本發(fā)明涉及諸如四軸直升機(jī)之類的旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)。這些無人機(jī)具有由各自的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)旋翼，姿態(tài)這些旋翼可以按照不同方式被控制以按照姿態(tài)-方式和速度-方式領(lǐng)航無人機(jī)。

背景技術(shù)：
這樣的無人機(jī)的一個(gè)典型例子是來自法國巴黎派諾特股份有限公司(PARROTSA)的AR.DRONE遙控飛行器，其是四軸直升機(jī)，該四軸直升機(jī)裝備有一系列傳感器(加速計(jì)，三維陀螺儀，高度計(jì))、獲取無人機(jī)所朝向的場景的圖像的前置攝像機(jī)和獲取飛過的地形的圖像的垂直視域的攝像機(jī)。這種無人機(jī)由用戶依靠分離的遙控設(shè)備來領(lǐng)航，該遙控設(shè)備-以下稱為“裝置”-通過無線電鏈路連接到無人機(jī)。WO2010/061099A2與EP2364757A1(PARROTSA)描述了這樣一種無人機(jī)以及它通過電話或帶觸摸屏和集成加速計(jì)的便攜式多媒體設(shè)備來領(lǐng)航的原理，該便攜式多媒體設(shè)備例如IPHONE式的移動(dòng)電話，或IPODTOUCH或IPAD(美國蘋果公司的注冊商標(biāo))之類的便攜裝置或多媒體平板。這些裝置包含各種各樣必須的控制元件，用于檢測領(lǐng)航命令和與無人機(jī)通過WIFI(IEEE802.11)無線鏈路或藍(lán)牙(注冊商標(biāo))局域網(wǎng)類型的雙向數(shù)據(jù)交換。此外，它們還設(shè)置有觸摸屏來顯示無人機(jī)前置攝像頭獲取的圖像，疊加一定數(shù)量的符號(hào)使得通過用戶在觸摸屏上簡單的手指觸摸來激活命令成為可能。更具體地，無人機(jī)借助裝置的傾斜角探測器發(fā)送的信號(hào)被用戶領(lǐng)航，這些傾斜角將被無人機(jī)重復(fù)：例如，要無人機(jī)向前移動(dòng)，用戶根據(jù)俯仰軸傾斜他或她的裝置，而要無人機(jī)向右或向左移動(dòng)，他或她相對于它的翻滾軸傾斜同樣的裝置。這樣，如果無人機(jī)通過向下傾斜或“俯沖”(傾度按照俯仰角)這樣的方式被控制，它將會(huì)隨著傾斜角以增加的速度向前移動(dòng)；相反地，如果它通過反方向“拉升”這樣的方式被控制，它的速度將逐漸慢下來，然后通過開始向后移動(dòng)被反向。類似地，對于依照翻滾軸的傾斜命令，無人機(jī)將向右或向左傾斜，驅(qū)使向右或向左的線性水平直線運(yùn)動(dòng)位移。用戶還有顯示在觸摸屏上的其他命令，特別是“爬升/下降”(油門控制)和“向右樞轉(zhuǎn)/向左樞轉(zhuǎn)”(關(guān)于偏航軸的無人機(jī)的樞轉(zhuǎn))。無人機(jī)還有定點(diǎn)通過命令：當(dāng)用戶解除他的遙控裝置的所有命令時(shí)，無人機(jī)完全自動(dòng)地固定不動(dòng)且穩(wěn)定在一個(gè)固定點(diǎn)。無人機(jī)的攝像機(jī)不僅僅被用來以“身臨其境的模式”領(lǐng)航(也就是說用戶以同樣的方式使用機(jī)載攝像機(jī)的圖像，好像他自己在無人機(jī)上一樣)，而且用來獲取無人機(jī)所朝向的場景的圖像序列。因此用戶可以以攝像機(jī)或攝影機(jī)同樣的方式使用無人機(jī)的攝像機(jī)，攝像機(jī)由無人機(jī)運(yùn)載，而不是被手持。但是，在它的飛行過程中，無人機(jī)會(huì)受許多干擾運(yùn)動(dòng)的影響，這將導(dǎo)致攝像機(jī)獲取的圖像不必要的震動(dòng)和跳躍。特別地，攝像機(jī)指向無人機(jī)的主方向(對應(yīng)與翻滾軸的方向)時(shí)，任何關(guān)于俯仰軸(與攝像機(jī)的軸線成直角)的運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生圖像的垂直震動(dòng)，該震動(dòng)降低獲取的圖像的清晰度和質(zhì)量。現(xiàn)在，如之前所解釋的，無人機(jī)的位移，不管它們是由用戶控制還是自動(dòng)領(lǐng)航儀的伺服控制，主要由關(guān)于俯仰軸的運(yùn)動(dòng)(向前/向后位移)和關(guān)于翻滾軸的運(yùn)動(dòng)(向左/向右位移)引起，這就是四軸直升機(jī)類的無人機(jī)的操作原理所固有的。許多圖像穩(wěn)定技術(shù)當(dāng)然是已知的，但是這些技術(shù)不幸地不適用于這里描述的特殊情況：-由于無人機(jī)是一個(gè)不與承載物相聯(lián)系的飛行中的物體，帶有臂和平衡錘的機(jī)械穩(wěn)定系統(tǒng)不能被使用，該系統(tǒng)在萬向節(jié)(攝像機(jī)穩(wěn)定器技術(shù))的水平面移動(dòng)攝像機(jī)的重心。-也不能通過通常用于照相技術(shù)的透鏡或在焦平面的傳感器的光學(xué)元件的實(shí)時(shí)位移來穩(wěn)定，這是為了重量和體積而考慮給出攝像機(jī)集成小型元件的選擇。-最后，使用或不使用飛行期間收集的陀螺儀的數(shù)據(jù)，視頻圖像的后處理需要相對多的計(jì)算資源，與無人機(jī)裝載的微型計(jì)算機(jī)的容量不相符，且引入了禁止實(shí)時(shí)有效控制無人機(jī)的、不可忽略的等待時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的問題是尋找另一種穩(wěn)定技術(shù)，使可能生成視頻圖像序列，其具有盡可能小的反映在圖像中的不希望的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的基本思想在于配合無人機(jī)的電機(jī)的控制，使得攝像機(jī)的偏離運(yùn)動(dòng)最小化。為此，使用者選取特殊的曝光模式(跟蹤的，全景的，等等)，該模式自動(dòng)為無人機(jī)定義一預(yù)先選定的相應(yīng)軌跡，按照選擇的曝光模式對無人機(jī)的伺服控制進(jìn)行適當(dāng)修正，使其適于按這樣的方式最小化偏移震動(dòng)。無人機(jī)于是切換到穩(wěn)定的自動(dòng)領(lǐng)航模式，該自動(dòng)領(lǐng)航模式在空中控制它的移動(dòng)。攝像機(jī)的曝光于是可以被激活，自動(dòng)領(lǐng)航儀的控制適應(yīng)于穩(wěn)定化的攝像機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)。更具體地，本發(fā)明的主題是一種通過遙控裝置領(lǐng)航旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)的方法，該無人機(jī)具有由各自的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多個(gè)旋翼，電機(jī)可以通過不同方式被控制從而來以姿態(tài)方式和速度方式領(lǐng)航無人機(jī)。無人機(jī)包括機(jī)載攝像機(jī)，該攝像機(jī)適于獲取從無人機(jī)看去的目標(biāo)的圖像序列，且適于發(fā)送該序列到裝置。這個(gè)方法特征在于包括以下步驟：-通過用戶選擇預(yù)定的曝光模式，該模式通過描述要發(fā)送給無人機(jī)的軌跡的參數(shù)集來定義，這些參數(shù)屬于組，該組包括：在固定點(diǎn)或在位移的曝光模式；平移的或旋轉(zhuǎn)的位移類型；位移的速度；位移的方向或軸；位移的方向；位移的持續(xù)時(shí)間；曝光高度；-從所述參數(shù)集產(chǎn)生設(shè)定點(diǎn)值，且將這些設(shè)定點(diǎn)值應(yīng)用到控制無人機(jī)的電機(jī)的處理子系統(tǒng)；-一旦無人機(jī)穩(wěn)定在符合所述參數(shù)的軌跡上，攝像機(jī)的曝光激活。第一可能曝光模式是固定點(diǎn)模式。在該情況下，參數(shù)集適合于描述在旋轉(zhuǎn)和平移中零位移速度下的軌跡。第二可能曝光模式是向前或向側(cè)面追蹤模式。在該情況下，參數(shù)集適合于描述有恒定速度的沿著水平方向的位移的平移軌跡，對于向前追蹤這個(gè)水平方向平行于攝像機(jī)的軸，且對于側(cè)面追蹤與攝像機(jī)的軸垂直，對于向前追蹤該軌跡指向前方或后方，且對于側(cè)面追蹤指向左或右。特別地，根據(jù)用于向前追蹤的無人機(jī)的俯仰角或根據(jù)用于向側(cè)面追蹤的無人機(jī)的翻滾角，產(chǎn)生角設(shè)定點(diǎn)形式的設(shè)定點(diǎn)值，這些角度設(shè)定點(diǎn)施加到：-在過渡階段期間：施加到配置在水平速度伺服控制閉合回路中的處理子系統(tǒng)，適于使無人機(jī)達(dá)到所述參數(shù)化的位移速度，接著-一旦位移速度達(dá)到：則施加到配置在水平速度控制開環(huán)中的處理子系統(tǒng)，使所述伺服控制閉合回路失活。有利地，設(shè)定點(diǎn)的產(chǎn)生包括附加設(shè)定點(diǎn)的產(chǎn)生，該附加設(shè)定點(diǎn)表示補(bǔ)償在無人機(jī)的位移方向的風(fēng)的分量的水平速度。當(dāng)水平速度伺服控制誤差低于預(yù)定閾值時(shí)，這些附加設(shè)定點(diǎn)能夠被固定在常數(shù)值。第三可能曝光模式為全景模式。在這種情況下，參數(shù)集適于描述在一個(gè)方向或另一個(gè)方向上的旋轉(zhuǎn)軌跡，該旋轉(zhuǎn)軌跡關(guān)于垂直于攝像機(jī)曝光軸的垂直軸。在第一實(shí)現(xiàn)方式中，適于簡單的視頻全景效應(yīng)，垂直軸是無人機(jī)的偏航軸，且設(shè)定點(diǎn)值包括零俯仰和翻滾角設(shè)定點(diǎn)。特別地，產(chǎn)生的設(shè)定點(diǎn)值包括特別地用于產(chǎn)生關(guān)于所述垂直軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的恒定偏航設(shè)定點(diǎn)，且該恒定偏航設(shè)定點(diǎn)被施加到配置在角度伺服控制閉合回路的處理子系統(tǒng)，俯仰和翻滾角度設(shè)定點(diǎn)施加到使水平速度伺服控制閉合回路停用的處理子系統(tǒng)。在第二實(shí)現(xiàn)方式中，適于產(chǎn)生由組合連續(xù)固定圖像產(chǎn)生的全景圖，垂直軸是穿過攝像機(jī)的輸入孔的垂直軸，且設(shè)定點(diǎn)值包括俯仰和翻滾角度設(shè)定點(diǎn)，該俯仰和翻滾角設(shè)定點(diǎn)特別地用于產(chǎn)生沿著在水平面延伸且以攝像機(jī)的輸入孔為中心的圓形軌跡。特別地，產(chǎn)生的設(shè)定點(diǎn)值包括偏航設(shè)定點(diǎn)，該偏航設(shè)定點(diǎn)特別地用于在每次曝光后增加的朝向基準(zhǔn)定義的角度偏置固定點(diǎn)之間產(chǎn)生關(guān)于所述垂直軸的逐步旋轉(zhuǎn)，且施加到配置在角度伺服控制閉合回路中的處理子系統(tǒng)。第四可能曝光模式是懸臂平面模式。在這種情況下，參數(shù)集適于描述恒定速度的、在一個(gè)方向或其他方向、沿著與水平面形成一個(gè)角的方向的平移軌跡。設(shè)定點(diǎn)值能夠顯著地施加到：-在過渡階段期間：施加到配置在速度伺服控制閉合回路中的處理子系統(tǒng)，適于使無人機(jī)達(dá)到位移的速度且跟隨通過根據(jù)無人機(jī)的俯仰和翻滾角的角度設(shè)定點(diǎn)的產(chǎn)生的所述位移方向，接著-一旦位移的速度和位移的方向已經(jīng)達(dá)到：則施加到配置在速度控制開環(huán)中的處理子系統(tǒng)，使所述伺服控制閉合回路停用。在所有的曝光模式中，該方法能夠有利地同樣包括通過用戶應(yīng)用軌跡校正命令，該命令疊加到到由所述參數(shù)集產(chǎn)生的所述設(shè)定點(diǎn)值。附圖說明現(xiàn)在接著參考附圖描述本發(fā)明設(shè)備的示例性實(shí)施例，在全部附圖中相同的數(shù)字標(biāo)記表示相同或功能類似的元件。圖1為示出無人機(jī)和相關(guān)聯(lián)的能遠(yuǎn)程領(lǐng)航無人機(jī)的遙控裝置的總圖。圖2為表示待傳輸?shù)綗o人機(jī)的以在向前追蹤模式中產(chǎn)生曝光的移動(dòng)的示意圖。圖3為表示待傳輸?shù)綗o人機(jī)的以在向側(cè)面追蹤模式中產(chǎn)生曝光的移動(dòng)的示意圖。圖4為表示待傳輸?shù)綗o人機(jī)的以在全景模式中產(chǎn)生曝光的移動(dòng)的示意圖。圖5為表示待傳輸?shù)綗o人機(jī)的以在懸臂平面(boomplane)模式中產(chǎn)生曝光的移動(dòng)的示意圖。圖6示出在設(shè)備的屏幕上呈現(xiàn)給用戶的用于在追蹤模式中曝光的命令的例子。圖7為在設(shè)備的屏幕上呈現(xiàn)給用戶的用于在全景模式中曝光的命令的例子。圖8為在設(shè)備的屏幕上呈現(xiàn)給用戶的用于在懸臂平面模式中曝光的命令的例子。圖9為在常規(guī)伺服控制領(lǐng)航配置中的無人機(jī)的不同控制、伺服控制以及協(xié)助領(lǐng)航元件的框圖。圖10為相應(yīng)于圖9的圖，該圖被改進(jìn)以用于在追蹤模式下的自動(dòng)領(lǐng)航配置。圖11為相應(yīng)于圖9的圖，該圖被改進(jìn)以用于在全景模式下的自動(dòng)領(lǐng)航配置。圖12為相應(yīng)于圖9的圖，該圖被改進(jìn)以用與在懸臂平面模式下的自動(dòng)領(lǐng)航配置。具體實(shí)施例現(xiàn)在接著說明本發(fā)明示例性的實(shí)施例。在附圖1中，標(biāo)記10整體地表示無人機(jī)，該無人機(jī)為在以上所述的WO2010/061099A2和EP2364757A1中、以及在WO2009/109711A2(描述了基于由高度計(jì)和前景攝像機(jī)提供的信息的示例性自動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng))和FR2915569A1(顯著地描述了具有由無人機(jī)使用的陀螺儀和加速計(jì)的控制系統(tǒng))中顯著地示例描述的例如來自法國巴黎派諾特股份有限公司(PARROTSA)的AR.DRONE的無人機(jī)模型的四軸直升機(jī)。無人機(jī)10包括四個(gè)共面的旋翼12，其電機(jī)獨(dú)立地被集成的導(dǎo)航和姿態(tài)控制系統(tǒng)領(lǐng)航。它裝備有第一前景攝像機(jī)14(例如帶CMOS傳感器的廣角攝像機(jī))，使得其可以獲取無人機(jī)所朝向的場景的圖像。無人機(jī)也包括指向下方的第二垂直視圖攝像機(jī)(未示出)，適用于獲取飛過的地形的連續(xù)圖像，且特別用來計(jì)算無人機(jī)相對于地面的速度。慣性傳感器(加速計(jì)和陀螺儀)使得有可能以一定的準(zhǔn)確度測量無人機(jī)的角速度和姿態(tài)(也就是說描述無人機(jī)的傾斜角的歐拉角)。通常，術(shù)語“傾斜”將理解為無人機(jī)相對于固定陸地參考坐標(biāo)系的水平面的傾斜，可以理解，水平速度的兩個(gè)縱向和橫向分量密切聯(lián)系到沿著兩個(gè)相應(yīng)的俯仰和翻滾軸的傾斜。安排在無人機(jī)下的超聲測距儀此外提供相對于地面的高度測量。至于無人機(jī)的線性平移速度，憑借預(yù)測由攝像機(jī)獲取的從一幅圖像到下一幅的場景的位移且將作為測量高度的函數(shù)的比例因子應(yīng)用到該預(yù)測位移的軟件，通過組合分析由無人機(jī)的垂直視角攝像機(jī)提供的圖形與加速度數(shù)據(jù)來計(jì)算該線性平移速度。無人機(jī)10被遙控裝置16領(lǐng)航，遙控裝置16包括觸摸屏18，觸摸屏18顯示前置攝像機(jī)14獲取的圖像，疊加一定數(shù)目的符號(hào)使得通過用戶的手指20簡單地接觸觸摸屏18就可以激活領(lǐng)航命令。裝置16具有無線鏈路裝置來與無人機(jī)進(jìn)行無人機(jī)10到裝置16的雙向數(shù)據(jù)交換，特別是傳送攝像機(jī)14獲取的圖像，和從裝置16到無人機(jī)10的領(lǐng)航命令的發(fā)送。這個(gè)鏈路可以是例如WIFI(IEEE802.11)或藍(lán)牙(注冊商標(biāo))局域網(wǎng)類型。裝置16同樣包括傾斜角傳感器，使其可以通過發(fā)送給裝置根據(jù)俯仰和翻滾軸的相應(yīng)傾斜角來控制無人機(jī)的姿態(tài)(參考之前提到的WO2010/061099A2提供系統(tǒng)這方面的更多細(xì)節(jié))。如在前序中指出的，遙控裝置16有利地包括電話或帶觸摸屏和集成加速計(jì)的便攜多媒體設(shè)備，例如IPHONE類型的移動(dòng)電話、iPodTouch類型的便攜裝置或iPad類型的多媒體平板，這些裝置包括所必須的各種各樣的控制部件，用于顯示和檢測領(lǐng)航命令，用于查看由前置攝像機(jī)獲取的圖像，和用于通過Wi-Fi或藍(lán)牙鏈路與無人機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。無人機(jī)10的領(lǐng)航包括通過以下方式來移動(dòng)無人機(jī)10：a)關(guān)于俯仰軸22旋轉(zhuǎn)，使其向前或向后移動(dòng)；和/或b)關(guān)于翻滾軸24旋轉(zhuǎn)，使其向右或向左移動(dòng)；和/或c)關(guān)于偏航軸26旋轉(zhuǎn)，使無人機(jī)的主軸且因此前置攝像機(jī)14的指向方向向左或向右樞轉(zhuǎn)；和/或d)通過改變油門速度來向下28或向上30移動(dòng)，從而相應(yīng)地降低或提高無人機(jī)的高度。當(dāng)由用戶根據(jù)已知的領(lǐng)航模式從遙控裝置16施加這些領(lǐng)航命令時(shí)，用于關(guān)于俯仰軸22和翻滾軸24樞轉(zhuǎn)的命令a)和b)通過裝置16分別關(guān)于其縱向軸32和其橫向軸34的傾斜獲得：例如要使無人機(jī)向前移動(dòng)，通過使其關(guān)于軸32傾斜足以使裝置向前傾斜，要使無人機(jī)向右移動(dòng)，通過使其關(guān)于軸34向右傾斜足以使裝置傾斜，等等。對于命令c)和d)，它們由用戶的手指20(一般為右手指)與觸摸屏18的相應(yīng)特定區(qū)域的接觸施加的行為引起。無人機(jī)同樣具有自動(dòng)且獨(dú)立的在平穩(wěn)飛行中用于穩(wěn)定的系統(tǒng)，該系統(tǒng)尤其在用戶從裝置的觸摸屏移開手指，或自動(dòng)地在起飛階段末尾，或甚至在裝置和無人機(jī)之間的無線鏈接中斷的情況下被激活。無人機(jī)然后切換到上升狀態(tài)，在該狀態(tài)中，它固定不動(dòng)且保持在這個(gè)固定位置，不需用戶的任何干涉。現(xiàn)在接著解釋如何產(chǎn)生用于無人機(jī)電機(jī)的領(lǐng)航設(shè)定點(diǎn)，使得前置攝像機(jī)14有可能在可能干擾所獲取圖像的干擾移動(dòng)最小的情況下通過前置攝像機(jī)14來進(jìn)行曝光。將描述三個(gè)典型的曝光模式的例子，也就是：-跟蹤，更具體地參考附圖2、3、6和10(“固定平面”模式可以被認(rèn)為是追蹤模式的零位移速度的特例)；-全景，更具體地參考附圖4、7和11；-懸臂平面，更具體地參考附圖5、8和12；附圖2和3示意性地說明發(fā)送給無人機(jī)來產(chǎn)生追蹤模式下的曝光的運(yùn)動(dòng)，該追蹤模式分別為向前追蹤和向側(cè)面追蹤。追蹤的特點(diǎn)在于平行于地面的、恒定水平速度的攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這個(gè)速度是零時(shí)，追蹤減化為在固定平面模式下的曝光：這足以讓用戶選擇這個(gè)“固定平面”模式和并可能選擇固定平面的持續(xù)時(shí)間、攝像機(jī)的高度和方向。自動(dòng)領(lǐng)航然后估計(jì)風(fēng)(見下文)、計(jì)算和風(fēng)對抗的平均角度且，當(dāng)觸發(fā)曝光時(shí)，自動(dòng)領(lǐng)航施加該角度到無人機(jī)的設(shè)定點(diǎn)。對于向前追蹤，目標(biāo)是給出向接近或遠(yuǎn)離所獲取場景的目標(biāo)(例如人)移動(dòng)的效果，水平位移根據(jù)攝像機(jī)的主軸Δ完成，也就是說在這種情況下沿著翻滾軸24。這種情況在附圖2圖示，在向前追蹤的情況下，通過箭頭36的移動(dòng)表示(對于向后追蹤，位移將沿著相同路線但是在相反方向發(fā)生，來產(chǎn)生遠(yuǎn)離位于攝像機(jī)視野內(nèi)的人的效果)。在向側(cè)面追蹤的情況下，運(yùn)動(dòng)適于沿著垂直于攝像機(jī)軸Δ的水平軸，也就是說，沿著無人機(jī)的俯仰軸22的情況。例如，這個(gè)包括跟隨步行或奔跑的人，以側(cè)視圖將該人保持在圖像幀內(nèi)。這種情況在附圖3圖示，在向右側(cè)面追蹤的情況下，通過箭頭36的動(dòng)作表示(對于左側(cè)面追蹤，位移將沿著相同路線但是在相反方向發(fā)生)。第二可能曝光模式，全景模式，在附圖4圖示。這種曝光模式特征在于攝像機(jī)關(guān)于垂直軸的運(yùn)動(dòng)，在這種情況下為無人機(jī)的偏航軸26(或者，作為變型，穿過攝像機(jī)的輸入孔所以相對無人機(jī)的偏航軸偏離中心的垂直軸)。這個(gè)運(yùn)動(dòng)以恒定旋轉(zhuǎn)速度在一個(gè)方向或另一個(gè)方向完成，示意性地用箭頭40表示，該運(yùn)動(dòng)與受控領(lǐng)航階段的通常用來移動(dòng)無人機(jī)的領(lǐng)航速度相比有相對低的速度。應(yīng)注意的是這個(gè)旋轉(zhuǎn)必須與無人機(jī)的平面一起執(zhí)行，也就是說攝像機(jī)的軸Δ(相應(yīng)于無人機(jī)的翻滾軸24)必須掃描平行于地面的水平面，也就是說，和無人機(jī)一起在恒定的高度。具體來說，允許用戶在無人機(jī)的當(dāng)前高度開始全景曝光的可能性，否則給出在開始全景曝光前無人機(jī)必須達(dá)到的設(shè)定點(diǎn)高度。提供給用戶的第三可能曝光模式是所謂的“懸臂平面”模式。這個(gè)模式包括在懸臂末端附接有攝像機(jī)且該攝像機(jī)被給予根據(jù)空間的三個(gè)軸從目標(biāo)離開的運(yùn)動(dòng)的錯(cuò)覺。在圖5示出的相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)42通過矢量44的三個(gè)坐標(biāo)X、Y、Z定義，該矢量定義出離開的方向，且使用該離開的(恒定)速度。附圖6-8給出了在遙控設(shè)備16的顯示屏18上呈現(xiàn)給用戶的以用參數(shù)表示對用戶可用的不同曝光模式的命令的示例。這些命令可是按鈕、光標(biāo)或相似的類型的觸摸命令，它們本身是公知的。附圖6圖示了用參數(shù)表示追蹤模式的屏幕。按鈕46使得可以選擇追蹤模式：向前、向后、向右側(cè)面、向左側(cè)面，且光標(biāo)48使得可以定義這個(gè)追蹤的恒定速度(這個(gè)速度可以為零，則追蹤于是減變?yōu)楣潭ㄆ矫婺Ｊ较碌钠毓?。按鈕50和52分別使得在追蹤模式下可以觸發(fā)和停止曝光，且窗口54和56指示在執(zhí)行期間從曝光開始飛行的距離和經(jīng)過的時(shí)間。附圖7圖示了用參數(shù)表示全景模式的屏幕。按鈕58使得可以定義旋轉(zhuǎn)的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向或逆時(shí)針方向，且光標(biāo)60、62、64使得可以分別定義運(yùn)行全景曝光的設(shè)定點(diǎn)高度、曝光的旋轉(zhuǎn)的數(shù)目或旋轉(zhuǎn)分?jǐn)?shù)和旋轉(zhuǎn)的角速度。如前所述，按鈕50和52用來觸發(fā)和停止曝光，而窗口54和56分別顯示無人機(jī)的當(dāng)前高度和從曝光開始經(jīng)過的時(shí)間。附圖8是用參數(shù)表示懸臂平面模式的屏幕的示例。后者包括三個(gè)光標(biāo)66、68和70定義矢量的坐標(biāo)X、Y、Z，該矢量定義離開的方向，或者要到達(dá)的目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)。另一光標(biāo)72定義離開的速度。如前所述，按鈕50和52用來觸發(fā)和停止曝光，而窗口54和56分別顯示無人機(jī)的當(dāng)前高度和從曝光開始經(jīng)過的時(shí)間。各種各樣的其他命令可以被增加到剛剛被描述的那些命令，例如預(yù)先設(shè)定曝光的持續(xù)時(shí)間和因而受控位移的持續(xù)時(shí)間的命令。無人機(jī)速度和高度的控制現(xiàn)在接著解釋如何通過本發(fā)明的系統(tǒng)來執(zhí)行這些軌跡。附圖9是在常規(guī)領(lǐng)航配置中的無人機(jī)的不同控制、伺服控制元件的功能框圖。附圖10至12圖示了根據(jù)本發(fā)明對常規(guī)框圖作的修正以在穩(wěn)定模式執(zhí)行曝光，分別為追蹤、全景曝光和懸臂平面模式。值得注意的是：盡管這些框圖以互連電路的形式出現(xiàn)，然而不同功能的實(shí)施例本質(zhì)上是軟件，這種表示法僅僅是為了說明。通常，如圖9所述，除了自動(dòng)或根據(jù)用戶命令作用控制高度變化之外，領(lǐng)航系統(tǒng)包括許多嵌套回路以用于無人機(jī)的水平速度控制、角速度控制和姿態(tài)控制。最主要的循環(huán)回路是控制角速度的回路100，一方面使用由陀螺儀102提供的信號(hào)，另一方面使用角速度設(shè)定點(diǎn)104組成的基準(zhǔn)，這些不同的信息項(xiàng)目被運(yùn)用為角速度修正級(jí)106的輸入，該級(jí)106領(lǐng)航級(jí)108以控制電機(jī)110以便通過由這些電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋翼的組合行為來分別地控制不同電機(jī)的速度來修正無人機(jī)的角速度。角速度控制回路100被嵌套在姿態(tài)控制回路112中，姿態(tài)控制回路112基于給出陸地地磁參考坐標(biāo)系中無人機(jī)絕對方向的陀螺儀102、加速計(jì)114和磁力計(jì)116提供的信息而工作。從這些不同傳感器獲得的數(shù)據(jù)運(yùn)用到PI(比例積分)型姿態(tài)估計(jì)級(jí)118。該級(jí)118產(chǎn)生無人機(jī)的實(shí)時(shí)姿態(tài)的估計(jì)，該估計(jì)結(jié)果被運(yùn)用到姿態(tài)修正電路120，姿態(tài)修正電路120將實(shí)際姿態(tài)與電路122產(chǎn)生的角度設(shè)定點(diǎn)作比較，該角度設(shè)定點(diǎn)是電路122從用戶124直接施加的命令和/或由無人機(jī)的自動(dòng)領(lǐng)航經(jīng)由水平速度校正電路126產(chǎn)生的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的。可能校正過的設(shè)定點(diǎn)被施加到電路120且與無人機(jī)的實(shí)際姿態(tài)作比較，通過電路120發(fā)送到電路104來適當(dāng)?shù)乜刂齐姍C(jī)。總而言之，根據(jù)設(shè)定點(diǎn)(由用戶施加的和/或在其內(nèi)部產(chǎn)生的)和角度測量(由姿態(tài)估計(jì)電路118給出的)之間的誤差，姿態(tài)控制回路112利用電路120的PI修正器計(jì)算角速度設(shè)定點(diǎn)。角速度控制回路100然后計(jì)算前述角速度設(shè)定點(diǎn)和陀螺儀102實(shí)際測量的角速度之間的差?；芈肥褂眠@個(gè)信息來計(jì)算不同的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定點(diǎn)(和因此的升力設(shè)定點(diǎn))，該旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定點(diǎn)被發(fā)送到電機(jī)110來產(chǎn)生用戶請求的和/或無人機(jī)的自動(dòng)領(lǐng)航排定的操作。計(jì)算角度設(shè)定點(diǎn)的電路122同樣接收來自風(fēng)估計(jì)電路128的修正，風(fēng)估計(jì)電路128的角色將在以下執(zhí)行穩(wěn)定曝光的情況下描述。水平速度控制回路130同樣包括垂直攝像機(jī)132和用作高度計(jì)的測距傳感器134。電路136操作通過垂直攝像機(jī)132產(chǎn)生的圖像的處理，與來自加速計(jì)114的和來自姿態(tài)估計(jì)電路118的信號(hào)結(jié)合，來產(chǎn)生數(shù)據(jù)使得可以借助電路138獲得依照無人機(jī)的兩個(gè)俯仰和翻滾軸的水平速度的估計(jì)。估計(jì)的水平速度通過由電路40給出的垂直速度的估計(jì)和高度值的估計(jì)來校正，該高度值的估計(jì)由來自測距傳感器134的信息通過電路142給出。關(guān)于無人機(jī)的垂直位移，用戶124施加命令到電路用于計(jì)算姿態(tài)設(shè)定點(diǎn)144，這些設(shè)定點(diǎn)被施加到電路以經(jīng)過高度校正電路148用于計(jì)算拉升速度設(shè)定點(diǎn)Vz146，該高度校正電路148接收由電路142提供的估計(jì)姿態(tài)值。計(jì)算的拉升速度Vz施加到電路150，電路150將這個(gè)設(shè)定點(diǎn)速度與通過電路140估計(jì)的對應(yīng)速度作比較，且因此修改電機(jī)(電路108)的控制數(shù)據(jù)，以同時(shí)提高或降低所有電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，來最小化設(shè)定點(diǎn)拉升速度和測量的拉升速度之間的差。現(xiàn)在接著解釋無人機(jī)的控制設(shè)定點(diǎn)如何通過這些電路產(chǎn)生。在聯(lián)系到無人機(jī)主體的參考坐標(biāo)系中考慮無人機(jī)的速度數(shù)據(jù)，也就是附圖1所示的參考坐標(biāo)系{u，v，w}。使用下列表示法：-u代表在無人機(jī)的主軸線(沿著翻滾軸24)的水平平移速度分量；-v代表在沿著俯仰軸22的橫向線的水平平移速度分量；以及-w代表垂直平移速度，所有都在聯(lián)系到無人機(jī)的參考坐標(biāo)系中，且因此它的傾斜角相對于參考陸地參考坐標(biāo)系獨(dú)立。無人機(jī)的四個(gè)螺旋槳i的每一個(gè)(i＝1...4)施加與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度ωi的平方成比例的扭矩Γi和拉升推力Fi：運(yùn)用基本的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，通過投影到無人機(jī)的移動(dòng)參考坐標(biāo)系中，給出下列等式：(等式1-3)p，q和r為在三個(gè)軸上的角速度，g為重力加速度，和θ為無人機(jī)關(guān)于地平線的傾斜定義的兩個(gè)角(歐拉角)，Cx和Cy為在兩個(gè)水平軸的前進(jìn)的阻抗系數(shù)(反映為無人機(jī)承受的摩擦力)，a為將推進(jìn)和拉升速度聯(lián)系到旋轉(zhuǎn)速度ω的系數(shù)，且m為無人機(jī)的重量。同樣地，運(yùn)用動(dòng)力學(xué)力矩原理到系統(tǒng)，通過仍然投影到移動(dòng)參考坐標(biāo)系，導(dǎo)出以下三個(gè)等式：(等式4-6)Ix、Iy和Iz為表示無人機(jī)在三個(gè)軸的慣性系數(shù)的參數(shù)，且1為電機(jī)與其重心相距的距離。在這些等式中，左邊部分的首項(xiàng)相當(dāng)于系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)力矩，第二項(xiàng)表示科里奧利力(Coriolisforces)的動(dòng)力學(xué)力矩的成分，且右邊元素相當(dāng)于由每個(gè)電機(jī)的螺旋槳產(chǎn)生的拉升力Fi和扭矩Γi施加的力矩。最后，論證出下列等式，其包括三個(gè)歐拉角θ和ψ：(等式7-9)因此系統(tǒng)的性能整體地通過九個(gè)等式和九個(gè)未知數(shù)來描述。在平衡點(diǎn)的附近，無人機(jī)水平地漂浮(零速度和傾斜度)，以下適用：等式1-9變?yōu)椋簆＝q＝r＝0，ω1＝ω3，ω2＝ω4，ω1＝ω2且因此，在平衡點(diǎn)附近：假定wi＝ωi-ω0，i＝1...4，且將先前的關(guān)于平衡點(diǎn)的等式線性化到一階，獲得線性化等式的以下系統(tǒng)：(等式10-18)追蹤模式的曝光附圖10圖示了為了在穩(wěn)定的追蹤模式下執(zhí)行曝光(或在零速度設(shè)定點(diǎn)下的穩(wěn)定固定平面模式)，對附圖9的框圖的修正。用戶將追蹤速度設(shè)定點(diǎn)施加到電路152，通過電路154轉(zhuǎn)換為角度設(shè)定點(diǎn)，電路154同樣接收通過電路138估計(jì)的水平速度值。這些設(shè)定點(diǎn)包括正或負(fù)的高速度值，以及方向(根據(jù)u或根據(jù)v)和沿著所選擇的線路的位移方向。由電路154計(jì)算的角度設(shè)定點(diǎn)直接施加為電路122的輸入，這些設(shè)定點(diǎn)可能與用戶施加的命令在156疊加，這是由于允許用戶在其執(zhí)行期間對追蹤的軌跡作修正。實(shí)際上，由于無人機(jī)以閉合環(huán)路模式領(lǐng)航，它被鎖定在角度-方式，但是關(guān)于軌跡，它可以強(qiáng)烈偏離，例如如果風(fēng)是變化的。因此令人想要的，貫穿曝光階段用閉環(huán)模式控制，以便用戶可以通過以下方式監(jiān)管飛行：-或者通過放棄軌跡且重新開始手動(dòng)領(lǐng)航，-或者通過附加輕微的修正疊加到閉合環(huán)路的設(shè)定點(diǎn)上。這些輕微的修正可能使圖像震動(dòng)，但是對于也是曝光操作者的用戶重要的是可以在任意時(shí)間選擇他喜歡的以下項(xiàng)：固定圖像和偏離的軌跡，或者圖像的移動(dòng)和更可靠的軌跡(這特別在追蹤中非常有用)。值得注意，在開環(huán)模式中軌跡設(shè)定點(diǎn)作為輸入直接施加給電路122，圖9的水平速度校正電路126被停用，從而使得在速度伺服控制的影響下不產(chǎn)生圍繞設(shè)定點(diǎn)位置的震蕩。為了在圖像中不具有太大移動(dòng)，這使得最小化角度方式的移動(dòng)(通常固有在四軸直升機(jī)的速度伺服控制中)成為可能。換句話說，為了穩(wěn)定圖像，通過消除關(guān)于俯仰和/或翻滾軸的輕微振動(dòng)(否則這會(huì)強(qiáng)烈干擾攝像機(jī)獲取的圖像)，追蹤軌跡期間的水平位移速度的輕微變化將被接受。更具體地，在已經(jīng)選擇所要的線路和追蹤運(yùn)動(dòng)的方向后，設(shè)定點(diǎn)速度Vxref＝恒量不然VyYref＝恒量由用戶恢復(fù)。為了例證沿著無人機(jī)主軸的平面的運(yùn)動(dòng)，也就是說，沿著攝像機(jī)的軸線Δ(相當(dāng)于向前追蹤)，將運(yùn)用以下：對于θ＜30°的角θ，可以使用下列近似關(guān)系：在過渡操作期間，Vxhorz將向它的最終值收斂。這個(gè)過渡時(shí)期的持續(xù)時(shí)間實(shí)際上達(dá)到1到2秒，該值遠(yuǎn)低于追蹤模式的曝光的通常持續(xù)時(shí)間。為了迅速到達(dá)幾乎穩(wěn)定的操作，在這個(gè)過渡操作期間，將以閉合環(huán)路模式操作無人機(jī)(因此不尋求最小化角度方式的移動(dòng))，且實(shí)際曝光將只在設(shè)定點(diǎn)速度已經(jīng)達(dá)到時(shí)才開始。在持久操作(對應(yīng)附圖10的結(jié)構(gòu)，最小化角度移動(dòng))中，等式變?yōu)椋?＝-g(θ)-Cx*Vxhorz這意味著，在持久操作中，在恒定速度下，俯仰角θ應(yīng)當(dāng)為恒量。發(fā)送到角控制回路的角度基準(zhǔn)因此為速度基準(zhǔn)，經(jīng)上述關(guān)系變換，且在開環(huán)回路模式下如此做來消除對所獲取圖像的質(zhì)量不利的震蕩運(yùn)動(dòng)。由于在閉合環(huán)路模式伺服控制中沒有這個(gè)，補(bǔ)償外界干擾(以恒定的風(fēng)建模)或更具體地將風(fēng)的速度矢量投影到軌跡的位移軸上是有利的。這個(gè)修正通過電路128施加。通過在運(yùn)動(dòng)路線的恒定風(fēng)建模的外部干擾可以表達(dá)為：由于Vground(地)＝Vair(空)-Vwind(風(fēng))，由此得出在風(fēng)中Vxhrzwind＝０(假設(shè)在曝光期間風(fēng)是恒定的)，因此：當(dāng)在持久操作中通過適用以下角度基準(zhǔn)減弱該分量的影響：和有利地，為了限制聯(lián)系到控制的角度方式的移動(dòng)，一旦速度誤差低于預(yù)定閾值，補(bǔ)償項(xiàng)就在曝光期間固定為恒定值。另一種可能是選擇增益K來使相應(yīng)的附加項(xiàng)僅非常緩慢地關(guān)于無人機(jī)的動(dòng)力學(xué)改變，例如超過10秒左右。全景模式下的曝光圖11說明了圖9中方案的改進(jìn)，用于執(zhí)行全景模式下的曝光。由用戶定義的參數(shù)包括用于全景曝光過程的角速度設(shè)定點(diǎn)，由電路158直接施加到角速度控制環(huán)路的電路104，且包括施加到高度設(shè)定點(diǎn)電路160的可能高度設(shè)定點(diǎn)(由無人機(jī)達(dá)到的高度，從那起觸發(fā)全景曝光)。又一次地，以和在追蹤模式中解釋的一樣的方式，有可能允許用戶在曝光期間疊加施加到電路12的水平位移命令和/或在162疊加在由電路160傳輸?shù)脑O(shè)定點(diǎn)上的高度校正指令。電路160直接將參數(shù)化的設(shè)定點(diǎn)施加到電路144用于計(jì)算高度設(shè)定點(diǎn)。又一次地，用于校正水平速度的電路126(在圖9中可以看到)被停用，以便最小化關(guān)于俯仰和翻滾軸的振蕩移動(dòng)。為了執(zhí)行全景曝光，無人機(jī)簡單地通過以下設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行：也就是說，斷開速度伺服控制，翻滾和俯仰設(shè)定點(diǎn)為0，關(guān)于偏航軸的旋轉(zhuǎn)設(shè)定點(diǎn)為在恒定角速度下的旋轉(zhuǎn)設(shè)定點(diǎn)。如在上述情況中，可能提供由恒定的風(fēng)建模的外界干擾的永久校正。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，全景模式可用來產(chǎn)生連續(xù)的固定曝光，接著這些固定曝光被連接在一起以給出圍繞無人機(jī)的360度全景景象。在這種情況下，無人機(jī)的移動(dòng)不再是關(guān)于垂直軸的持續(xù)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，而是通過由在每次曝光之后增加的朝向基準(zhǔn)定義的角度偏置固定點(diǎn)之間的連續(xù)步驟的移動(dòng)。明顯地選擇旋轉(zhuǎn)俯仰來保證在連續(xù)固定視圖之間的充分重疊。這種類型的曝光的特定限制是關(guān)于穿過攝像機(jī)的輸入孔的垂直軸(而不是無人機(jī)的偏航軸)的旋轉(zhuǎn)，以在兩個(gè)軸之間的差較為顯著(約為15cm量級(jí))的情況下，避免不允許連續(xù)圖像的令人滿意的連接的幾何變形。接著必須通過水平線性位移來完成關(guān)于垂直軸的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。由電路164從由電路158產(chǎn)生的偏航角速度設(shè)定點(diǎn)以及從由電路118給出的姿態(tài)估計(jì)值來計(jì)算必要的設(shè)定點(diǎn)。結(jié)果傳輸?shù)剿骄€性速度校正電路166，其同樣接收由電路138給出的水平速度估計(jì)值并且產(chǎn)生必要的設(shè)定點(diǎn)，通過168施加到用于計(jì)算俯仰和翻滾角度設(shè)定點(diǎn)的電路122。更具體地，有利地產(chǎn)生命令，該命令使無人機(jī)在水平面跟隨以攝像機(jī)的輸入孔為中心的圓形軌跡，也就是說傳輸給無人機(jī)沿著無人機(jī)的軸v的速度，該軸為關(guān)于軌跡相切的軸。發(fā)送到速度伺服控制環(huán)路的正切環(huán)形的前進(jìn)速度的設(shè)定點(diǎn)(表示為Vyref)直接從由用戶給出的關(guān)于垂直軸的旋轉(zhuǎn)角速度的設(shè)定點(diǎn)得出。為了關(guān)于固定中心的均勻旋轉(zhuǎn)軌跡，應(yīng)用如下：V是切向速度(無人機(jī)的軸v上的橫向速度)無人機(jī)的角速度，以及R環(huán)形的半徑，也就是說在偏航軸(穿過無人機(jī)慣性中心的垂直軸)和穿過攝像機(jī)的孔的垂直軸之間的偏移。通過以下表達(dá)式給出角速度：由以下來給出發(fā)送的命令：因此，用戶選擇關(guān)于前置攝像機(jī)的軸的旋轉(zhuǎn)速度，從該速度來得出沿著無人機(jī)的軸v前進(jìn)的設(shè)定點(diǎn)速度。接著無人機(jī)在用戶期望的旋轉(zhuǎn)速度下勾畫了以攝像機(jī)的輸入孔為中心的環(huán)形。懸臂模式的曝光圖12說明了圖9中方案的改進(jìn)，用于執(zhí)行懸臂模式下的曝光。由用戶將定義軌跡路線的位置設(shè)定點(diǎn)X，Y，Z施加到電路170，接著施加到位置校正電路172，該校正電路將設(shè)定點(diǎn)位置與測量的實(shí)時(shí)位置比較，實(shí)時(shí)位置由位置估計(jì)電路174產(chǎn)生。如果由用戶直接施加的命令很容易在曝光期間實(shí)現(xiàn)預(yù)編程軌跡的改進(jìn)，則從電路172獲得的設(shè)定點(diǎn)可能在176中疊加到直接由用戶施加的命令中。又一次地，應(yīng)注意到，圖9的水平速度校正電路126被停用，操作在開環(huán)模式中的控制以最小化無人機(jī)關(guān)于翻滾和俯仰軸振蕩移動(dòng)。產(chǎn)生的命令為角度命令，該命令根據(jù)基準(zhǔn)和當(dāng)前位置之間的位置差來計(jì)算，從而速度沿著軌跡穩(wěn)定：控制原理與追蹤模式的原理相同，同一時(shí)間在兩個(gè)水平方向上同時(shí)位移，在垂直方向也一樣：-對于水平移動(dòng)，由用戶參數(shù)化的恒定速度設(shè)定點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榻嵌让睿⒃诳赡軙r(shí)伴隨著為了最小化攝像機(jī)的移動(dòng)而補(bǔ)償外部干擾(恒定風(fēng))；-對于垂直移動(dòng)，爬升或下降速度定義成獨(dú)立于水平速度，由用戶選擇最大速度值，從而來盡快達(dá)到由用戶參數(shù)化的點(diǎn)(X，Y，Z)。當(dāng)當(dāng)前位置接近于期望位置時(shí)，控制將被停用且在懸臂平面模式中的曝光能完全自動(dòng)地以恒定速度在預(yù)定的線路中開始。