CN105717933A - 无人机以及无人机防撞方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机以及无人机防撞方法。包括：RGBD相机、飞行控制器以及处理器，处理器与RGBD相机以及飞行控制器连接，其中：RGBD相机，用于在无人机飞行过程中实时获取目标的RGBD图像，RGBD图像中每个像素点包括R、G、B像素信息和对应的深度信息；处理器，用于根据深度信息获取目标到RGBD相机的最短距离；飞行控制器用于根据最短距离调整无人机的飞行姿态。通过以上方式，本发明能够防止无人机在飞行过程中碰撞物体，造成损害。

Description

无人机以及无人机防撞方法
技术领域
本发明涉及无人机领域，特别是涉及一种无人机以及无人机防撞方法。
背景技术
随着微电子技术和计算机视觉技术的不断发展，使得目标跟踪得以实时实现，尤其是将目标跟踪装置安装到无人机上，可以实现对目标的灵活动态跟踪，在军事和民用领域具有较高的使用价值。
传统无人机的目标跟踪技术中，通常使用激光、雷达和超声等主动环境感知方法，其缺点为并不能直接获得目标的未知信息，并且多个无人机检测时会相互干扰，更为弊端的是在战场环境中隐蔽性差，被敌方发现的概率大的增加。
现有的无人机主要致力于增大航时，提高速度，隐身机体，缩小体积，高度智能，加载武器，增强传输可靠性和通用性，使无人机能够按照指令或者预先编制的程序来完成预定的作战任务。而现有的无人机上的相机一般应用2D相机来拍摄2D图像，图像中每个像素点只包括红(Red，R)、绿(Green，G)、蓝(Blue，B)像素，不包括深度信息D。如此现有的无人机无法根据拍摄2D图像来自动实现目标跟踪拍摄等。
发明内容
本发明实施例提供了一种无人机以及无人机防撞方法，能够防止无人机在飞行过程中碰撞物体，造成损害。
本发明提供一种使用RGBD相机的无人机，无人机包括RGBD相机、飞行控制器以及处理器，处理器与RGBD相机以及飞行控制器连接，其中：RGBD相机，用于在无人机飞行过程中实时获取目标的RGBD图像，RGBD图像中每个像素点包括R、G、B像素信息和对应的深度信息；处理器，用于根据深度信息获取目标到RGBD相机的最短距离；飞行控制器用于根据最短距离调整无人机的飞行姿态。
其中，处理器用于：获取无人机周围多个目标到RGBD相机的实时距离；选择多个目标中到RGBD相机的最小距离作为最短距离。
其中，RGBD相机的数量为1，RGBD相机转动角度为0-180度进行拍摄，获取无人机周围多个目标的多角度RGBD图像；处理器根据无人机周围多个目标的多角度RGBD图像获取无人机周围多个目标到RGBD相机的实时距离。
其中，RGBD相机的数量至少为2台，每台RGBD相机转动角度为0-90度进行拍摄，分别获取无人机周围目标的多角度RGBD图像；处理器根据无人机周围目标的多角度RGBD图像获取无人机周围目标到RGBD相机的实时距离。
其中，处理器用于：判断目标到RGBD相机的最短距离是否小于预设距离，如果是，则通过飞行控制器控制无人机向远离目标的方向飞行；如果否，则无人机的飞行姿态不变。
其中，处理器用于：判断目标到RGBD相机的最短距离是否大于无人机的试航距离，如果是，则通过飞行控制器控制无人机朝向目标的方向飞行，其中试航距离为无人机在遥控范围内能够飞行的最远距离。
其中，无人机还可以设置物理测距仪以用于测量目标至RGBD相机的实时距离，其中物理测距仪包括但不限于雷达、激光测距仪、超声波测距仪以及红外测距仪。
本发明提供一种无人机防撞的方法，包括：在无人机飞行过程中实时获取目标的RGBD图像，RGBD图像中每个像素点包括R、G、B像素信息和对应的深度信息；根据深度信息获取目标到RGBD相机的最短距离；根据最短距离调整无人机的飞行姿态。
其中，根据深度信息获取目标到RGBD相机的最短距离的步骤包括：获取无人机周围多个目标到RGBD相机的距离；选择多个目标中到RGBD相机的最小距离作为最短距离。
其中，根据最短距离调整无人机的飞行姿态的步骤包括：判断目标到RGBD相机的最短距离是否小于预设距离；如果是，则控制无人机向远离目标的方向飞行；如果否，则无人机的飞行姿态不变。
其中，根据最短距离调整无人机的飞行姿态的步骤包括：判断目标到RGBD相机的最短距离是否大于无人机的试航距离；如果是，则控制无人机朝向目标的方向飞行，其中试航距离为无人机在遥控范围内能够飞行的最远距离。
通过上述方案，本发明的有益效果是：通过RGBD相机在无人机飞行过程中实时获取RGBD图像信息，RGBD图像信息包括R、G、B像素信息和对应的深度信息；处理器实时对R、G、B像素信息进行处理，以识别目标，并器根据目标对应的深度信息获取与目标的实时距离，飞行控制器根据实时距离调整无人机的飞行姿态，使得RGBD相机对目标进行跟踪拍摄，能够自动实现目标的跟踪拍摄。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明第一实施例的无人机的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的无人机防撞的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明第一实施例的使用RGBD相机的无人机的结构示意图。如图1所示，无人机(unmannedairvehicle，UAV)10包括：RGBD相机11、飞行控制器12以及处理器13。处理器13与RGBD相机11电连接，飞行控制器12与处理器13连接。RGBD相机11用于在无人机10飞行过程中实时获取目标的RGBD图像。RGBD图像中每个像素点包括R、G、B像素信息和对应的深度信息。其中像素的深度信息构成场景的二维像素矩阵，简称深度图。每个像素与其在场景中的位置相对应，并具有表示从某个参考位置到其场景位置的距离的像素值。换言之，深度图具有图像的形式，像素值指出场景的物体的形貌信息，而不是亮度和/或颜色。处理器13用于根据深度信息获取目标到RGBD相机的最短距离。飞行控制器12用于根据最短距离调整无人机10的飞行姿态。具体地，飞行控制器12可以接收通过遥控器，语音、手势等控制单元发出的指令，并根据指令调整无人机10的飞行姿态，其中，无人机10的飞行姿态包括起飞、悬停、俯仰、滚转、偏航、降落等。
无人机10还包括飞行组件和云台(图未示)。RGBD相机设置在云台上，云台用于测量载体的姿态变化做出反应以稳定云台上的RGBD相机，以方便RGBD相机对目标进行拍摄。飞行组件可以包括旋翼或固定翼，以用于确保无人机的正常飞行以及飞行过程中飞行姿态的稳定。优选地，以四旋翼无人机为例，四个螺旋桨呈十字形交叉结构，相对的四旋翼具有相同的旋转方向，分两组，两组的旋转方向不同。与传统的直升机不同，四旋翼飞行器只能通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作。
在本发明实施例中，RGBD相机11在获取RGBD图像时，可以获取目标的多角度的RGBD图像，具体可以通过多个RGBD相机11从不同角度对场景进行拍摄，也可以使用单个RGBD相机11移动不同的位置进行拍摄获得。基于拍摄的方法，用户可以利用拍摄的多张图像或视频关键帧进行场景重建。单个RGBD相机11在拍摄的过程中，RGBD相机11的移动可以认为是视角的移动，拍摄时如果RGBD相机11进行水平移动，则能够拍摄到更大的场景，如果RGBD相机11围绕物体旋转进行拍摄，则能够拍摄到同一物体不同的视角。
在本发明实施例中，处理器13在根据深度信息获取目标到RGBD相机的最短距离之前，实时对R、G、B像素信息进行识别处理，以识别目标。具体地，处理器13可以应用彩色图像分割方法，利用背景纹理分割出背景图像，然后利用原始图像减去背景图像得到目标图像。当然在本发明其他实施例中，也可以应用其他方法识别目标。目标为特定的人体，处理器13可以根据R、G、B像素信息检测人体的脸部特征以锁定人体。拍摄的方式包括正面拍摄、侧面拍摄、背面拍摄、顶部拍摄中的一者或任意组合。
在本发明实施例中，处理器13可以进一步用于实时对R、G、B像素信息以及对应的深度信息进行处理，以识别目标。例如，目标为特定的人体，处理器13根据R、G、B像素信息以及对应的深度信息检测人体的脸部轮廓以识别人体。具体地，处理器13获取人体头部的3D姿势，进而获取脸部轮廓。人体头部的3D姿势即为具有6个自由度的姿势。处理器13可以包括运动传感器，其中传感器可为加速度计、磁力计和/或陀螺仪中的一者或一者以上。RGBD相机11获取具有头部的深度信息的RGBD图像序列，头部的参考姿势由RGBD图像序列中的一帧中获得，且界定参考坐标框架。使用深度信息相对于参考坐标框架来确定与多个图像中的人体的头部姿势相关联的旋转矩阵和平移向量。举例来说，可通过从头部的图像提取特征点而在二维中确定旋转矩阵和平移向量。与所跟踪的特征点相关联的深度信息可随后用于在三维中确定头部的旋转矩阵和平移向量。所提取的特征点可为任意的。基于旋转矩阵和平移向量相对于参考姿势来确定头部的三维姿势。举例来说，可将特征点的图像坐标和对应的深度信息以及包含与人体头部的参考姿势相关联的旋转矩阵和平移向量以及当前定向和位置的状态提供给扩展卡尔曼滤波器。扩展卡尔曼滤波器可用于相对于参考姿势确定多个图像中的每一者的旋转矩阵和平移向量的估计，可从该估计确定人体头部相对于参考姿势的三维姿势。处理器13根据获取的人体头部的3D姿势获取脸部轮廓。
处理器13根据R、G、B像素信息和对应的深度信息获取无人机10周围多个目标到RGBD相机11的实时距离，选择多个目标中到RGBD相机11的最小距离作为最短距离。其中，RGBD相机的数量为1台时，RGBD相机11转动角度为0-180度进行拍摄，获取无人机周围多个目标的多角度RGBD图像；处理器13根据无人机10周围多个目标的多角度RGBD图像获取无人机周围多个目标到RGBD相机的实时距离。而RGBD相机至少为2台时，每台RGBD相机转动角度为0-90度进行拍摄，分别获取无人机周围目标的多角度RGBD图像；处理器13根据无人机周围目标的多角度RGBD图像获取无人机周围多个目标到RGBD相机的实时距离。
在本发明实施例中，当然还可以用其他方法获取无人机周围目标到RGBD相机的实时距离。例如，在无人机上设置物理测距仪以用于测量目标至RGBD相机的实时距离，其中物理测距仪包括但不限于雷达、激光测距仪、超声波测距仪以及红外测距仪，用于测量无人机周围多个目标到RGBD相机的实时距离。而采用激光测距仪、超声波测距仪以及红外测距仪等测量无人机10周围多个目标与RGBD相机11之间的距离的方法与现有技术相同，在此不再赘述。
在本发明实施例中，处理器13在选择多个目标中到RGBD相机11的最小距离作为最短距离之后，判断目标到RGBD相机11的最短距离是否小于预设距离，如果否，则无人机10的飞行姿态不变；如果是，则通过飞行控制器控制无人机向远离目标的方向飞行。也即增加无人机10与目标之间的最小距离，以防止无人机10与周围目标相碰撞。其中预设距离为保证无人机10在飞行过程中不会与周围任一目标相碰撞的最小距离，其值可以根据需要自行设置。在目标到RGBD相机11的最短距离是小于预设距离时，处理器13还根据原始飞行姿态对无人机10的飞行姿态进行调整。如无人机10正以一定的速度朝向目标飞行时，处理器13可以调整无人机10的飞行方向，使无人机10偏离原来的飞行轨道以防止与目标相碰撞。
处理器13还判断目标到RGBD相机11的最短距离是否大于无人机10的试航距离，如果否，则无人机10的飞行姿态不变；如果是，则通过飞行控制器控制无人机朝向目标的方向飞行，其中试航距离为无人机在遥控范围内能够飞行的最远距离。
本发明还公开一种无人机防撞的方法。如图2所示，无人机防撞的方法包括：
步骤S10：在无人机飞行过程中实时获取目标的RGBD图像，RGBD图像中每个像素点包括R、G、B像素信息和对应的深度信息。
在本发明实施例中，在获取RGBD图像时，可以获取目标的多角度的RGBD图像，具体可以通过多个RGBD相机从不同角度对场景进行拍摄，也可以使用单个RGBD相机移动不同的位置进行拍摄获得。基于拍摄的方法，用户可以利用拍摄的多张图像或视频关键帧进行场景重建。单个RGBD相机在拍摄的过程中，RGBD相机的移动可以认为是视角的移动，拍摄时如果RGBD相机进行水平移动，则能够拍摄到更大的场景，如果RGBD相机围绕物体旋转进行拍摄，则能够拍摄到同一物体不同的视角。
步骤S11：根据深度信息获取目标到RGBD相机的最短距离。
在步骤S11之前，实时对R、G、B像素信息进行识别处理，以识别目标。具体地，可以应用彩色图像分割方法，利用背景纹理分割出背景图像，然后利用原始图像减去背景图像得到目标图像。当然在本发明其他实施例中，也可以应用其他方法识别目标。进一步也可以实时对R、G、B像素信息以及对应的深度信息进行处理，以识别目标。例如，假设目标为特定的人体，可以根据R、G、B像素信息以及对应的深度信息检测人体的脸部轮廓以识别人体。
在步骤S11中，首先获取无人机周围多个目标到RGBD相机的实时距离；然后选择多个目标中到RGBD相机的最小距离作为最短距离。
在本发明实施例中，通过RGBD相机拍摄的RGBD图像获取无人机周围多个目标到RGBD相机的实时距离。具体地，RGBD相机的数量为1台时，RGBD相机11转动角度为0-180度进行拍摄，获取无人机周围多个目标的多角度RGBD图像；处理器13根据无人机10周围多个目标的多角度RGBD图像获取无人机周围多个目标到RGBD相机的实时距离。而RGBD相机至少为2台时，每台RGBD相机转动角度为0-90度进行拍摄，分别获取无人机周围目标的多角度RGBD图像；处理器13根据无人机周围目标的多角度RGBD图像获取无人机周围多个目标到RGBD相机的实时距离。
当然在本发明的其他实施例中还可以用其他方法获取无人机周围目标到RGBD相机的实时距离。例如，在无人机上设置物理测距仪以用于测量目标至RGBD相机的实时距离，物理测距仪包括但不限于雷达、激光测距仪、超声波测距仪以及红外测距仪。而采用激光测距仪、超声波测距仪以及红外测距仪等测量无人机10周围多个目标与RGBD相机11之间的距离的方法与现有技术相同，在此不再赘述。
步骤S12：根据最短距离调整无人机的飞行姿态。
在步骤S12中，判断目标到RGBD相机的最短距离是否小于预设距离；如果否，则无人机的飞行姿态不变；如果是，则控制无人机向远离目标的方向飞行。也即增加无人机10与目标之间的最小距离，以防止无人机10与周围目标相碰撞。其中预设距离为保证无人机10在飞行过程中不会与周围任一目标相碰撞的最小距离，其值可以根据需要自行设置。在目标到RGBD相机11的最短距离是小于预设距离时，还可以根据原始飞行姿态对无人机10的飞行姿态进行调整。如无人机10正以一定的速度朝向目标飞行时，则可以调整无人机10的飞行方向，使无人机10偏离原来的飞行轨道以防止与目标相碰撞。
在多个无人机同时飞行的应用场景中，可以将其他无人机看做是目标进行与前面类似的处理。当然此时，多个无人机可以相互进行避让，即在任意两个无人机之间的最短距离小于预设距离时，该两个无人机分别向远离对方的方向飞行，或者稍稍偏离原来的飞行轨道以防止相互碰撞。
在步骤S12中，还判断目标到RGBD相机的最短距离是否大于无人机的试航距离；如果否，则无人机的飞行姿态不变；如果是，则控制无人机朝向目标的方向飞行，其中试航距离为无人机在遥控范围内能够飞行的最远距离。
综上所述，本发明通过RGBD相机在无人机飞行过程中实时获取目标的RGBD图像，RGBD图像中每个像素点包括R、G、B像素信息和对应的深度信息；处理器根据深度信息获取目标到RGBD相机的最短距离；飞行控制器根据最短距离调整无人机的飞行姿态，如此能够防止无人机在飞行过程中碰撞物体，造成损害。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括RGBD相机、飞行控制器以及处理器，所述处理器与所述RGBD相机以及所述飞行控制器连接，其中：
所述RGBD相机，用于在无人机飞行过程中实时获取目标的RGBD图像，所述RGBD图像中每个像素点包括R、G、B像素信息和对应的深度信息；
所述处理器，用于根据所述深度信息获取所述目标到所述RGBD相机的最短距离；
所述飞行控制器用于根据所述最短距离调整所述无人机的飞行姿态。
2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述处理器用于：
获取所述无人机周围多个目标到所述RGBD相机的实时距离；
选择所述多个目标中到所述RGBD相机的最小距离作为所述最短距离。
3.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述RGBD相机的数量为1，所述RGBD相机转动角度为0-180度进行拍摄，获取所述无人机周围多个目标的多角度RGBD图像；
所述处理器根据所述无人机周围多个目标的多角度RGBD图获取所述无人机周围多个目标到所述RGBD相机的实时距离。
4.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述RGBD相机的数量至少为2台，每台所述RGBD相机转动角度为0-90度进行拍摄，分别获取所述无人机周围目标的多角度RGBD图像；
所述处理器根据所述无人机周围目标的多角度RGBD图像获取所述无人机周围目标到所述RGBD相机的实时距离。
5.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述处理器用于：
判断所述目标到所述RGBD相机的最短距离是否小于预设距离，如果是，则通过所述飞行控制器控制所述无人机向远离所述目标的方向飞行；如果否，则所述无人机的飞行姿态不变。
6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述处理器用于：
判断所述目标到所述RGBD相机的最短距离是否大于所述无人机的试航距离，如果是，则通过所述飞行控制器控制所述无人机朝向所述目标的方向飞行，其中所述试航距离为所述无人机在遥控范围内能够飞行的最远距离。
7.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机还可以设置物理测距仪以用于测量目标至所述RGBD相机的实时距离，其中所述物理测距仪包括但不限于雷达、激光测距仪、超声波测距仪以及红外测距仪。
8.一种无人机防撞的方法，其特征在于，所述方法包括：
在无人机飞行过程中实时获取目标的RGBD图像，所述RGBD图像中每个像素点包括R、G、B像素信息和对应的深度信息；
根据所述深度信息获取所述目标到所述RGBD相机的最短距离；
根据所述最短距离调整所述无人机的飞行姿态。
9.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述根据所述深度信息获取所述目标到所述RGBD相机的最短距离的步骤包括：
获取所述无人机周围多个目标到所述RGBD相机的距离；
选择所述多个目标中到所述RGBD相机的最小距离作为所述最短距离。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述最短距离调整所述无人机的飞行姿态的步骤包括：
判断所述目标到所述RGBD相机的最短距离是否小于预设距离；
如果是，则控制所述无人机向远离所述目标的方向飞行；如果否，则所述无人机的飞行姿态不变。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述最短距离调整所述无人机的飞行姿态的步骤包括：
判断所述目标到所述RGBD相机的最短距离是否大于所述无人机的试航距离；
如果是，则控制所述无人机朝向所述目标的方向飞行，其中所述试航距离为所述无人机在遥控范围内能够飞行的最远距离。
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