本發(fā)明涉及飛行器導航領域，尤其涉及一種對地定位或導航用相機、飛行器及其導航方法和系統(tǒng)。

背景技術：

現(xiàn)有技術中，一些飛行器上設置了用于拍攝地面圖像的相機，然而其一般是將相機設置在飛機上。在這種情況下，由于飛行器在飛行過程中飛行姿態(tài)會傾斜以及晃動，這種飛行姿態(tài)的變化容易造成相機鏡頭不能始終對地，因而需要成像補償。為了取得較好的成像效果，現(xiàn)有技術一般會采用計算機計算補償和傳感器視角補償?shù)墓餐饔脕硌a償成像問題，然而，采用這樣的多次補償?shù)姆绞剑瑫沟贸上裾`差大大增加，也十分不利于所成的地面圖像的后續(xù)應用和計算。

此外，現(xiàn)有的飛行器廣泛借助于GPS(全球定位系統(tǒng))進行導航，但是這種導航方式始終存在一定的缺陷，例如：

1、GPS信號強度不足，不能進行定位。GPS能夠實現(xiàn)定位主要依靠的是衛(wèi)星，衛(wèi)星的數(shù)量越多定位就越準確，但是一些區(qū)域因為高樓或高山的遮擋難以被衛(wèi)星覆蓋，這就使得在這些區(qū)域時GPS信號強度不足，難以進行定位。

2、需要經(jīng)常更新地圖數(shù)據(jù)，否則會影響導航的準確度。現(xiàn)有的導航系統(tǒng)能夠導航，除了要借助于GPS的精準定位外，還要依靠于準確的地圖數(shù)據(jù)，為了獲得最新的地圖數(shù)據(jù)，用戶常常需要進行軟件更新，否則就很可能會出現(xiàn)導航線路錯誤等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術中飛行器所拍攝的地面 圖像需要多次成像補償因而成像誤差較大，并且不利于涉及地面圖像的計算和應用的缺陷，提供一種對地定位或導航用相機、飛行器及其導航方法和系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：

本發(fā)明提供具有云臺增穩(wěn)的對地定位或導航用相機，其特點是，所述相機包括一攝像裝置，所述攝像裝置的攝像方向豎直向下；

所述相機還包括一云臺增穩(wěn)系統(tǒng)，所述云臺增穩(wěn)系統(tǒng)包括一云臺主體和一云臺控制系統(tǒng)，所述云臺控制系統(tǒng)與所述云臺主體連接；

所述攝像裝置設于所述云臺主體上。

這里所說的豎直向下一般可以理解為攝像方向垂直指向地面。所述云臺增穩(wěn)系統(tǒng)用于增加所述云臺主體的穩(wěn)定性，進而保證所述攝像裝置的攝像方向豎直向下，并使得所述攝像裝置捕獲的圖像更加清晰。

較佳地，所述云臺控制系統(tǒng)包括一第一控制器、一第一電機、一第二電機及一云臺主體，所述第一電機、所述第二電機分別用于控制所述云臺主體在三維坐標系的Pitch軸和Roll軸的軸向上的轉動，所述云臺主體設置有一攝像裝置，所述第一控制器包括一平衡控制模塊，所述平衡控制模塊分別與所述第一電機、所述第二電機電連接，并且用于控制所述第一電機、所述第二電機的運轉以使得所述攝像裝置的攝像方向豎直向下。

所述云臺控制系統(tǒng)可以僅設有Pitch軸和Roll軸的兩軸電機，在第三軸Yaw軸的軸向則是固定的，無需設置對應的電機。這種情形下，所述平衡控制模塊僅用于控制兩軸電機的運轉時的所述攝像裝置的攝像方向豎直向下。

較佳地，所述云臺控制系統(tǒng)還包括一第三電機，所述第三電機用于控制所述云臺主體在三維坐標系的Yaw軸的軸向上的轉動，所述平衡控制模塊還與所述第三電機電連接、并用于控制所述第一電機、所述第二電機、所述第三電機的運轉以使得所述攝像裝置的攝像方向豎直向下。

這種情況下，通過三軸電機的運轉控制所述攝像裝置的方向，能夠以更平穩(wěn)的方式進行控制。本領域技術人員應當理解，Yaw軸為航向軸、Pitch 軸為俯仰軸、Roll軸為橫滾軸，繞航向軸的轉動為相對于飛機前進方向的左右轉動，繞俯仰軸的轉動為相對于飛機前進方向的上下轉動，繞橫滾軸的轉動為以機身長度方向為軸的轉動。

本發(fā)明還提供一種飛行器的導航系統(tǒng)，其特點是，包括上述各優(yōu)選條件任意組合的一種相機和一第二控制器；

所述相機的攝像裝置用于在所述飛行器飛行時捕獲圖像；所述第二控制器包括一獲取模塊和一校正模塊；

所述獲取模塊用于獲取一組用于顯示指定飛行線路的基準圖像；

所述校正模塊用于在所述飛行器飛行時，將所述攝像裝置最新捕獲到的圖像與該組基準圖像進行比對，校正所述飛行器當前的飛行線路。

其中，雖然所述第一控制器和所述第二控制器使用了不同的命名，但是它們同屬控制器，在實際制作中可以采用同一控制芯片，可以采用不同的控制芯片。因為所述攝像裝置的攝像方向豎直向下，所以所述攝像裝置捕獲的圖像實質(zhì)就是所述飛行器下方的圖像，即從飛行器的底部向下看(俯瞰)所得到的圖像。所述導航系統(tǒng)不需要GPS就可以沿著所述指定飛行線路飛行，不必擔心飛行的區(qū)域不在衛(wèi)星的覆蓋范圍內(nèi)或者地圖數(shù)據(jù)沒有及時更新等問題出現(xiàn)。所述導航系統(tǒng)具有準確度高、適用范圍廣等優(yōu)點。

較佳地，所述獲取模塊用于獲取所述指定飛行線路的地形圖并將所述地形圖作為基準圖像。所述指定飛行線路的地形圖是指在所述飛行器沿所述指定飛行線路飛行時所述飛行器下方的圖像，包括但不僅限于地形、建筑等。

較佳地，所述指定飛行線路包括所述飛行器的返航線路，所述返航線路的地形圖通過所述攝像裝置在所述飛行器去航時捕獲而得。即所述攝像裝置在所述飛行器去航時捕獲的圖像為用于顯示所述飛行器的返航線路的基準圖像。通過本技術方案，所述飛行器可以自主地沿著去航的線路返航，簡化了飛行器的控制，尤其是，在飛行器已經(jīng)飛出了操控者的視線范圍內(nèi)時，操控者即便不知道飛行器的所在位置，也可以利用所述導航系統(tǒng)實現(xiàn)飛行器的自動返航。

所述指定飛行線路還可以包括任意一條指定了起始點和終點的線路，針對這種指定飛行線路，所述導航系統(tǒng)可以通過預存或通過網(wǎng)絡下載來獲得對應的基準圖像，以實現(xiàn)所述飛行器沿著指定飛行線路的自主飛行。

較佳地，所述校正模塊包括一圖像處理模塊、一比對模塊和一飛行控制模塊；

所述圖像處理模塊用于從該組基準圖像中選取一張基準圖像作為比對圖像，以及分別從最新捕獲到的圖像與所述比對圖像中提取特征信息；

所述比對模塊用于比對同一特征信息在最新捕獲到的圖像和所述比對圖像中的偏移量；

所述飛行控制模塊用于根據(jù)所述偏移量改變所述飛行器當前的飛行方向。

其中，所述比對圖像應當與最新捕獲到的圖像至少有一個相同的特征信息，所述特征信息可以包括圖像中的物體之間的比例關系、物體的輪廓和位置等等。若同一特征信息在最新捕獲到的圖像的位置相對于所述比對圖像的位置向某個方向偏移，那么所述飛行器的飛行方向就應該向該方向的反方向移動。所述偏移量的計算還可以結合所述飛行器當前的飛行高度和/或飛行速度等。

較佳地，所述圖像處理模塊用于提取該組基準圖像的每一張基準圖像的特征信息，選取與最新捕獲到的圖像相同的特征信息最多的基準圖像作為比對圖像。兩張圖像相同的特征信息越多，說明捕獲這兩個圖像的位置越接近。隨著所述飛行器的飛行，所述攝像裝置以一定時間間隔捕獲到多個圖像，所述導航系統(tǒng)通過多次校正能夠更精確地保證飛行器沿著指定飛行線路飛行。

較佳地，所述飛行控制模塊還用于根據(jù)所述偏移量改變所述飛行器當前的飛行高度。

本發(fā)明還提供一種飛行器，其特點是，包括上述各優(yōu)選條件任意組合的一種的導航系統(tǒng)。

本發(fā)明還提供一種飛行器的導航方法，其特點是，所述飛行器包括上述 各優(yōu)選條件任意組合的一種相機，所述相機的攝像裝置用于在所述飛行器飛行時捕獲圖像；

所述導航方法包括：

S₁、獲取一組用于顯示指定飛行線路的基準圖像；

S₂、在所述飛行器飛行時，將最新捕獲到的圖像與該組基準圖像進行比對，校正所述飛行器當前的飛行線路。

較佳地，S₁包括獲取所述指定飛行線路的地形圖并將所述地形圖作為基準圖像。

較佳地，所述指定飛行線路包括所述飛行器的返航線路，所述返航線路的地形圖通過所述攝像裝置在所述飛行器去航時捕獲而得。

較佳地，S₂包括：

S₂₁、從該組基準圖像中選取一張基準圖像作為比對圖像，分別從最新捕獲到的圖像與所述比對圖像中提取特征信息；

S₂₂、比對同一特征信息在最新捕獲到的圖像和所述比對圖像中的偏移量；

S₂₃、根據(jù)所述偏移量改變所述飛行器當前的飛行方向。

較佳地，S₂₁包括：提取該組基準圖像的每一張基準圖像的特征信息，選取與最新捕獲到的圖像相同的特征信息最多的基準圖像作為比對圖像。

較佳地，S₂₃還包括根據(jù)所述偏移量改變所述飛行器當前的飛行高度。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。

本發(fā)明的積極進步效果在于：本發(fā)明的對地定位或導航用相機、飛行器及其導航方法和系統(tǒng)通過云臺增穩(wěn)系統(tǒng)的平衡控制和減震作用，使得攝像裝置的平穩(wěn)性更好并且能夠保持其攝像方向始終垂直向下，從而無需進行成像補償即可獲得準確的地面圖像。同時，還能夠實現(xiàn)在沒有GPS的情況下進行導航，不必擔心飛行的區(qū)域不在衛(wèi)星的覆蓋范圍內(nèi)或者地圖數(shù)據(jù)沒有及時更新等問題出現(xiàn)，達到了準確度高、適用范圍廣等優(yōu)點。此外，所述導航系 統(tǒng)還能實現(xiàn)飛行器的自主返航，簡化了飛行控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例的相機的示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的飛行器的導航系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的飛行器的導航方法的流程圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

實施例

本實施例的具有云臺增穩(wěn)的對地定位或導航用相機包括一攝像裝置和一云臺增穩(wěn)系統(tǒng)。所述攝像裝置的攝像方向豎直向下。所述云臺增穩(wěn)系統(tǒng)包括一云臺主體和一云臺控制系統(tǒng)，所述云臺控制系統(tǒng)與所述云臺主體連接。所述攝像裝置設于所述云臺主體上。

其中，所述云臺控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括一第一控制器14、一第一電機11、一第二電機12和一第三電機13。所述第一電機11、所述第二電機12及所述第三電機13用于分別控制所述云臺主體在三維坐標系的三個軸向上的轉動。攝像裝置。所述第一控制器14包括一平衡控制模塊141，所述平衡控制模塊141分別與所述第一電機11、所述第二電機12、所述第三電機13電連接，并且用于控制所述第一電機11、所述第二電機12及所述第三電機13的運轉以使得所述攝像裝置的攝像方向豎直向下。

所述第一電機11、所述第二電機12及所述第三電機13用于分別控制所述云臺主體在Yaw軸、Pitch軸和Roll軸上的轉動。

如圖2所示，本實施例的飛行器的導航系統(tǒng)包括所述相機和一第二控制器2。

所述相機的攝像裝置15用于在所述飛行器飛行時捕獲圖像。在所述攝 像裝置15進行捕獲時，可以預先設定一捕獲圖像的時間間隔。例如，設定時間間隔為1分鐘，即在所述飛行器飛行時，每隔1分鐘攝像裝置15捕獲一次圖像。捕獲的圖像可以直接顯示出飛行器下方的地形、建筑等。

所述第二控制器2包括一獲取模塊21和一校正模塊22。

所述獲取模塊21用于獲取一組用于顯示指定飛行線路的基準圖像。其中，所述基準圖像可以為所述指定飛行線路的地形圖。所述指定飛行線路包括所述飛行器的返航線路，所述返航線路的地形圖通過所述攝像裝置15在所述飛行器去航時捕獲而得。所述指定飛行線路還可以包括任意一條指定了起始點和終點的線路，針對這種指定飛行線路，所述導航系統(tǒng)可以通過預存或通過網(wǎng)絡下載來獲得對應的基準圖像。

所述校正模塊22用于在所述飛行器飛行時，將最新捕獲到的圖像與該組基準圖像進行比對，校正所述飛行器當前的飛行線路。

具體地，所述校正模塊22包括一圖像處理模塊221、一比對模塊222和一飛行控制模塊223。

所述圖像處理模塊221用于從該組基準圖像中選取一張基準圖像作為比對圖像，以及分別從最新捕獲到的圖像與所述比對圖像中提取特征信息。更具體地，所述圖像處理模塊221可以提取該組基準圖像的每一張基準圖像的特征信息，選取與最新捕獲到的圖像相同的特征信息最多的基準圖像作為比對圖像。

所述比對模塊222用于比對同一特征信息在最新捕獲到的圖像和所述比對圖像中的偏移量。

所述飛行控制模塊223用于根據(jù)所述偏移量改變所述飛行器當前的飛行方向和飛行高度。

例如，若同一特征信息在最新捕獲到的圖像的位置相對于所述比對圖像的位置向右偏移，那么所述飛行器的飛行方向就應該向左移動。所述偏移量的計算還可以適當?shù)亟Y合所述飛行器當前的飛行高度和/或飛行速度等。

本實施例的導航系統(tǒng)通過多次捕獲飛行器下方的圖像，并將圖像與基準 圖像進行比對，不斷地校正飛行線路，可以快速、準確地實現(xiàn)飛行器的尋址和返航。

本實施例的飛行器，包括所述導航系統(tǒng)和現(xiàn)有飛行器的其它組件。

本實施例的飛行器的導航方法，所述飛行器包括所述相機，所述攝像裝置15用于在所述飛行器飛行時捕獲圖像；如圖3所示，所述導航方法包括以下步驟：

步驟31、獲取一組用于顯示指定飛行線路的基準圖像。其中，所述基準圖像可以為所述指定飛行線路的地形圖。所述指定飛行線路包括所述飛行器的返航線路，所述返航線路的地形圖通過所述攝像裝置15在所述飛行器去航時捕獲而得。所述指定飛行線路還可以包括任意一條指定了起始點和終點的線路，針對這種指定飛行線路，所述導航系統(tǒng)可以通過預存或通過網(wǎng)絡下載來獲得對應的基準圖像。

步驟32、在所述飛行器飛行時，將最新捕獲到的圖像與該組基準圖像進行比對，校正所述飛行器當前的飛行線路。具體步驟32包括：

步驟321、從該組基準圖像中選取一張基準圖像作為比對圖像，分別從最新捕獲到的圖像與所述比對圖像中提取特征信息。更具體地，提取該組基準圖像的每一張基準圖像的特征信息，選取與最新捕獲到的圖像相同的特征信息最多的基準圖像作為比對圖像。

步驟322、比對同一特征信息在最新捕獲到的圖像和所述比對圖像中的偏移量。

步驟323、根據(jù)所述偏移量改變所述飛行器當前的飛行方向和飛行高度。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。