本發(fā)明涉及無人飛機(jī)領(lǐng)域，特別是涉及無人飛機(jī)光軸變動(dòng)補(bǔ)償裝置、方法和全景拍攝系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

利用無人飛機(jī)搭載攝影裝置從空中航拍日益成為一種時(shí)尚。采用了旋翼結(jié)構(gòu)的無人飛機(jī)在水平方向上移動(dòng)時(shí)，機(jī)身會(huì)發(fā)生傾斜。如何抵消因機(jī)身傾斜所帶來的攝影裝置的光軸變動(dòng)成為一個(gè)有待解決的問題。

根據(jù)光軸方向不同，常見的搭載在無人飛機(jī)上攝影裝置可分為兩種類型：一種是光軸方向與水平面大致平行，另一種是光軸方向與水平面大致垂直。由于光軸方向與無人飛機(jī)在水平面上運(yùn)動(dòng)方向的夾角不同，上述兩種類型的攝影裝置在面臨的如何補(bǔ)償機(jī)身運(yùn)動(dòng)帶來光軸變動(dòng)問題也有較大差異。具體而言，后者對(duì)光軸的角度變化更加敏感，但可以近似忽略因變焦所帶來的無人飛機(jī)和攝影裝置整體重心的變化。

另外，為了在單次拍攝中就可以獲得更多的信息，往往會(huì)在無人飛機(jī)上搭載具有廣角鏡頭、超廣角鏡頭乃至視角近似等于180度或大于180度的魚眼鏡頭的攝影裝置。極致的廣角鏡頭即魚眼鏡頭能夠一舉攝入周邊的圖像。在無人飛機(jī)上搭載設(shè)有魚眼鏡頭的攝影裝置時(shí)，為了避免被機(jī)身遮擋，通常選擇攝影裝置的光軸方向與水平面大致垂直的配置方式。如何解決當(dāng)光軸與水平面保持垂直時(shí)，快速精確地補(bǔ)償因機(jī)身傾斜帶來的攝影裝置的光軸變動(dòng)是一個(gè)難點(diǎn)。

另一方面，在拍攝VR(Virtual Reality，即虛擬現(xiàn)實(shí)，簡稱VR)全景照片或視頻時(shí)，較為常見的方法包括采用兩個(gè)反方向配置的視角大于等于180度的魚眼攝影裝置。若將該裝置搭載在無人飛機(jī)上，例如在無人飛機(jī)機(jī)身的上方和下方同時(shí)配置光軸垂直于水平方向、方向相反的一對(duì)魚眼鏡頭。此時(shí)不僅需要補(bǔ)償上述因機(jī)身運(yùn)動(dòng)時(shí)帶來的光軸變動(dòng)，同時(shí)還要解決使一對(duì)魚眼鏡頭的光軸時(shí)刻保持平行(即使在兩光軸未垂直于水平面時(shí))的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種無人飛機(jī)的鏡頭模組的光軸變動(dòng)補(bǔ)償裝置，包括無人飛機(jī)機(jī)身和位于機(jī)身下方的第一攝影裝置，所述第一攝影裝置包括第一鏡頭模組，所述第一鏡頭模組的光軸方向與水平面垂直，所述光軸變動(dòng)補(bǔ)償裝置的特征在于包括：

第一驅(qū)動(dòng)部，其設(shè)置在所述無人飛機(jī)機(jī)身或者第一攝影裝置上，用于變動(dòng)第一攝影裝置相對(duì)于所述無人機(jī)機(jī)身的夾角；

姿勢制御裝置，其設(shè)置在所述無人飛機(jī)機(jī)身或者第一攝影裝置上，用于控制所述第一驅(qū)動(dòng)部；以及

平衡檢測裝置，其設(shè)置在所述第一攝影裝置上，用于檢測所述第一鏡頭模組的光軸方向與水平面之間的偏移夾角。

優(yōu)選地，該補(bǔ)償裝置還包括：存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)有表示所述無人飛機(jī)的速度和方向與第一鏡頭模組補(bǔ)償角度的對(duì)應(yīng)關(guān)系表；控制單元，其用于控制并監(jiān)控所述無人飛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；所述姿勢制御裝置分別連接所述存儲(chǔ)器和所述無人飛機(jī)控制模塊。

優(yōu)選地，該補(bǔ)償裝置還包括：圖像處理裝置，其設(shè)置在所述無人飛機(jī)機(jī)身或者第一攝影裝置上，用于獲取來自所述第一鏡頭模組的圖像，從該圖像里抽出一個(gè)以上的特征點(diǎn)；所述姿勢制御裝置連接圖像處理裝置。

優(yōu)選地，所述平衡檢測裝置為電子水平儀或回轉(zhuǎn)儀；所述第一鏡頭模組為視角大于等于180度的超廣角鏡頭。

優(yōu)選地，所述無人飛機(jī)機(jī)身包括連接所述攝影裝置支撐臂，所述支撐臂可活動(dòng)地設(shè)置在機(jī)身正下方。

優(yōu)選地，所述第一驅(qū)動(dòng)部上設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并在至少兩個(gè)不共軸的輸出軸上分別設(shè)有圓形齒輪，所述第一攝影裝置設(shè)有與各圓形齒輪嚙合的扇形齒輪。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種無人飛機(jī)的鏡頭模組的光軸變動(dòng)的補(bǔ)償方法，包括上述光軸變動(dòng)補(bǔ)償裝置，還包括步驟：獲取所述第一鏡頭模組的光軸方向與水平面之間的偏移夾角；根據(jù)該夾角，使所述第一鏡頭模組相對(duì)于所述無人飛機(jī)機(jī)身變動(dòng)對(duì)應(yīng)的夾角。

優(yōu)選地，該補(bǔ)償方法還包括步驟：獲取所述無人飛機(jī)在水平方向上的飛行速度和飛行方向；根據(jù)所述速度和方向，查詢預(yù)先訓(xùn)練得到的所述速度與對(duì)應(yīng)的所述第一鏡頭模組光軸補(bǔ)償夾角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到與所述速度對(duì)應(yīng)夾角；使所述第一鏡頭模組相對(duì)于所述無人飛機(jī)機(jī)身變動(dòng)該夾角。

優(yōu)選地，獲取所述無人飛機(jī)在水平方向上的改變飛行速度和飛行方向的命令；根據(jù)所述命令，查詢預(yù)先訓(xùn)練得到的所述速度與對(duì)應(yīng)所述第一鏡頭模組光軸補(bǔ)償夾角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到與所述速度對(duì)應(yīng)的夾角；在所述無人飛機(jī)按照所述命令，在水平方向上的改變飛行速度和飛行方向之前或同時(shí)，使所述第一鏡頭模組相對(duì)于所述無人飛機(jī)機(jī)身變動(dòng)該夾角。

優(yōu)選地，該補(bǔ)償方法還包括步驟：從所述第一鏡頭模組獲取圖像；從該圖像里抽出一個(gè)以上的特征點(diǎn)；根據(jù)該特征點(diǎn)的變動(dòng)，計(jì)算得到所述第一鏡頭模組的光軸方向與水平面之間的夾角；根據(jù)該夾角，使所述第一鏡頭模組相對(duì)于所述無人飛機(jī)機(jī)身變動(dòng)對(duì)應(yīng)的夾角。

優(yōu)選地，特征點(diǎn)為圖像輪廓曲度大于等于預(yù)設(shè)的閾值的區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種無人飛機(jī)的全景拍攝系統(tǒng)，包括上述無人飛機(jī)的鏡頭模組的光軸變動(dòng)補(bǔ)償裝置，還包括第二攝影裝置，其設(shè)置在所述無人飛機(jī)機(jī)身的上方，包括第二鏡頭模組，所述第二鏡頭模組與所述第一鏡頭模組的朝向方向相反；第二驅(qū)動(dòng)部，其設(shè)置在所述無人飛機(jī)的機(jī)身或者第二攝影裝置上，用于變動(dòng)所述第二攝影裝置相對(duì)于機(jī)身的夾角，以使得所述第二鏡頭模組的光軸方向與第一鏡頭模組的光軸方向保持平行；所述第二驅(qū)動(dòng)部連接所述姿勢制御裝置和/或控制單元。

優(yōu)選地，所述第一鏡頭模組和所述第二鏡頭模組為視角大于等于180度的超廣角鏡頭。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種無人飛機(jī)，包括上述的無人飛機(jī)的鏡頭模組的光軸變動(dòng)補(bǔ)償裝置。

本發(fā)明的有益效果：當(dāng)無人飛機(jī)在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，平衡檢測裝置檢測攝影裝置的光軸與拍攝物體不成直角關(guān)系，攝影裝置上姿勢制御裝置或機(jī)身的控制單元通過驅(qū)動(dòng)部變更攝影裝置與無人飛機(jī)角度以補(bǔ)償鏡頭模組光軸的變動(dòng)；通過查詢存儲(chǔ)部內(nèi)的對(duì)應(yīng)表的方式，無需計(jì)算即可快速得到驅(qū)動(dòng)部轉(zhuǎn)動(dòng)角度；通過圖像處理裝置抽取通過鏡頭模組得到的圖像的特征點(diǎn)，利用特征點(diǎn)的變化計(jì)算光軸變動(dòng)的補(bǔ)償量，大幅提高了補(bǔ)償?shù)木?；提高了拍攝畫面的穩(wěn)定性，獲得優(yōu)質(zhì)畫面。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1是用戶操作本發(fā)明第一實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的正面剖視圖；

圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例在沒有實(shí)行光軸補(bǔ)償前，無人飛機(jī)沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)的示意圖；

圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例在實(shí)行光軸補(bǔ)償后，無人飛機(jī)沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)的示意圖；

圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例的設(shè)有兩個(gè)攝影裝置的無人飛機(jī)全景拍攝系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整地描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下列實(shí)施例的目的是解釋說明權(quán)利要求，而不應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)權(quán)利要求范圍的限制。

本申請(qǐng)的權(quán)利要求書、說明書、以及圖面中所示的裝置、系統(tǒng)、程序以及方法上所提到的動(dòng)作、操作說明、步驟以及階段等各個(gè)處理的實(shí)施順序，除非用“在…前”、“先于……”等限定語特別標(biāo)明，否則可以按任意的順序?qū)崿F(xiàn)。關(guān)于本申請(qǐng)的權(quán)利要求書、說明書、以及圖面中所示的裝置、流程等，即使出于方便考慮，使用了“首先”、“然后”等詞匯來說明，也并非意味著必須要按這個(gè)順序去實(shí)施。

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的受用戶10所操控的無人飛機(jī)100的整體示意圖。無人飛機(jī)100可以是為外部所操控的在空中飛行的小型飛機(jī)。無人飛機(jī)100具備機(jī)身200和被機(jī)身200所裝載的第一攝影裝置300。然而，無人飛機(jī)100也可以是內(nèi)置GPS，預(yù)先被編入與航線等相關(guān)的控制程序的半自律型飛機(jī)，或者可以是一切都不需要用戶10操作的全自律型飛機(jī)。無人飛機(jī)100裝載有電池。

用戶10可以利用操作裝置50通過無線通信向無人飛機(jī)100發(fā)送指令，從而操控?zé)o人飛機(jī)100的起飛、空中飛行以及降落。此外，也可以操作裝載在無人飛機(jī)100上的第一攝影裝置300。

第一攝影裝置300是指具有超廣角魚眼鏡頭可以拍攝圖像的相機(jī)。第一攝影裝置300可以沿著機(jī)身200所裝載的鏡頭的光軸移動(dòng)。從第一攝影裝置300發(fā)射往操作裝置50的映像信號(hào)，既可以從無人飛機(jī)100的電源從on到off前連續(xù)發(fā)射，也可以根據(jù)用戶10下給操作裝置50的指令進(jìn)行發(fā)射。

機(jī)身200含有X字形狀，在X字的4個(gè)端部，裝載著能在各個(gè)旋轉(zhuǎn)軸周圍旋轉(zhuǎn)的第1水平旋翼212、第2水平旋翼222、第3水平旋翼232以及第4水平旋翼242。機(jī)身200具備有能使各水平旋翼分別在旋轉(zhuǎn)軸周圍旋轉(zhuǎn)的第1翼驅(qū)動(dòng)部214、第2翼驅(qū)動(dòng)部224、第3翼驅(qū)動(dòng)部234以及第4翼驅(qū)動(dòng)部244。第1翼驅(qū)動(dòng)部214等內(nèi)置DC馬達(dá)，通過DC馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)力量旋轉(zhuǎn)第1翼驅(qū)動(dòng)部214等。機(jī)身200包括分別控制監(jiān)控第1-4翼驅(qū)動(dòng)部的工作狀態(tài)的控制單元，該控制單元通過分別調(diào)節(jié)各翼驅(qū)動(dòng)部的旋轉(zhuǎn)速度來控制無人飛機(jī)100的運(yùn)動(dòng)方向。

機(jī)身200具備控制單元250和第一驅(qū)動(dòng)部260。控制單元250控制無人飛機(jī)100的動(dòng)作，第一驅(qū)動(dòng)部260能使第一攝影裝置300相對(duì)于機(jī)身200按指定的方向移動(dòng)和/或轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂茊卧?50被編入內(nèi)置在X字中央的機(jī)身200主體部分內(nèi)的微型多用途計(jì)算機(jī)內(nèi)。第一驅(qū)動(dòng)部260被設(shè)置在支撐臂270的前端上，以減少轉(zhuǎn)動(dòng)第一攝影裝置300時(shí)的負(fù)擔(dān)。支撐臂270從機(jī)身200這個(gè)主體部分的正下方起垂下，可以相對(duì)于機(jī)身200在多個(gè)方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得機(jī)身200相對(duì)于第一攝影裝置300相對(duì)保持靜止?fàn)顟B(tài)，從而防止無人飛機(jī)100在工作時(shí)機(jī)身搖晃，避免影響攝影的畫面穩(wěn)定性。此外，第一驅(qū)動(dòng)部260也可設(shè)置在第一攝影裝置300內(nèi)部。

圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的在水平方向上處于相對(duì)靜止的無人飛機(jī)100的正面剖視圖。被機(jī)身200所裝載的第一攝影裝置300的底面上配備有含有視角大于或等于180度的魚眼第一鏡頭模組320。第一攝影裝置300的底面為倒平頂錐形，以防止遮擋魚眼第一鏡頭模組320的可視角。第一攝影裝置300中還有平衡檢測裝置，平衡檢測裝置可采用電子水平儀、光學(xué)類回轉(zhuǎn)儀、陀螺儀等，用于檢測第一攝影裝置300的姿勢與水平面之間的夾角。姿勢制御裝置設(shè)在機(jī)身200或第一攝影裝置300上，其分別連接平衡檢測裝置和第一驅(qū)動(dòng)部260姿。勢制御裝置可采用微控制器。機(jī)身200可以利用姿勢制御裝置，通過平衡檢測裝置獲得第一攝影裝置300和水平面之間的夾角，根據(jù)該夾角控制驅(qū)動(dòng)部，控制第一驅(qū)動(dòng)部260使第一攝影裝置300相對(duì)于機(jī)身200傾斜方向轉(zhuǎn)動(dòng)，以補(bǔ)償機(jī)身200的傾斜角度，使第一攝影裝置300上的第一鏡頭模組320的光軸與水平面成同直角關(guān)系的。第一攝影裝置300拍攝來自魚眼第一鏡頭模組320的圖像。第一攝影裝置300還包括攝影部330，該攝影部330被配置在入射到第一鏡頭模組320的光的入射側(cè)和對(duì)側(cè)的光軸上，以拍攝來自第一鏡頭模組320的圖像。攝影部330是指，如CCD或者是CMOS等圖像傳感器。

第一驅(qū)動(dòng)部260一邊用裝載機(jī)構(gòu)裝載第一攝影裝置300，一邊用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)改變機(jī)身200相對(duì)于第一攝影裝置300的角度。裝載機(jī)構(gòu)是指可以裝載部件并且可以360°旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，例如，在第一驅(qū)動(dòng)部260對(duì)面的第一攝影裝置300的外面上形成與第一鏡頭模組320的光軸方向正交方向上的中心軸延伸的軸承，第一驅(qū)動(dòng)部260上可以具備與軸承在同一方向上延伸并嵌合在軸承上的旋轉(zhuǎn)軸。這種情況下，第一驅(qū)動(dòng)部260通過使旋轉(zhuǎn)軸嵌合在軸承上，從而支撐第一攝影裝置300，通過旋轉(zhuǎn)軸和軸承，從而使第一攝影裝置300旋轉(zhuǎn)。另一方面，作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如，在第一驅(qū)動(dòng)部260對(duì)面的第一攝影裝置300的外面上已形成以上述旋轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)中心且外周擁有多個(gè)齒的不共軸的扇形齒輪組，第一驅(qū)動(dòng)部260可以具備有能控制步進(jìn)馬達(dá)或伺服電動(dòng)機(jī)之類的旋轉(zhuǎn)次數(shù)的馬達(dá)和圓形齒輪。該齒輪為馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸所支持，其外周上有與扇形齒輪的齒是相輔相成形狀的齒。在這種情況下，第一驅(qū)動(dòng)部260使圓形齒輪的齒和扇形齒輪的齒相互咬合，通過使馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)力變換為扇形齒輪的旋轉(zhuǎn)力，從而變動(dòng)機(jī)身200相對(duì)于第一攝影裝置300的角度。扇形齒輪至少有兩組，其齒輪軸相互正交，以實(shí)現(xiàn)一對(duì)正交方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖5所示，機(jī)身200的控制單元250具備控制部252、儲(chǔ)存器254、通信部256和圖像處理裝置258。儲(chǔ)存器254存儲(chǔ)有代表無人飛機(jī)100的飛行速度與對(duì)應(yīng)第一鏡頭模組320光軸補(bǔ)償夾角的對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格資料。通信部256根據(jù)無線通信與外部通信。圖像處理裝置258處理來自攝影部330的圖像數(shù)據(jù)。具體是，圖像處理裝置258可以連續(xù)接收來自拍攝第一鏡頭模組320的圖像的攝影部330的圖像數(shù)據(jù)信息，并抽出各個(gè)圖像數(shù)據(jù)里所含的多個(gè)特征點(diǎn)。圖像處理裝置258可以對(duì)照經(jīng)過一定時(shí)間前后的各圖像數(shù)據(jù)，并解析從中抽出的特征點(diǎn)之變動(dòng)。根據(jù)這些特征點(diǎn)的解析結(jié)果，在多個(gè)特征點(diǎn)被判為超過預(yù)定的臨界值往重力方向變動(dòng)時(shí)，圖像處理裝置258還可以向控制部252發(fā)送該情報(bào)。

控制部252通過通信部256，接收來自操作裝置50的指令，將拍攝來自第一鏡頭模組320的圖像的攝影部330的映像信號(hào)發(fā)給操作裝置50?？刂撇?52根據(jù)操作裝置50的指令，控制第1水平旋翼驅(qū)動(dòng)部214等，以控制無人飛機(jī)100的起飛、飛行以及降落。

控制部252根據(jù)操作裝置50的指令控制鏡頭驅(qū)動(dòng)部310。該指令除了可以是和第一鏡頭模組320的光軸變動(dòng)操作有關(guān)的指令之外，還可以含有第一鏡頭模組320是手動(dòng)改變光軸的傾斜狀態(tài)操作有關(guān)的指令。還有，第一鏡頭模組320的光軸也可以根據(jù)被攝影物體的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

控制部252控制第一驅(qū)動(dòng)部260，使相對(duì)于機(jī)身200的第一攝影裝置300的角度發(fā)生變化以補(bǔ)償因攝影物體運(yùn)動(dòng)方向或地理位置的變動(dòng)?？刂撇?52既可以根據(jù)事先做好的控制程序控制第一驅(qū)動(dòng)部260，也可以根據(jù)來自平衡檢測裝置的信號(hào)，控制第一驅(qū)動(dòng)部260，還可以根據(jù)來自圖像處理裝置258的信號(hào)控制第一驅(qū)動(dòng)部260，還可以參考存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器254里的表格數(shù)據(jù)控制第一驅(qū)動(dòng)部260。此外，控制部252也可以通過姿勢制御裝置控制控制第一驅(qū)動(dòng)部260。第一攝影裝置300上還可以設(shè)有激光測距儀，用于測量第一鏡頭模組320至被攝物之間的距離。該激光測距儀可以和軟件配合，根據(jù)第一攝影裝置300攝取的圖像計(jì)算第一鏡頭模組320的光軸與被攝物平面的角度變化。

在當(dāng)前狀態(tài)下由于無人飛機(jī)100在水平方向上處于相對(duì)靜止，第一攝影裝置300的魚眼第一鏡頭模組320與水平方向的夾角是90度，此時(shí)魚眼第一鏡頭模組320達(dá)到了最大的取景范圍，因此不需要補(bǔ)償。

圖3是在沒有實(shí)行光軸補(bǔ)償前，無人飛機(jī)100沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)的示意圖。箭頭所示方向?yàn)樾羞M(jìn)方向。四軸的無人飛機(jī)100在水平方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向一側(cè)的兩個(gè)水平旋翼降低轉(zhuǎn)速，機(jī)身200在運(yùn)動(dòng)方向上發(fā)生傾斜，連接在機(jī)身200上的第一攝影裝置300也隨之傾斜。此時(shí)，如果不對(duì)第一攝影裝置300進(jìn)行光軸補(bǔ)償，通過第一攝影裝置300攝取的圖像將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，機(jī)身200傾斜方向一側(cè)的圖像會(huì)有所缺失。

圖4是在實(shí)行光軸補(bǔ)償后，無人飛機(jī)100沿箭頭方向運(yùn)動(dòng)的示意圖，箭頭所示方向?yàn)樾羞M(jìn)方向。當(dāng)平衡檢測裝置測量到魚眼第一鏡頭模組320的光軸方向不與水平方向垂直時(shí)，姿勢制御裝置根據(jù)魚眼第一鏡頭模組320的光軸方向與水平方向夾角的變化而調(diào)整第一攝影裝置300相對(duì)于機(jī)身200的角度，使魚眼第一鏡頭模組320的光軸方向與水平方向垂直。

本發(fā)明第一實(shí)施例的運(yùn)行方式和后述第二實(shí)施例基本相同，故在此不再贅言。

根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，提供了一種無人飛機(jī)100的第一鏡頭模組320的光軸變動(dòng)的補(bǔ)償方法。實(shí)現(xiàn)該補(bǔ)償方法的設(shè)備可參照本發(fā)明第一實(shí)施例。

第一鏡頭模組320的光軸與水平面垂直，因此無人飛機(jī)100的機(jī)身200在水平面上的傾斜的角度變化非常敏感。當(dāng)機(jī)身200相對(duì)于傾斜θ度時(shí)，第一鏡頭模組320的光軸與水平面的垂線的夾角也為θ度。當(dāng)?shù)谝荤R頭模組320距離地面被攝物較高時(shí)，輕微的夾角變化就會(huì)放大為視野的巨大變化。例如，以在沒有補(bǔ)償?shù)那闆r下，以無人飛機(jī)100飛行高度為30米(忽略機(jī)身200和第一攝影裝置300的厚度)，第一鏡頭模組320隨機(jī)身300的傾斜，偏移了15度，則此時(shí)光軸中心對(duì)準(zhǔn)的被攝物的位置相對(duì)于原位置移動(dòng)了約為tan15°*30米＝8米。因此對(duì)光軸補(bǔ)償?shù)乃俣群途榷加泻芨叩囊蟆?/p>

本實(shí)施例的補(bǔ)償方法包括以下步驟：

第一次補(bǔ)償：由控制單元250獲取所述無人飛機(jī)100在水平方向的速度和方向或者預(yù)定要改變的飛行方向和飛行速度的命令；根據(jù)所述速度和方向，查詢存儲(chǔ)部內(nèi)的預(yù)先訓(xùn)練得到的所述速度與對(duì)應(yīng)第一鏡頭模組320光軸補(bǔ)償夾角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到與所述速度對(duì)應(yīng)夾角；控制單元驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)部相對(duì)于機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)第一攝影裝置，從而使第一鏡頭模組320相對(duì)于機(jī)身200變動(dòng)該夾角。第一次補(bǔ)償可以在控制單元250控制機(jī)身200改變運(yùn)動(dòng)方向之前或者同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，也可以在機(jī)身改變運(yùn)動(dòng)方向后再進(jìn)行補(bǔ)償。

第二次補(bǔ)償：平衡檢測裝置獲取第一鏡頭模組320的光軸方向與水平面之間的偏移夾角；根據(jù)該偏移夾角，姿勢制御裝置驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)部相對(duì)于機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)第一攝影裝置，使第一鏡頭模組320相對(duì)于無人飛機(jī)100的機(jī)身200變動(dòng)對(duì)應(yīng)的夾角，即前述偏移夾角減去90度。

第三次補(bǔ)償：從第一鏡頭模組320獲取圖像；抽出所述圖像上的至少2個(gè)特征點(diǎn)(優(yōu)選為4個(gè)點(diǎn)以上)，圖像處理裝置258可以連續(xù)接收來自拍攝第一鏡頭模組320的圖像的攝影部330的圖像數(shù)據(jù)信息，并抽出各個(gè)圖像數(shù)據(jù)里所含的多個(gè)特征點(diǎn)。圖像處理裝置258可以對(duì)照經(jīng)過一定時(shí)間前后的各圖像數(shù)據(jù)，并解析從中抽出的特征點(diǎn)之變動(dòng)。根據(jù)這些特征點(diǎn)的解析結(jié)果，在多個(gè)特征點(diǎn)被判為超過預(yù)定的臨界值往重力方向變動(dòng)時(shí)，圖像處理裝置258還可以向控制部252發(fā)送該情報(bào)。本次補(bǔ)償利用了圖像識(shí)別技術(shù)，圖像識(shí)別可以是以圖像的主要的特征點(diǎn)為主，這種特征可以不是物理意義上的特征，只要滿足一定的數(shù)學(xué)描述就可以。特征點(diǎn)既是一個(gè)點(diǎn)的位置標(biāo)識(shí)，同時(shí)是其局部鄰域的模式特征。事實(shí)上，特征點(diǎn)是一個(gè)具有一定特征的局部區(qū)域的位置標(biāo)識(shí)，稱其為點(diǎn)，是將其抽象為一個(gè)位置概念，以便于確定兩幅圖像中同一個(gè)位置點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系而進(jìn)行圖像配準(zhǔn)。在特征匹配過程中是以該特征點(diǎn)為中心，將鄰域的局部特征進(jìn)行匹配。在本實(shí)施例中，圖像的主要特征點(diǎn)可采用圖像輪廓曲度最大(或者高于一預(yù)設(shè)的閾值)或輪廓方向突然改變的地方。圖像處理裝置258中設(shè)有自動(dòng)檢測和計(jì)算角度的軟件，該軟件根據(jù)圖像輪廓變化最大的地方和該輪廓原來的位置(歷史圖像)之間的角度，計(jì)算出攝影裝置的光軸與平面的角度。示例性地，上述軟件采用多尺度小波變化法和SUAN角點(diǎn)提取法提取圖像特征點(diǎn)，以及采用基于單目視覺和激光測距儀的位姿測量算法計(jì)算攝影裝置的光軸與平面的角度。

第一次補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)在于通過查表的方式，可以直接得到補(bǔ)償偏轉(zhuǎn)的角度，因此反應(yīng)速度最快，可以在機(jī)身200接到傾斜命令的同時(shí)開始甚至提前開始補(bǔ)償，從而大幅降低補(bǔ)償?shù)臏笮?；缺點(diǎn)在于對(duì)補(bǔ)償精度依賴訓(xùn)練得到的對(duì)應(yīng)關(guān)系表是否準(zhǔn)確，無法檢測偏轉(zhuǎn)后的補(bǔ)償效果，以及當(dāng)收到風(fēng)等外界影響時(shí)補(bǔ)償?shù)木葻o法保障。第二次補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)在于利用電子水平儀等測量裝置直接測得光軸與水平面的夾角進(jìn)行補(bǔ)償，通過偏轉(zhuǎn)-檢測-再偏轉(zhuǎn)的多次檢測調(diào)整的方式，能夠確保補(bǔ)償?shù)木?，不受風(fēng)等外界因素的影像；缺點(diǎn)在于需要靠多次反復(fù)偏轉(zhuǎn)才能達(dá)到精確的補(bǔ)償值，補(bǔ)償?shù)木纫蕾囉陔娮铀絻x等測量裝置的精度。第三次補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)為補(bǔ)償?shù)牡降慕Y(jié)果即期望的拍攝結(jié)果，因此補(bǔ)償?shù)木茸罡?；缺點(diǎn)在于同樣需要多次檢測調(diào)整才能確保補(bǔ)償?shù)木龋a(bǔ)償?shù)乃俣茸盥?，?duì)硬件計(jì)算條件要求較高。綜合以上的優(yōu)缺點(diǎn)，按照第一次補(bǔ)償、第二次補(bǔ)償和第三次補(bǔ)償順序進(jìn)行補(bǔ)償，可以達(dá)到補(bǔ)償速度和補(bǔ)償精度的平衡，達(dá)到良好的補(bǔ)償效果。

此外，上述三次補(bǔ)償?shù)捻樞蜻€可以任意調(diào)換，或者任取其中一者或兩者進(jìn)行組合。

參考圖6所示，本發(fā)明的第三實(shí)施例提供了一種無人飛機(jī)100的全景拍攝系統(tǒng)，包括四軸無人飛機(jī)100，該無人飛機(jī)100上配置有上下相對(duì)兩個(gè)第一攝影裝置300，即第一攝影裝置300和第二攝影裝置。第一攝影裝置300和無人飛機(jī)100與本發(fā)明的第一實(shí)施例相同。第二攝影裝置上設(shè)有視角大于180度的魚眼第一鏡頭模組320，還設(shè)有連接位于機(jī)身200的姿勢制御裝置的第二驅(qū)動(dòng)部和第二姿勢制御裝置。

對(duì)于本實(shí)施例來說，不僅需要對(duì)光軸進(jìn)行補(bǔ)償，在補(bǔ)償?shù)倪^程中還必須保證第一攝影裝置300和第二攝影裝置的光軸保持平行。當(dāng)無人飛機(jī)100沿水平面向箭頭方向飛行時(shí)，無人飛機(jī)100機(jī)身200向飛行方向傾斜，第一攝影裝置300利用姿勢制御裝置和/或控制單元250，通過第一驅(qū)動(dòng)部對(duì)其第一鏡頭模組320的光軸1進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)θ度，從而使光軸1與水平面垂直。同時(shí)該姿勢制御裝置和/或控制單元250還同時(shí)控制位于第二攝影裝置的第二驅(qū)動(dòng)部向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)θ度，以保持第一攝影裝置300和第二攝影裝置的光軸平行，從而使二者拍攝的影像正好能夠覆蓋360度的全景。

本發(fā)明第四實(shí)施例提供了一種無人飛機(jī)，其搭載了本發(fā)明第一實(shí)施例或第三實(shí)施例中的鏡頭模組的光軸變動(dòng)補(bǔ)償裝置裝置，具體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程參考本發(fā)明第一實(shí)施例或第三實(shí)施例，在此不再贅言。

當(dāng)然，本發(fā)明創(chuàng)造并不局限于上述實(shí)施方式，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。

符號(hào)說明，10用戶、50操作裝置、100無人飛機(jī)、200機(jī)身、212第1水平旋翼、214第1翼驅(qū)動(dòng)部、222第2水平旋翼、224第2翼驅(qū)動(dòng)部、232第3水平旋翼、234第3翼驅(qū)動(dòng)部、242第4水平旋翼、244第4翼驅(qū)動(dòng)部、250控制單元、252控制部、254儲(chǔ)存器、256通信部、258圖像處理裝置、260驅(qū)動(dòng)部、270支撐臂、300第一攝影裝置、320第一鏡頭模組、330攝影部。