《一種無人機的降落方法及系統》是億航智慧型設備（廣州）有限公司於2017年2月28日申請的專利，該專利的公布號為CN106774423A，授權公布日為2017年5月31日，發明人是胡華智、孫海洋。
《一種無人機的降落方法及系統》該方法包括步驟：獲取無人機的飛行高度；根據無人機的飛行高度，獲取飛行高度對應的模板圖像；通過無人機的攝像裝置拍攝場景畫面，獲取到拍攝的圖像；將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置；根據無人機偏離目標降落點的位置，控制無人機飛行到目標降落點並控制無人機從目標降落點進行降落。該發明公開的無人機的降落方法及系統，實現了無人機精準降落，不需要依靠GPS定位或者位置估計實現無人機飛行器的降落。
2021年11月，《一種無人機的降落方法及系統》獲得第八屆廣東專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種無人機的降落方法及系統》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種無人機的降落方法及系統
- 申請人：億航智慧型設備（廣州）有限公司
- 申請日：2017年2月28日
- 申請號：2017101147878
- 公布號：CN106774423A
- 公布日：2017年5月31日
- 發明人：胡華智、孫海洋
- 地址：廣東省廣州市廣州黃埔區廣新路680號401房自編之三十一
- 分類號：G05D1/10(2006.01)I
- 代理機構：廣東廣和律師事務所
- 代理人：章小燕
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
由於無人機飛行器具有可操控性好，低成本，使用方便等優點，因此，無人機飛行器已經被套用於許多行業，如在航拍、農業植保、測繪等多個領域已經得到廣泛套用。
在實現該發明的過程中，該專利發明人發現2017年2月之前的技術存在以下問題：已有的無人機飛行器在起飛點降落時，主要依靠GPS定位或者位置估計實現無人機飛行器的降落，但是由於GPS存在米級別的誤差，以及位置估計的誤差隨時間累積增加，因此長時間飛行或者在GPS信號較差的地方，無人機無法實現精準降落。
發明內容
專利目的
該發明的主要目的在於提出一種無人機的降落方法及系統，旨在解決2017年2月之前的技術存在的問題。
技術方案
《一種無人機的降落方法及系統》實施例第一方面提供一種無人機的降落方法，所述方法包括步驟：獲取無人機的飛行高度；根據所述無人機的飛行高度，獲取飛行高度對應的模板圖像；通過無人機的攝像裝置拍攝場景畫面，獲取到拍攝的圖像；將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置；根據無人機偏離目標降落點的位置，控制無人機飛行到目標降落點並控制無人機從目標降落點進行降落。
進一步地，所述模板圖像為所述無人機在所述目標降落點拍攝的圖像或者為所述無人機預先存儲的在所述目標降落點的圖像。進一步地，所述目標降落點為無人機起飛點垂直方向的飛行高度的位置。進一步地，所述將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置包括：將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，通過擴展卡爾曼濾波算法進行數據融合獲得無人機偏離目標降落點的位置。進一步地，所述控制無人機飛行到目標降落點包括：通過PID算法控制無人機的飛行姿態，控制無人機飛行到目標降落點。
此外，為實現上述目的，該發明實施例第二方面提供一種無人機的降落系統，所述系統包括：測距模組、模板圖像獲取模組、拍攝圖像獲取模組、匹配模組及降落控制模組；所述測距模組，用於獲取無人機的飛行高度；所述模板圖像獲取模組，用於根據所述無人機的飛行高度，獲取飛行高度對應的模板圖像；所述拍攝圖像獲取模組，用於通過無人機的攝像裝置拍攝場景畫面，獲取到拍攝的圖像；所述匹配模組，用於將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置；所述降落控制模組，用於根據無人機偏離目標降落點的位置，控制無人機飛行到目標降落點並控制無人機從目標降落點進行降落。
進一步地，所述模板圖像為所述無人機在所述目標降落點拍攝的圖像或者為所述無人機預先存儲的在所述目標降落點的圖像。進一步地，所述目標降落點為無人機起飛點垂直方向的飛行高度的位置。進一步地，所述匹配模組通過擴展卡爾曼濾波算法進行數據融合獲得無人機偏離目標降落點的位置。進一步地，所述降落控制模組通過PID算法控制無人機的飛行姿態，控制無人機飛行到目標降落點。
改善效果
《一種無人機的降落方法及系統》通過將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置；根據無人機偏離目標降落點的位置，控制無人機飛行到目標降落點並控制無人機從目標降落點進行降落；實現了無人機精準降落，不需要依靠GPS定位或者位置估計實現無人機飛行器的降落。
附圖說明
圖1為該發明實施例提供的無人機的降落方法流程示意圖；
圖2為該發明實施例提供的無人機的降落系統結構示意圖。
權利要求
1.一種無人機的降落方法，其特徵在於，所述方法包括步驟：獲取無人機的飛行高度；根據所述無人機的飛行高度，獲取飛行高度對應的模板圖像；通過無人機的攝像裝置拍攝場景畫面，獲取到拍攝的圖像；將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置；根據無人機偏離目標降落點的位置，控制無人機飛行到目標降落點並控制無人機從目標降落點進行降落。
2.根據權利要求1所述的一種無人機的降落方法，其特徵在於，所述模板圖像為所述無人機在所述目標降落點拍攝的圖像或者為所述無人機預先存儲的在所述目標降落點的圖像。
3.根據權利要求1所述的一種無人機的降落方法，其特徵在於，所述目標降落點為無人機起飛點垂直方向的飛行高度的位置。
4.根據權利要求1所述的一種無人機的降落方法，其特徵在於，所述將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置包括：將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，通過擴展卡爾曼濾波算法進行數據融合獲得無人機偏離目標降落點的位置。
5.根據權利要求1所述的一種無人機的降落方法，其特徵在於，所述控制無人機飛行到目標降落點包括：通過PID算法控制無人機的飛行姿態，控制無人機飛行到目標降落點。
6.一種無人機的降落系統，其特徵在於，所述系統包括：測距模組、模板圖像獲取模組、拍攝圖像獲取模組、匹配模組及降落控制模組；所述測距模組，用於獲取無人機的飛行高度；所述模板圖像獲取模組，用於根據所述無人機的飛行高度，獲取飛行高度對應的模板圖像；所述拍攝圖像獲取模組，用於通過無人機的攝像裝置拍攝場景畫面，獲取到拍攝的圖像；所述匹配模組，用於將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置；所述降落控制模組，用於根據無人機偏離目標降落點的位置，控制無人機飛行到目標降落點並控制無人機從目標降落點進行降落。
7.根據權利要求6所述的一種無人機的降落系統，其特徵在於，所述模板圖像為所述無人機在所述目標降落點拍攝的圖像或者為所述無人機預先存儲的在所述目標降落點的圖像。
8.根據權利要求6所述的一種無人機的降落系統，其特徵在於，所述目標降落點為無人機起飛點垂直方向的飛行高度的位置。
9.根據權利要求6所述的一種無人機的降落系統，其特徵在於，所述匹配模組通過擴展卡爾曼濾波算法進行數據融合獲得無人機偏離目標降落點的位置。
10.根據權利要求6所述的一種無人機的降落系統，其特徵在於，所述降落控制模組通過PID算法控制無人機的飛行姿態，控制無人機飛行到目標降落點。
實施方式
如圖1所示，該發明第一實施例提供的一種無人機的降落方法，該方法包括步驟：10、獲取無人機的飛行高度。11、根據無人機的飛行高度，獲取飛行高度對應的模板圖像。在該實施例中，模板圖像為無人機在目標降落點拍攝的圖像或者為無人機預先存儲的在所述目標降落點的圖像。
無人機內置有測距感測器，例如超音波感測器、雷射雷達測距感測器，在無人機從起飛點起飛之後，測距感測器測量到無人機飛行到一定高度時，可觸發無人機的攝像頭拍攝圖像，比如在起飛到五米時觸發無人機的攝像頭拍攝一張圖像，在起飛到六米時觸發無人機的攝像頭拍攝一張圖像……，從而得到一個模板圖像與無人機距離起飛點高度一一對應的圖像庫。
當無人機需要返航回到起飛點位置時，可獲取無人機的飛行高度數據，例如測距感測器測量到的飛行高度數據；通過該飛行高度數據，可在圖像庫中查找到飛行高度數據對應的模板圖像。12、通過無人機的攝像裝置拍攝場景畫面，獲取到拍攝的圖像。13、將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置。
在該發明實施例中，無人機內置有一個或多個的攝像裝置，攝像裝置可以拍攝場景畫面，得到基於拍攝的圖像。將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像通過匹配技術可獲得無人機偏離目標降落點的位置。匹配的方法可包括：求解圖像相關係數、或者機器學習方法從圖像中獲取模板位置。
在該實施例中，目標降落點為無人機起飛點垂直方向的飛行高度的位置。進一步地，在該實施例中，可通過擴展卡爾曼濾波算法（EKF，Extended Kalman Filter）進行數據融合獲得無人機偏離目標降落點的位置。卡爾曼濾波是一種高效率的遞歸濾波器（自回歸濾波器），它能夠從一系列的不完全包含噪聲的測量中，估計動態系統的狀態。
14、根據無人機偏離目標降落點的位置，控制無人機飛行到目標降落點並控制無人機從目標降落點進行降落。在該實施例中，在獲得無人機偏離目標降落點的位置之後，可通過PID（比例、積分、微分）算法控制無人機的飛行姿態，控制無人機飛行到目標降落點，然後控制無人機從目標降落點進行降落。無人機的飛行姿態可包括無人機的橫滾角（英文名稱roll），俯仰角（英文名稱pitch），航向角（英文名稱yaw），無人機的飛行姿態用來控制飛行器保持水平或保持某一姿態角。
該發明實施例提供的無人機的降落方法，通過將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置；根據無人機偏離目標降落點的位置，控制無人機飛行到目標降落點並控制無人機從目標降落點進行降落；實現了無人機精準降落，不需要依靠GPS定位或者位置估計實現無人機飛行器的降落。
該發明進一步提供一種系統。參照圖2，圖2為該發明第二實施例提供的一種無人機的降落系統，所述系統包括：測距模組20、模板圖像獲取模組21、拍攝圖像獲取模組22、匹配模組23及降落控制模組24。測距模組20，用於獲取無人機的飛行高度。模板圖像獲取模組21，用於根據測距模組20獲取的無人機的飛行高度，獲取飛行高度對應的模板圖像。
在該實施例中，模板圖像為無人機在目標降落點拍攝的圖像或者為無人機預先存儲的在所述目標降落點的圖像。無人機內置有測距感測器，例如超音波感測器、雷射雷達測距感測器，在無人機從起飛點起飛之後，測距感測器測量到無人機飛行到一定高度時，可觸發無人機的攝像頭拍攝圖像，比如在起飛到五米時觸發無人機的攝像頭拍攝一張圖像，在起飛到六米時觸發無人機的攝像頭拍攝一張圖像……，從而得到一個模板圖像與無人機距離起飛點高度一一對應的圖像庫。
當無人機需要返航回到起飛點位置時，可獲取無人機的飛行高度數據，例如測距感測器測量到的飛行高度數據；通過該飛行高度數據，可在圖像庫中查找到飛行高度數據對應的模板圖像。拍攝圖像獲取模組22，用於通過無人機的攝像裝置拍攝場景畫面，獲取到拍攝的圖像。匹配模組23，用於將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像進行匹配，獲得無人機偏離目標降落點的位置。
在該發明實施例中，無人機內置有一個或多個的攝像裝置，攝像裝置可以拍攝場景畫面，得到基於拍攝的圖像。將拍攝的圖像與飛行高度對應的模板圖像通過匹配技術可獲得無人機偏離目標降落點的位置。匹配的方法可包括：求解圖像相關係數、或者機器學習方法從圖像中獲取模板位置。
在該實施例中，目標降落點為無人機起飛點垂直方向的飛行高度的位置。在該實施例中，匹配模組通過擴展卡爾曼濾波算法（EKF，Extended Kalman Filter）進行數據融合獲得無人機偏離目標降落點的位置。
卡爾曼濾波是一種高效率的遞歸濾波器（自回歸濾波器），它能夠從一系列的不完全包含噪聲的測量中，估計動態系統的狀態。降落控制模組24，用於根據無人機偏離目標降落點的位置，控制無人機飛行到目標降落點並控制無人機從目標降落點進行降落。
在該實施例中，在獲得無人機偏離目標降落點的位置之後，可通過PID算法控制無人機的飛行姿態，控制無人機飛行到目標降落點，然後控制無人機從目標降落點進行降落。無人機的飛行姿態可包括無人機的橫滾角（英文名稱roll），俯仰角（英文名稱pitch），航向角（英文名稱yaw），無人機的飛行姿態用來控制飛行器保持水平或保持某一姿態角。
榮譽表彰
2021年11月，《一種無人機的降落方法及系統》獲得第八屆廣東專利獎優秀獎。
