用于无人机采集LED模组照片的自动引导飞行方法及装置

用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法及装置
技术领域
1.本发明涉及一种用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法及装置。

背景技术：

2.led屏幕在安装完成后，存在手工组装误差和长时间使用导致的亮度衰减这两个情况，两种情况都会导致led屏幕在视觉上出现某点或某区域与整个屏幕存在亮度差异。由于不同用户对led屏幕大小、安装高度和安装方式等都有不同要求，在出现亮度差异问题后，人工寻差异位置进行校正大多很难实现，且由于高空作业可能会产生危险，长期近距离观察屏幕也对人眼存在伤害。随着无人机技术的发展，无人机的灵活性为解决该问题提供了新思路，用无人机来采集清晰的led屏幕图片是一些研究者的研究方向，因为许多无人机都支持用户进行二次开发，所以在手动控制无人机采集的基础上，如果能完成无人机全流程自动采集图片将会极大提高校正效率。
3.现有方法对两个确定坐标点之间无人机的路径规划及避障算法已经有了非常深入的研究，而对于无人机如何遍历led屏幕进行图像采集这个特定场景，现有技术仅描述了在飞行过程中如何保持与led屏幕的距离，并未提出引导飞行的全流程方案。

技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法及装置，以至少解决现有方法并未解决无人机从起飞到降落全自动飞行遍历led屏幕进行图片采集的技术问题。
5.根据本发明的一实施例，提供了一种用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，包括以下步骤：
6.控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置；
7.将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置；
8.按设定编码飞行并自动采集全部模组照片。
9.进一步地，控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置包括：
10.控制led屏幕显示若干标识图案，将无人机正对led屏幕悬置后，控制无人机逐步以预设距离飞行，在每次飞行前拍摄图片传输至计算机设备上，再由计算机设备识别标识图案，在发现标识图案后将无人机机身中心调整至正对标识图案中心。
11.进一步地，将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置包括：
12.定位led屏幕后，将led屏幕显示调整为编码模式，通过图像处理算法识别当前无人机正对位置最中心编码，将最中心编码设置为飞行起点位置，再将飞行终点位置编码设置为led屏幕模组编码起始位置，无人机按照路径生成算法计算的轨迹飞行至编码起始位置，并将中心定位至起点模组中心，同时以预设距离不断接近屏幕，直到满足清晰拍摄一个
完整模组照片的程度停下。
13.进一步地，按设定编码飞行并自动采集全部模组照片包括：
14.到达起始位置后，无人机在与led屏幕保持固定距离的平面上进行飞行，按照用户设定的编码次序来遍历led屏幕，将编码次序设置为从1到最大编码以拍摄所有模组照片。
15.进一步地，按设定编码飞行并自动采集全部模组照片还包括：无人机在飞行过程中每次到达新的目标点，将调整自身姿态以正对目标模组，并通过传感器感知自身运动，在运动幅度最小时进行拍摄。
16.进一步地，采用顺序编码方式对组成led屏幕的模组自上而下以s形进行编码，当已知led屏幕尺寸时，对每个模组定义一个唯一的编码，将编码显示在模组上面，设符号(m，n)表示从编码m飞行至编码n，飞行过程视为在距离led屏幕固定距离的一个平面上进行；
17.设起始模组编码为m，终点模组编码为n；则在y轴的移动距离disy计算公式如下：
[0018][0019]
i和h是led参数，设led屏幕由i*j(宽*高)个模组组成，每个模组的尺寸是w*h(宽*高，单位是米)，括号表示向下取整；
[0020]
对特定编码m的横坐标mx计算公式如下：
[0021][0022]
％表示取余运算，利用公式再计算出编码n的横坐标nx，则在y轴的移动距离disx计算公式如下：
[0023]
disx＝nx-mx
[0024]
利用结果完成无人机从编码m到编码n的飞行规划。
[0025]
进一步地，在得到拍摄图片后，首先通过图像处理算法得到图片内目标的中心像素坐标与图片中心坐标的差值，同时获取目标框的像素宽度；当差值与目标框宽度的比值小于设定比例时视为没有误差，自适应误差调整结束；
[0026]
当差值与目标框宽度的比值大于设定比例时，利用已知的目标框实际宽度值与图像处理算法获取的目标框像素宽度值得到一米实际距离等价于多少像素点，从而结合误差的像素差值算出实际距离差值；
[0027]
无人机按照实际垂直与水平方向的距离差值进行低速移动，到达新的位置，在新位置重复上述步骤，直到误差少于设定比例。
[0028]
进一步地，在起飞和定位led屏幕阶段，固定无人机起飞点为led屏幕下方，朝向与led板所在平面垂直，设定无人机起飞高度和最大飞行高度，屏幕此时点亮起飞标识图案；
[0029]
起飞之后，无人机升高预设距离并采集图像，并发送图像数据至计算机设备识别视野中是否有起飞标识图案；在无人机采集完图像后会悬停，等待计算机设备发送识别结果；若通过图像识别模块到起飞标识图案，则利用自适应误差调整方法将无人机正对标识图案中心并进入下一流程，否则继续重复上述操作,直到机身超过最大飞行高度时停止运动并垂直降落；
[0030]
在飞至起点和接近屏幕阶段，led屏幕此时灭掉起飞标识图案，点亮编码图案，无人机拍摄图片，计算机设备最靠近视野中心编码图案的编码号，并利用自适应误差调整方法控制无人机正对该编码图案；当到达编码为1的模组正前方后，无人机每次将以微小的预
设距离接近led屏幕，移动之后悬停进行拍摄，由计算机设备计算1号模组占全图比例大小，当1号模组长或宽占全图长或宽的比例大于预设比例时停止接近并进入下一流程，否则重复接近和拍照的过程；
[0031]
在按设定编码飞行并自动采集模组照片阶段，使用者将需要采集的模组编码一次输入到计算机设备，计算机设备计算得到无人机的飞行路径，控制无人机飞行，同时控制无人机在每次到达指定的编码位置就悬停进行图片采集，在多次移动过程中，计算机设备通过计算照片中模组占全图的比例大小来控制无人机前后移动以保持与led屏幕固定的相对距离。
[0032]
进一步地，在完成最后一个编码对应模组的采集任务后，无人机启动返航；在返航阶段，计算屏幕中心的模组编码号，控制无人机到达屏幕中心，之后后退预设距离后下降，该预设距离为无人机从起飞开始累计前向移动距离。
[0033]
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行装置，包括：
[0034]
定位控制单元，控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置；
[0035]
飞行控制单元，将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置；
[0036]
照片采集单元，用于按设定编码飞行并自动采集全部模组照片。
[0037]
一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法。
[0038]
一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法。
[0039]
本发明实施例中的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法及装置，首先控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置；将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置；再按设定编码飞行并自动采集全部模组照片，全程无需人工参与。本发明在室内无gps的情况下，无人机按任意编码路径飞行遍历led屏幕，并采集尽可能清晰的模组照片。本发明可以用在支持简单编程的成熟民用无人机上(如大疆无人机等)，使用无人机自带的摄像机等传感器，无需复杂的无人机平台搭建过程即可使用。
附图说明
[0040]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0041]
图1为本发明用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法的流程图；
[0042]
图2为本发明用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法中起飞定位时led屏幕的显示图；
[0043]
图3为本发明用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法中led模组编码示意图；
[0044]
图4为本发明用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法中飞行平面坐标系；
[0045]
图5为本发明用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法中无人机飞行误差示意图；
[0046]
图6为本发明用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法中无人机飞行误差调整方法示意图；
[0047]
图7为本发明用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法中自动引导飞行总体流程示意图；
[0048]
图8为本发明用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法中无人机和计算机设备的图；
[0049]
图9为本发明用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行装置的模块图。
具体实施方式
[0050]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。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劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0051]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0052]
实施例1
[0053]
根据本发明一实施例，提供了一种用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，参见图1，包括以下步骤：
[0054]
s100:控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置；
[0055]
s200:将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置；
[0056]
s300:按设定编码飞行并自动采集全部模组照片。
[0057]
本发明实施例中的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，首先控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置；将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置；再按设定编码飞行并自动采集全部模组照片，全程无需人工参与。本发明在室内无gps的情况下，无人机按任意编码路径飞行遍历led屏幕，并采集尽可能清晰的模组照片。本发明可以用在支持简单编程的成熟民用无人机上(如大疆无人机等)，使用无人机自带的摄像机等传感器，无需复杂的无人机平台搭建过程即可使用。
[0058]
其中，控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置包括：
[0059]
控制led屏幕显示若干标识图案，将无人机正对led屏幕悬置后，控制无人机逐步
以预设距离飞行，在每次飞行前拍摄图片传输至计算机设备上，再由计算机设备识别标识图案，在发现标识图案后将无人机机身中心调整至正对标识图案中心。
[0060]
其中，将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置包括：
[0061]
定位led屏幕后，将led屏幕显示调整为编码模式，通过图像处理算法识别当前无人机正对位置最中心编码，将最中心编码设置为飞行起点位置，再将飞行终点位置编码设置为led屏幕模组编码起始位置，无人机按照路径生成算法计算的轨迹飞行至编码起始位置，并将中心定位至起点模组中心，同时以预设距离不断接近屏幕，直到满足清晰拍摄一个完整模组照片的程度停下。
[0062]
其中，按设定编码飞行并自动采集全部模组照片包括：
[0063]
到达起始位置后，无人机在与led屏幕保持固定距离的平面上进行飞行，按照用户设定的编码次序来遍历led屏幕，将编码次序设置为从1到最大编码以拍摄所有模组照片。
[0064]
其中，按设定编码飞行并自动采集全部模组照片还包括：无人机在飞行过程中每次到达新的目标点，将调整自身姿态以正对目标模组，并通过传感器感知自身运动，在运动幅度最小时进行拍摄。
[0065]
其中，采用顺序编码方式对组成led屏幕的模组自上而下以s形进行编码，当已知led屏幕尺寸时，对每个模组定义一个唯一的编码，将编码显示在模组上面，设符号(m，n)表示从编码m飞行至编码n，飞行过程视为在距离led屏幕固定距离的一个平面上进行；
[0066]
设起始模组编码为m，终点模组编码为n；则在y轴的移动距离disy计算公式如下：
[0067][0068]
i和h是led参数，设led屏幕由i*j(宽*高)个模组组成，每个模组的尺寸是w*h(宽*高，单位是米)，括号表示向下取整；
[0069]
对特定编码m的横坐标mx计算公式如下：
[0070][0071]
％表示取余运算，利用公式再计算出编码n的横坐标nx，则在y轴的移动距离disx计算公式如下：
[0072]
disx＝nx-mx
[0073]
利用结果完成无人机从编码m到编码n的飞行规划。
[0074]
其中，在得到拍摄图片后，首先通过图像处理算法得到图片内目标的中心像素坐标与图片中心坐标的差值，同时获取目标框的像素宽度；当差值与目标框宽度的比值小于设定比例时视为没有误差，自适应误差调整结束；
[0075]
当差值与目标框宽度的比值大于设定比例时，利用已知的目标框实际宽度值与图像处理算法获取的目标框像素宽度值得到一米实际距离等价于多少像素点，从而结合误差的像素差值算出实际距离差值；
[0076]
无人机按照实际垂直与水平方向的距离差值进行低速移动，到达新的位置，在新位置重复上述步骤，直到误差少于设定比例。
[0077]
其中，在起飞和定位led屏幕阶段，固定无人机起飞点为led屏幕下方，朝向与led板所在平面垂直，设定无人机起飞高度和最大飞行高度，屏幕此时点亮起飞标识图案；
[0078]
起飞之后，无人机升高预设距离并采集图像，并发送图像数据至计算机设备识别视野中是否有起飞标识图案；在无人机采集完图像后会悬停，等待计算机设备发送识别结果；若通过图像识别模块到起飞标识图案，则利用自适应误差调整方法将无人机正对标识图案中心并进入下一流程，否则继续重复上述操作,直到机身超过最大飞行高度时停止运动并垂直降落；
[0079]
在飞至起点和接近屏幕阶段，led屏幕此时灭掉起飞标识图案，点亮编码图案，无人机拍摄图片，计算机设备最靠近视野中心编码图案的编码号，并利用自适应误差调整方法控制无人机正对该编码图案；当到达编码为1的模组正前方后，无人机每次将以微小的预设距离接近led屏幕，移动之后悬停进行拍摄，由计算机设备计算1号模组占全图比例大小，当1号模组长或宽占全图长或宽的比例大于预设比例时停止接近并进入下一流程，否则重复接近和拍照的过程；
[0080]
在按设定编码飞行并自动采集模组照片阶段，使用者将需要采集的模组编码一次输入到计算机设备，计算机设备计算得到无人机的飞行路径，控制无人机飞行，同时控制无人机在每次到达指定的编码位置就悬停进行图片采集，在多次移动过程中，计算机设备通过计算照片中模组占全图的比例大小来控制无人机前后移动以保持与led屏幕固定的相对距离。
[0081]
其中，在完成最后一个编码对应模组的采集任务后，无人机启动返航；在返航阶段，计算屏幕中心的模组编码号，控制无人机到达屏幕中心，之后后退预设距离后下降，该预设距离为无人机从起飞开始累计前向移动距离。
[0082]
下面以具体实施例，对本发明的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法进行详细说明：
[0083]
现有方法并未解决无人机从起飞到降落全自动飞行遍历led屏幕进行图片采集的问题，而现有的确定两点之间的路径规划算法适应的场景也没有类似led屏幕校正的场景，鉴于此，本发明的目的为在室内无gps的情况下，民用无人机结合计算机设备完成按任意编码路径飞行遍历led屏幕，并采集尽可能清晰的模组照片。本发明可以用在支持简单编程的成熟民用无人机上(如大疆无人机等)，使用无人机自带的摄像机等传感器，无需复杂的无人机平台搭建过程即可使用。本发明假设无人机与led屏幕中间不存在障碍物，不涉及避障等路径规划算法的研究。
[0084]
因为本发明中描述的无人机引导飞行方式最终的目标是得到清晰完整的led屏幕内的模组照片，需要在每次移动后针对该特定目标进行飞行误差微调。本发明解决的技术问题包括：
[0085]
第一、无人机起飞寻和接近led屏幕的策略；
[0086]
第二、无人机自动在两任意编码位置之间生成精确距离的飞行路径的方法；
[0087]
第三、无人机到达目标点后自适应对准目标中心的方法；
[0088]
第四、到达目标点后采集最清晰的模组照片的方法。
[0089]
本发明将无人机的自动引导飞行过程分为四个阶段：
[0090]
第一、起飞并定位led屏幕；
[0091]
第二、飞至起点并接近屏幕到合适位置；
[0092]
第三、按设定编码飞行自动采集模组照片；
[0093]
第四、无人机返航。
[0094]
在起飞与定位led屏幕阶段，本发明让屏幕上显示若干标识图案，将无人机大致正对led屏幕放置后，逐步以固定高度上升，在每次上升前拍摄图片再由计算机设备识别标识图案，在发现标识图案后将机身中心调整至正对标识图案中心。
[0095]
定位led屏幕后，将led屏幕显示调整为编码模式，通过图像处理算法识别当前无人机正对位置最中心编码，将最中心编码设置为飞行起点位置，再将飞行终点位置编码设置为led屏幕左上角模组编码，无人机按照路径生成算法计算的轨迹飞行至左上角，并将中心定位至起点模组中心，同时以微小的固定距离不断接近屏幕，直到满足清晰拍摄一个完整模组照片的程度停下。
[0096]
到达起始位置后，无人机可视作在与led屏幕保持固定距离的平面上进行飞行，可以按照用户设定的编码次序来遍历屏幕，一般将编码次序设置为从1到最大编码以拍摄所有模组。在飞行过程中每次到达新的目标点，无人机将调整自身姿态以正对目标模组，并通过传感器感知自身运动，在运动幅度最小时进行拍摄。
[0097]
遍历完成后，无人机飞行至屏幕中央，后退固定距离后降落。
[0098]
本发明在流程中反复使用的两个方法为：
[0099]
路径计算方法：给定目标编码和起始编码，自动生成无人机路径，以固定速度飞行。
[0100]
自适应姿态调整方法：在到达目标位置后第一时间调整无人机正对目标中心。
[0101]
本发明在流程中的led屏幕显示模式：
[0102]
起飞阶段led屏幕显示方式为：在屏幕中央自上而下均匀设置三个标识图案标识led屏幕，如图2所示，为起飞定位时led屏幕的显示图。
[0103]
在后续阶段采用顺序编码策略对组成led屏幕的模组自上而下以s形进行编码，如图3所示，为led模组编码示意图。
[0104]
本发明中led默认已知的参数如下所示：
[0105]
已知led屏幕模组实际尺寸(单位m)、led屏幕长宽各由多少个模组组成、led屏幕标识图案方框实际尺寸单位(m)；
[0106]
本发明技术方案的详细阐述分两部分进行，首先是对无人机全流程飞行反复用到的两个基础方法进行详细原理阐述，其次是对飞行流程的细节进行阐述。
[0107]
设led屏幕由i*j(宽*高)个模组组成，每个模组的尺寸是w*h(宽*高，单位是米)。
[0108]
方法一：路径计算方法：给定目标编码和起始编码，自动生成无人机路径，以固定速度飞行。
[0109]
采用顺序编码策略对组成led屏幕的模组自上而下以s形进行编码，当已知led屏幕尺寸时，可以对每个模组定义一个唯一的编码，将编码显示在模组上面，编码显示方式可以是二进制编码也可以是阿拉伯数字；本发明默认图像识别方法得到编码图片时可以完成编码识别；设符号(m,n)表示从编码m飞行至编码n，飞行过程可以视为在距离led屏幕固定距离的一个平面上进行，可以在该平面上设置如图4的坐标系。图4为飞行平面坐标系(坐标系单位为m)。
[0110]
由于led平面相关参数和编码方式是已知的，那么只需要利用模组编号就可以计算出对应坐标，在两个坐标之间通过一次x轴方向的运动和一次y轴方向的移动就可以让无
人机从一个模组飞行到另一个特定编码的模组正前方。设起始模组编码为m，终点模组编码为n。则在y轴的移动距离disy计算公式如下：
[0111][0112]
i和h是led参数(设led屏幕由i*j(宽*高)个模组组成，每个模组的尺寸是w*h(宽*高，单位是米))，括号表示向下取整。
[0113]
在x轴的移动距离计算公式比较复杂，由于是s型编码，在奇数行和偶数行的横坐标计算公式有差异，首先对特定编码m的横坐标mx计算公式如下：
[0114][0115]
％表示取余运算，利用公式再计算出编码n的横坐标nx，则在y轴的移动距离disx计算公式如下：
[0116]
disx＝nx-mx
[0117]
利用结果就可以完成无人机从编码m到编码n的飞行规划。
[0118]
方法二：自适应误差调整方法：在到达目标位置后第一时间调整无人机正对目标中心。
[0119]
在飞行过程中，无人机到达某个位置后需要第一时间进行微调以消除飞行误差，同时将无人机正对目标中心。如图5所示为无人机飞行误差示意图，无人机在目标中心的右下侧，需要调整至正对目标中心。
[0120]
误差校正步骤如图6所示，为无人机飞行误差调整方法示意图。
[0121]
在得到拍摄图片后，首先通过图像处理算法得到图片内目标的中心像素坐标与图片中心坐标的差值，同时获取目标框的像素宽度；当差值与目标框宽度的比值小于设定比例(如五分之一)时视为没有误差，自适应误差调整结束，当差值与目标框宽度的比值大于设定比例时，需要进行误差调整，利用已知的目标框实际宽度值与图像处理算法获取的目标框像素宽度值可以得到一米实际距离等价于多少像素点，从而结合误差的像素差值可以算出实际距离差值。无人机按照实际垂直与水平方向的距离差值进行低速移动，到达新的位置，在新位置重复上述步骤，直到误差少于设定比例。
[0122]
无人机详细自动引导飞行流程如图7所示。
[0123]
整个过程中，无人机和计算机设备的如图8所示，无人机将拍摄的照片与自身传感器信息发送给计算机设备，计算机设备分析信息发送适当的飞行和拍照等控制命令到无人机。
[0124]
在起飞和定位led屏幕阶段，固定无人机起飞点为led屏幕下方，朝向与led板所在平面垂直，设定无人机起飞高度和最大飞行高度，屏幕此时点亮起飞标识图案。
[0125]
起飞之后，无人机升高一定距离(距离为led屏幕高度的1/6)并采集图像，并发送图像数据至计算机设备识别视野中是否有起飞标识图案；在无人机采集完图像后会悬停，等待计算机设备发送识别结果；若通过图像识别模块到起飞标识图案，则利用自适应误差调整方法将无人机正对标识图案中心并进入下一流程，否则继续重复上述操作,直到机身超过最大飞行高度时停止运动并垂直降落。
[0126]
在飞至起点和接近屏幕阶段，屏幕此时灭掉起飞标识图案，点亮编码图案，无人机拍摄图片，计算机设备最靠近视野中心编码图案的编码号，并利用自适应误差调整方法控
制无人机正对该编码图案。
[0127]
无人机的目标是准确到达编码为1的模组位置，但由于无人机飞行过程中存在误差，在当前中心编码较大的情况下，无人机如果一次完成从当前编码到编码1的移动，将带来较大的累计误差，所以设置无人机每次移动至多跨越100个编码，每次移动后都校正自身的飞行误差，这样就能保证无人机飞行不会出现较大偏差，以至于视野中没有目标编码。如果当前中心编码大于100则需要多次移动来到达编码号为1的模组前方。
[0128]
当到达编码为1的模组正前方后，无人机每次将以微小距离接近led屏幕，移动之后悬停进行拍摄，由计算机设备计算1号模组占全图比例大小，当1号模组长或宽占全图长或宽的比例大于0.8时停止接近并进入下一流程，否则重复接近和拍照的过程，这样将尽可能地使无人机拍摄到清晰的模组照片。
[0129]
在按设定编码飞行并自动采集模组照片阶段，使用者将需要采集的模组编码一次输入到计算机设备，计算机设备计算得到无人机的飞行路径，控制无人机飞行，同时控制无人机在每次到达指定的编码位置就悬停进行图片采集，在多次移动过程中，计算机设备通过计算照片中模组占全图的比例大小来控制无人机前后移动以保持与led屏幕固定的相对距离。在完成最后一个编码对应模组的采集任务后，无人机启动返航。
[0130]
在返航阶段，计算屏幕中心的模组编码号，控制无人机到达屏幕中心，之后后退一定距离后下降，该距离为无人机从起飞开始累计前向移动距离。
[0131]
以上流程完成了整个led引导无人机自动遍历飞行的过程。
[0132]
实施例2
[0133]
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行装置，参见图9，包括：
[0134]
定位控制单元201，控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置；
[0135]
飞行控制单元202，将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置；
[0136]
照片采集单元203，用于按设定编码飞行并自动采集全部模组照片。
[0137]
本发明实施例中的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行装置，首先控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置；将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置；再按设定编码飞行并自动采集全部模组照片，全程无需人工参与。本发明在室内无gps的情况下，无人机按任意编码路径飞行遍历led屏幕，并采集尽可能清晰的模组照片。本发明可以用在支持简单编程的成熟民用无人机上(如大疆无人机等)，使用无人机自带的摄像机等传感器，无需复杂的无人机平台搭建过程即可使用。
[0138]
下面以具体实施例，对本发明的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行装置进行详细说明：
[0139]
现有方法并未解决无人机从起飞到降落全自动飞行遍历led屏幕进行图片采集的问题，而现有的确定两点之间的路径规划算法适应的场景也没有类似led屏幕校正的场景，鉴于此，本发明的目的为在室内无gps的情况下，民用无人机结合计算机设备完成按任意编码路径飞行遍历led屏幕，并采集尽可能清晰的模组照片。本发明可以用在支持简单编程的成熟民用无人机上(如大疆无人机等)，使用无人机自带的摄像机等传感器，无需复杂的无
人机平台搭建过程即可使用。本发明假设无人机与led屏幕中间不存在障碍物，不涉及避障等路径规划算法的研究。
[0140]
因为本发明中描述的无人机引导飞行方式最终的目标是得到清晰完整的led屏幕内的模组照片，需要在每次移动后针对该特定目标进行飞行误差微调。本发明解决的技术问题为包括：
[0141]
第一、无人机起飞寻和接近led屏幕的策略；
[0142]
第二、无人机自动在两任意编码位置之间生成精确距离的飞行路径的方法；
[0143]
第三、无人机到达目标点后自适应对准目标中心的方法；
[0144]
第四、到达目标点后采集最清晰的模组照片的方法。
[0145]
本发明将无人机的自动引导飞行过程分为四个阶段：
[0146]
第一、起飞并定位led屏幕；
[0147]
第二、飞至起点并接近屏幕到合适位置；
[0148]
第三、按设定编码飞行自动采集模组照片；
[0149]
第四、无人机返航。
[0150]
在起飞与定位led屏幕阶段，本发明让屏幕上显示若干标识图案，将无人机大致正对led屏幕放置后，逐步以固定高度上升，在每次上升前拍摄图片再由计算机设备识别标识图案，在发现标识图案后将机身中心调整至正对标识图案中心。
[0151]
定位led屏幕后，将led屏幕显示调整为编码模式，通过图像处理算法识别当前无人机正对位置最中心编码，将最中心编码设置为飞行起点位置，再将飞行终点位置编码设置为led屏幕左上角模组编码，无人机按照路径生成算法计算的轨迹飞行至左上角，并将中心定位至起点模组中心，同时以微小的固定距离不断接近屏幕，直到满足清晰拍摄一个完整模组照片的程度停下。
[0152]
到达起始位置后，无人机可视作在与led屏幕保持固定距离的平面上进行飞行，可以按照用户设定的编码次序来遍历屏幕，一般将编码次序设置为从1到最大编码以拍摄所有模组。在飞行过程中每次到达新的目标点，无人机将调整自身姿态以正对目标模组，并通过传感器感知自身运动，在运动幅度最小时进行拍摄。
[0153]
遍历完成后，无人机飞行至屏幕中央，后退固定距离后降落。
[0154]
本发明在流程中反复使用的两个方法为：
[0155]
路径计算方法：给定目标编码和起始编码，自动生成无人机路径，以固定速度飞行。
[0156]
自适应姿态调整方法：在到达目标位置后第一时间调整无人机正对目标中心。
[0157]
本发明在流程中的led屏幕显示模式：
[0158]
起飞阶段led屏幕显示方式为：在屏幕中央自上而下均匀设置三个标识图案标识led屏幕，如图2所示，为起飞定位时led屏幕的显示图。
[0159]
在后续阶段采用顺序编码策略对组成led屏幕的模组自上而下以s形进行编码，如图3所示，为led模组编码示意图。
[0160]
本发明中led默认已知的参数如下所示：
[0161]
已知led屏幕模组实际尺寸(单位m)、led屏幕长宽各由多少个模组组成、led屏幕标识图案方框实际尺寸单位(m)；
[0162]
本发明技术方案的详细阐述分两部分进行，首先是对无人机全流程飞行反复用到的两个基础方法进行详细原理阐述，其次是对飞行流程的细节进行阐述。
[0163]
设led屏幕由i*j(宽*高)个模组组成，每个模组的尺寸是w*h(宽*高，单位是米)。
[0164]
方法一：路径计算方法：给定目标编码和起始编码，自动生成无人机路径，以固定速度飞行。
[0165]
采用顺序编码策略对组成led屏幕的模组自上而下以s形进行编码，当已知led屏幕尺寸时，可以对每个模组定义一个唯一的编码，将编码显示在模组上面，编码显示方式可以是二进制编码也可以是阿拉伯数字；本发明默认图像识别方法得到编码图片时可以完成编码识别；设符号(m,n)表示从编码m飞行至编码n，飞行过程可以视为在距离led屏幕固定距离的一个平面上进行，可以在该平面上设置如图4的坐标系。图4为飞行平面坐标系(坐标系单位为m)。
[0166]
由于led平面相关参数和编码方式是已知的，那么只需要利用模组编号就可以计算出对应坐标，在两个坐标之间通过一次x轴方向的运动和一次y轴方向的移动就可以让无人机从一个模组飞行到另一个特定编码的模组正前方。设起始模组编码为m，终点模组编码为n。则在y轴的移动距离disy计算公式如下：
[0167][0168]
i和h是led参数(设led屏幕由i*j(宽*高)个模组组成，每个模组的尺寸是w*h(宽*高，单位是米))，括号表示向下取整。
[0169]
在x轴的移动距离计算公式比较复杂，由于是s型编码，在奇数行和偶数行的横坐标计算公式有差异，首先对特定编码m的横坐标mx计算公式如下：
[0170][0171]
％表示取余运算，利用公式再计算出编码n的横坐标nx，则在y轴的移动距离disx计算公式如下：
[0172]
disx＝nx-mx
[0173]
利用结果就可以完成无人机从编码m到编码n的飞行规划。
[0174]
方法二：自适应误差调整方法：在到达目标位置后第一时间调整无人机正对目标中心。
[0175]
在飞行过程中，无人机到达某个位置后需要第一时间进行微调以消除飞行误差，同时将无人机正对目标中心。如图5所示为无人机飞行误差示意图，无人机在目标中心的右下侧，需要调整至正对目标中心。
[0176]
误差校正步骤如图6所示，为无人机飞行误差调整方法示意图。
[0177]
在得到拍摄图片后，首先通过图像处理算法得到图片内目标的中心像素坐标与图片中心坐标的差值，同时获取目标框的像素宽度；当差值与目标框宽度的比值小于设定比例(如五分之一)时视为没有误差，自适应误差调整结束，当差值与目标框宽度的比值大于设定比例时，需要进行误差调整，利用已知的目标框实际宽度值与图像处理算法获取的目标框像素宽度值可以得到一米实际距离等价于多少像素点，从而结合误差的像素差值可以算出实际距离差值。无人机按照实际垂直与水平方向的距离差值进行低速移动，到达新的位置，在新位置重复上述步骤，直到误差少于设定比例。
[0178]
无人机详细自动引导飞行流程如图7所示。
[0179]
整个过程中，无人机和计算机设备的如图8所示，无人机将拍摄的照片与自身传感器信息发送给计算机设备，计算机设备分析信息发送适当的飞行和拍照等控制命令到无人机。
[0180]
在起飞和定位led屏幕阶段，固定无人机起飞点为led屏幕下方，朝向与led板所在平面垂直，设定无人机起飞高度和最大飞行高度，屏幕此时点亮起飞标识图案。
[0181]
起飞之后，无人机升高一定距离(距离为led屏幕高度的1/6)并采集图像，并发送图像数据至计算机设备识别视野中是否有起飞标识图案；在无人机采集完图像后会悬停，等待计算机设备发送识别结果；若通过图像识别模块到起飞标识图案，则利用自适应误差调整方法将无人机正对标识图案中心并进入下一流程，否则继续重复上述操作,直到机身超过最大飞行高度时停止运动并垂直降落。
[0182]
在飞至起点和接近屏幕阶段，屏幕此时灭掉起飞标识图案，点亮编码图案，无人机拍摄图片，计算机设备最靠近视野中心编码图案的编码号，并利用自适应误差调整方法控制无人机正对该编码图案。
[0183]
无人机的目标是准确到达编码为1的模组位置，但由于无人机飞行过程中存在误差，在当前中心编码较大的情况下，无人机如果一次完成从当前编码到编码1的移动，将带来较大的累计误差，所以设置无人机每次移动至多跨越100个编码，每次移动后都校正自身的飞行误差，这样就能保证无人机飞行不会出现较大偏差，以至于视野中没有目标编码。如果当前中心编码大于100则需要多次移动来到达编码号为1的模组前方。
[0184]
当到达编码为1的模组正前方后，无人机每次将以微小距离接近led屏幕，移动之后悬停进行拍摄，由计算机设备计算1号模组占全图比例大小，当1号模组长或宽占全图长或宽的比例大于0.8时停止接近并进入下一流程，否则重复接近和拍照的过程，这样将尽可能地使无人机拍摄到清晰的模组照片。
[0185]
在按设定编码飞行并自动采集模组照片阶段，使用者将需要采集的模组编码一次输入到计算机设备，计算机设备计算得到无人机的飞行路径，控制无人机飞行，同时控制无人机在每次到达指定的编码位置就悬停进行图片采集，在多次移动过程中，计算机设备通过计算照片中模组占全图的比例大小来控制无人机前后移动以保持与led屏幕固定的相对距离。在完成最后一个编码对应模组的采集任务后，无人机启动返航。
[0186]
在返航阶段，计算屏幕中心的模组编码号，控制无人机到达屏幕中心，之后后退一定距离后下降，该距离为无人机从起飞开始累计前向移动距离。
[0187]
以上流程完成了整个led引导无人机自动遍历飞行的过程。
[0188]
实施例3
[0189]
一种存储介质，存储介质存储有能够实现上述任意一项用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法的程序文件。
[0190]
实施例4
[0191]
一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述任意一项的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法。
[0192]
值得注意的是：
[0193]
除了用户初始化输入，本发明能够完成无人机在无gps环境下全流程自动采集led
模组照片的任务，全程无需人工参与。本发明解决了无人机在无gps环境下遍历led屏幕模组的累计误差校正问题。并且，本发明已经在多种点间距、多种大小的led屏幕上进行了飞行验证，已经验证可以自动完成整体飞行流程，在误差微调方面也有一定的优势。
[0194]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0195]
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0196]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0197]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0198]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0199]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0200]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，其特征在于，包括以下步骤：控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置；将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置；按设定编码飞行并自动采集全部模组照片。2.根据权利要求1所述的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，其特征在于，所述控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置包括：控制led屏幕显示若干标识图案，将无人机正对led屏幕悬置后，控制无人机逐步以预设距离飞行，在每次飞行前拍摄图片传输至计算机设备上，再由计算机设备识别标识图案，在发现标识图案后将无人机机身中心调整至正对标识图案中心。3.根据权利要求2所述的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，其特征在于，所述将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕到正对模组位置包括：定位led屏幕后，将led屏幕显示调整为编码模式，通过图像处理算法识别当前无人机正对位置最中心编码，将最中心编码设置为飞行起点位置，再将飞行终点位置编码设置为led屏幕模组编码起始位置，无人机按照路径生成算法计算的轨迹飞行至编码起始位置，并将中心定位至起点模组中心，同时以预设距离不断接近屏幕，直到满足清晰拍摄一个完整模组照片的程度停下。4.根据权利要求3所述的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，其特征在于，所述按设定编码飞行并自动采集全部模组照片包括：到达起始位置后，无人机在与led屏幕保持固定距离的平面上进行飞行，按照用户设定的编码次序来遍历led屏幕，将编码次序设置为从1到最大编码以拍摄所有模组照片。5.根据权利要求4所述的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，其特征在于，所述按设定编码飞行并自动采集全部模组照片还包括：无人机在飞行过程中每次到达新的目标点，将调整自身姿态以正对目标模组，并通过传感器感知自身运动，在运动幅度最小时进行拍摄。6.根据权利要求5所述的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，其特征在于，采用顺序编码方式对组成led屏幕的模组自上而下以s形进行编码，当已知led屏幕尺寸时，对每个模组定义一个唯一的编码，将编码显示在模组上面，设符号(m,n)表示从编码m飞行至编码n，飞行过程视为在距离led屏幕固定距离的一个平面上进行；设起始模组编码为m，终点模组编码为n；则在y轴的移动距离disy计算公式如下：i和h是led参数，设led屏幕由i*j(宽*高)个模组组成，每个模组的尺寸是w*h(宽*高，单位是米)，括号表示向下取整；对特定编码m的横坐标mx计算公式如下：
％表示取余运算，利用公式再计算出编码n的横坐标nx，则在y轴的移动距离disx计算公式如下：disx＝nx-mx利用结果完成无人机从编码m到编码n的飞行规划。7.根据权利要求6所述的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，其特征在于，在得到拍摄图片后，首先通过图像处理算法得到图片内目标的中心像素坐标与图片中心坐标的差值，同时获取目标框的像素宽度；当差值与目标框宽度的比值小于设定比例时视为没有误差，自适应误差调整结束；当差值与目标框宽度的比值大于设定比例时，利用已知的目标框实际宽度值与图像处理算法获取的目标框像素宽度值得到一米实际距离等价于多少像素点，从而结合误差的像素差值算出实际距离差值；无人机按照实际垂直与水平方向的距离差值进行低速移动，到达新的位置，在新位置重复上述步骤，直到误差少于设定比例。8.根据权利要求7所述的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，其特征在于，在起飞和定位led屏幕阶段，固定无人机起飞点为led屏幕下方，朝向与led板所在平面垂直，设定无人机起飞高度和最大飞行高度，屏幕此时点亮起飞标识图案；起飞之后，无人机升高预设距离并采集图像，并发送图像数据至计算机设备识别视野中是否有起飞标识图案；在无人机采集完图像后会悬停，等待计算机设备发送识别结果；若通过图像识别模块到起飞标识图案，则利用自适应误差调整方法将无人机正对标识图案中心并进入下一流程，否则继续重复上述操作,直到机身超过最大飞行高度时停止运动并垂直降落；在飞至起点和接近屏幕阶段，led屏幕此时灭掉起飞标识图案，点亮编码图案，无人机拍摄图片，计算机设备最靠近视野中心编码图案的编码号，并利用自适应误差调整方法控制无人机正对该编码图案；当到达编码为1的模组正前方后，无人机每次将以微小的预设距离接近led屏幕，移动之后悬停进行拍摄，由计算机设备计算1号模组占全图比例大小，当1号模组长或宽占全图长或宽的比例大于预设比例时停止接近并进入下一流程，否则重复接近和拍照的过程；在按设定编码飞行并自动采集模组照片阶段，使用者将需要采集的模组编码一次输入到计算机设备，计算机设备计算得到无人机的飞行路径，控制无人机飞行，同时控制无人机在每次到达指定的编码位置就悬停进行图片采集，在多次移动过程中，计算机设备通过计算照片中模组占全图的比例大小来控制无人机前后移动以保持与led屏幕固定的相对距离。9.根据权利要求8所述的用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行方法，其特征在于，在完成最后一个编码对应模组的采集任务后，无人机启动返航；在返航阶段，计算屏幕中心的模组编码号，控制无人机到达屏幕中心，之后后退预设距离后下降，该预设距离为无人机从起飞开始累计前向移动距离。10.一种用于无人机采集led模组照片的自动引导飞行装置，其特征在于，包括：定位控制单元，控制无人机起飞并定位在led屏幕上的标识图案位置；飞行控制单元，将led屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近led屏幕
到正对模组位置；照片采集单元，用于按设定编码飞行并自动采集全部模组照片。

技术总结

本发明涉及一种用于无人机采集LED模组照片的自动引导飞行方法及装置。该方法及装置首先控制无人机起飞并定位在LED屏幕上的标识图案位置；将LED屏幕显示调整为编码模式，控制无人机飞至起点并接近LED屏幕到正对模组位置；再按设定编码飞行并自动采集全部模组照片，全程无需人工参与。本发明在室内无GPS的情况下，无人机按任意编码路径飞行遍历LED屏幕，并采集尽可能清晰的模组照片。本发明可以用在支持简单编程的成熟民用无人机上，使用无人机自带的摄像机等传感器，无需复杂的无人机平台搭建过程即可使用。过程即可使用。过程即可使用。