[发明专利]从无人机拍摄移动图像的具有目标跟踪和定位的自主系统

说明书

技术领域

本发明涉及远程驾驶飞行机动化设备，下文中一般地称为“无人机”。

背景技术

本发明具体而言适用于诸如四螺旋桨直升机之类的旋翼无人机，其典型示例是法国巴黎鹦鹉股份有限公司的Bebop，其是一种配备有一系列传感器(加速度计、三轴陀螺仪、高度计)、捕捉无人机所朝向的场景的图像的前置相机、以及捕捉飞过的地形的图像的俯视相机的无人机。

但是，本发明还可应用于其他类型的无人机，例如固定翼无人机，尤其是“飞翼型”的固定翼无人机，诸如举例而言瑞士Cheseaux-Lausanne的SenseFly的eBee型(其为专业的土地测绘无人机)或者由法国巴黎鹦鹉股份有限公司最近呈现的Disco型。

旋翼无人机设置有由相应的马达驱动的多个旋翼，这些马达能够按不同方式受控，以便在姿态和速度方面驾驶该无人机。

文献WO 2010/061099 A2和EP 2 364 757 A1(鹦鹉股份有限公司)描述了这样的无人机以及借助于诸如具有集成加速度计的触摸屏多媒体电话或播放器(例如，iphone类型的蜂窝电话或iPad类型的多媒体平板(注册商标))之类的终端来由此进行驾驶的原理。这些设备包含经由Wi-Fi(IEEE 802.11)或蓝牙无线局域网类型的无线电链路的驾驶命令的检测以及数据的双向交换所需的各种控制元件。它们进一步设置有触摸屏，该触摸屏显示由无人机的前置相机捕获的图像并叠加若干符号，这些符号允许通过操作者的手指在该触摸屏上的简单触摸来激活命令。

无人机的前置摄像机可被用来捕捉无人机所朝向的场景的图像序列。因此，用户可以以相机或便携式相机将由无人机承载而不是将其握在手中的相同方式来使用无人机。可将收集到的图像记录下来，随后广播，上传到视频序列主存网站，发送给其他互联网用户，在社交网络上共享，等等。

前置相机有利地是可转向的相机，以便以受控方式在预先确定的方向上引导视轴，并因此引导随视频流传送的图像的视野。特别是在上述Bebop设备中实现并在EP 2 933 775 A1中描述的技术包括使用设置有覆盖约180°的视野的鱼眼型的半球形视野透镜的高清广角相机，并且通过软件处理来实时地对由该传感器递送的原始图像开窗，从而确保在经确定的捕捉区域中根据一定数量的参数(包括指向由用户选择的或者由无人机自动地追随的特定目标的命令)对原始图像的有用像素的选择。作为通过开窗软件程序对相机视轴的控制的变型或者甚至作为其补充，还可以将相机安装在具有万向悬挂的万向节型的、设置了根据陀螺仪数据和指向命令来操纵的伺服马达的三轴铰接式支承上。本发明当然适用于任何类型的相机，不论是否可转向，也不论其指向模式为何。

在所谓的跟踪模式下，无人机可被编程来跟踪其坐标已知的移动目标，并且使得相机的视轴在飞行期间被引导朝向所述目标。该目标通常是由可能在运动中(例如，练习他在其中移动的一项运动(跑步、滑行、驾驶等))的用户携带的终端本身。在该模式下，无人机能够拍摄用户的进展，而用户不必对无人机的位移和相机的视轴采取动作。

为此，终端的坐标(该坐标由装备该终端的GPS单元以本质上已知的方式获得)通过无线链路被传递给无人机，并且无人机可因此调整其位移以便跟踪该终端，并且使得相机的视轴保持被引导朝向该终端，以使得图像因此以被摄体为中心。

然而，仅借助目标的GPS坐标来获得良好的构图仍然是有问题的。的确，智能电话类型的终端板载的GPS单元是便宜的消费者单元，其经受有关GPS卫星系统的理论可能性的准确度缺乏的损害。事实上，所递送的坐标的误差相对于确切的位置可达到5到10米。

因此，在一些情况下，用户被不适当地构图，或者甚至在构图之外。

此外，通过GPS单元递送这些GPS坐标的速率通常相当缓慢(每秒1组坐标)，这使得难以跟踪目标的位移，尤其是当用户处于沿不规则的轨迹的快速加速中时。

为了尝试摆脱与配备该类型的设备的GPS单元相关联的不准确度，EP 2 071 353 A2提出了将由GPS单元递送的来自被跟踪目标的数据与来自由跟踪方无人机拍摄的该目标的视频图像的分析的数据进行组合。相机的视轴基于这些经组合的数据通过跟踪方无人机和/或板载摄像机的方向的修改来进行调整。由收集到的有效状态信息永久地校正的预测模型允许提高调整的准确度。

发明内容