲臺位置調整和通過無人飛行器的飛行位置調整都能實現，取景範圍調整的效果，所以本實用新型選擇使用或者同時使用上述兩種調整方式。但是，由於雲臺動作的調整，不會導致飛行位置的改變，所以在能夠通過雲臺位置調整就解決取景範圍調整的情況下，優先採用雲臺位置調整的方案，同時保證飛行器在空中懸停不動，此時能夠避免自動飛行器的飛行器碰到周圍可能存在的障礙物而發生飛行事故。同樣由於雲臺動作的調整相對於飛行器飛行位置的調整而言，其範圍和幅度是更為受限的，所以在通過雲臺調整無法解決取景範圍調整的最終效果的情況下，可以結合飛行位置改變的調整方式。

優選地，對準裝置反向校正所述目標對象的位置，對準裝置調整雲臺位置和/或無人飛行器的飛行位置使得所述目標對象處於屏幕中的預定位置。

在一個實施例中，在取景範圍處於雲臺位置的調整範圍內時，對準裝置3調整雲臺位置使得所述目標對象處於屏幕中心位置且無人飛行器在空中懸停不動。

在一個實施例中，取景範圍超出雲臺位置的調整範圍時，對準裝置3調整雲臺位置和無人飛行器的飛行位置使得所述目標對象處於屏幕中心位置。

在一個實施例中，當目標對象移動時，提高所述頻率以確保在無人飛行器飛行時，處於取景範圍內的目標對象校正到屏幕中心位置。通過一定頻率反覆調整取景範圍使得目標對象居中的同時，此時，用戶如果手動改變無人飛行器的飛行位置，則能夠實現，被拍攝對象始終居中的拍攝效果。只要適當提高上述取景範圍的調整頻率，那麼即使用戶控制無人飛行器進行任意方向的飛行，但是此時鏡頭取景範圍內，始終是以目標對象作為拍攝目標的。這種控制方式，能夠有效幫助用戶完成很多出人意料的拍攝效果。

在一個實施例中，對準裝置3識別目標對象的幾何特性，對準裝置3調整雲臺位置和/或無人飛行器的飛行位置使得所述目標對象的幾何特性相對於所述屏幕適應性調整。在本實用新型中，所述的適應性調整指的是，目標對象的幾何特性例如目標對象的長邊大致平行於屏幕的長邊，目標對象相對短邊大致平行於屏幕的短邊，也就是說，目標對象的較長部分大致平行於屏幕的長邊，較短部分大致平行於屏幕的短邊。例如，在通過垂直向下的拍攝方式中拍攝位於地面的車輛，通常車輛從正上方俯視時，是整體上大概具有長方形的幾何學特性。在拍攝構圖中，取景範圍一般也是一個長方形，如果主要拍攝目標是垂直俯視地面上的一輛汽車，那麼當這輛汽車與取景範圍的角度不一時，這種拍攝效果會產生不協調感。而較為優選的方式是，調整取景範圍使得該車輛的幾何學長方形特徵與取景範圍的長方形外框相平行。這種調整隻需要讓空中的無人飛行器在Z軸方向上自轉適當角度即可實現。基於上述類似的原理，當從遠方斜向下俯拍一座兩層樓公寓時，該公寓的地面部分可能構成幾何學上顯著的一個長邊，雖然同是該公寓的屋頂部分可能不具備規則的幾何學特性，比如可能成鋸齒狀。此時，取景範圍的長方形外框與該兩層樓公寓的地面部分的底邊相平行，則能自動形成較為協調的構圖。所以，本實施例中，可以通過用戶的手動選擇、手動輸入、觸摸輸入等方式，來啟動取景範圍調整的功能，從而實現目標對象的幾何學特性的適應性取景範圍調整。

在一個實施例中，對準裝置經由坐標變換確定位置調整值並調整雲臺位置和/或無人飛行器的飛行位置使得所述目標對象處於屏幕中心位置。

在一個實施例中，確定目標對象位置，通過手勢輸入、觸摸輸入、滑鼠輸入或指令輸入在所述取景器2的屏幕中確定目標對象的位置。

在一個實施例中，所述拍攝設備1為高解析度攝像機或照相機。

在一個實施例中，雲臺6是既能左右旋轉又能上下旋轉的全方位雲臺。雲臺6可以是適用於對大範圍進行拍攝的電動雲臺，該電動雲臺高速姿態可以由兩臺執行電動機來實現，電動機接受信號精確地運行定位。在一個實施例中，所述雲臺6包括用於變焦操縱、俯仰運動和方位運動的可調整機構。

在一個實施例中，所述取景設備5集成在飛控臺、手機或個人移動終端，所述取景設備5經由無線通信設備連接所述無人飛行器本體1，所述對準裝置3包括用於坐標變換的計算單元7和用於識別目標對象的識別器8，所述對準裝置3經由無線通信設備發送校正信號到雲臺和/或無人飛行器本體以調整取景範圍。

在一個實施例中，所述屏幕為液晶顯示屏。

在一個實施例中，所述對準裝置3經由無線通信設備無線連接無人飛行器本體4，所述無線通信設備由具有不同優先級的無線區域網通信設備和衛星網絡通信設備中的一個或多個組成。無線區域網通信設備可以是藍牙、ZigBee或Wi-Fi器中的一個，無線局域設備可通過2.4GHz通信頻率建立短距離通信，在室內或低速移動的室外環境會優選該設備建立無人飛行器和取景設備之間的通信連接。一般是在無其他可用無線通信網絡的情況下，會使用衛星通信器，作為應急通信。在一個實施例中，依據無線網絡成本或無線網絡接入速度，選擇無線傳輸網絡，本實用新型設計以下為優先級方案，Wi-Fi網絡：優先級為1；衛星通信網絡：優先級為2；所選擇無線網絡優先級由高到低，即如果同時存在多種無線信號，且信號強度有效時，無人飛行器和取景設備之間的無線通信會首先選擇Wi-Fi網絡作為無線接入網絡，依次類推。優選地，無線通信設備對2G、3G和4G移動網路通信設定優先級，其中，4G優先級大於3G，3G的優先級大於2G。

儘管以上結合附圖對本實用新型的實施方案進行了描述，但本實用新型並不局限於上述的具體實施方案和應用領域，上述的具體實施方案僅僅是示意性的、指導性的，而不是限制性的。本領域的普通技術人員在本說明書的啟示下和在不脫離本實用新型權利要求所保護的範圍的情況下，還可以做出很多種的形式，這些均屬於本實用新型保護之列。