本發(fā)明涉及諸如四軸直升機之類的旋轉(zhuǎn)翼無人機。這些無人機具有由各自的電機驅(qū)動的多個旋翼，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。

背景技術(shù)：
這樣的無人機的一個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，該四軸直升機裝備有一系列傳感器(加速計，三維陀螺儀，高度計)、獲取無人機所朝向的場景的圖像的前置攝像機和獲取飛過的地形的圖像的垂直視域的攝像機。這種無人機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。WO2010/061099A2與EP2364757A1(PARROTSA)描述了這樣一種無人機以及它通過電話或帶觸摸屏和集成加速計的便攜式多媒體設(shè)備來領(lǐng)航的原理，該便攜式多媒體設(shè)備例如IPHONE式的移動電話，或IPODTOUCH或IPAD(美國蘋果公司的注冊商標)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)航命令和與無人機通過WIFI(IEEE802.11)無線鏈路或藍牙(注冊商標)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前置攝像頭獲取的圖像，疊加一定數(shù)量的符號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，無人機借助裝置的傾斜角探測器發(fā)送的信號被用戶領(lǐng)航，這些傾斜角將被無人機重復(fù)：例如，要無人機向前移動，用戶根據(jù)俯仰軸傾斜他或她的裝置，而要無人機向右或向左移動，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，它將會隨著傾斜角以增加的速度向前移動；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被反向。類似地，對于依照翻滾軸的傾斜命令，無人機將向右或向左傾斜，驅(qū)使向右或向左的線性水平直線運動位移。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)于偏航軸的無人機的樞轉(zhuǎn))。無人機還有定點通過命令：當用戶解除他的遙控裝置的所有命令時，無人機完全自動地固定不動且穩(wěn)定在一個固定點。無人機的攝像機不僅僅被用來以“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載攝像機的圖像，好像他自己在無人機上一樣)，而且用來獲取無人機所朝向的場景的圖像序列。因此用戶可以以攝像機或攝影機同樣的方式使用無人機的攝像機，攝像機由無人機運載，而不是被手持。但是，在它的飛行過程中，無人機會受許多干擾運動的影響，這將導(dǎo)致攝像機獲取的圖像不必要的震動和跳躍。特別地，攝像機指向無人機的主方向(對應(yīng)與翻滾軸的方向)時，任何關(guān)于俯仰軸(與攝像機的軸線成直角)的運動將產(chǎn)生圖像的垂直震動，該震動降低獲取的圖像的清晰度和質(zhì)量?，F(xiàn)在，如之前所解釋的，無人機的位移，不管它們是由用戶控制還是自動領(lǐng)航儀的伺服控制，主要由關(guān)于俯仰軸的運動(向前/向后位移)和關(guān)于翻滾軸的運動(向左/向右位移)引起，這就是四軸直升機類的無人機的操作原理所固有的。許多圖像穩(wěn)定技術(shù)當然是已知的，但是這些技術(shù)不幸地不適用于這里描述的特殊情況：-由于無人機是一個不與承載物相聯(lián)系的飛行中的物體，帶有臂和平衡錘的機械穩(wěn)定系統(tǒng)不能被使用，該系統(tǒng)在萬向節(jié)(攝像機穩(wěn)定器技術(shù))的水平面移動攝像機的重心。-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)元件的實時位移來穩(wěn)定，這是為了重量和體積而考慮給出攝像機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算資源，與無人機裝載的微型計算機的容量不相符，且引入了禁止實時有效控制無人機的、不可忽略的等待時間。

技術(shù)實現(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動。本發(fā)明的基本思想在于配合無人機的電機的控制，使得攝像機的偏離運動最小化。為此，使用者選取特殊的曝光模式(跟蹤的，全景的，等等)，該模式自動為無人機定義一預(yù)先選定的相應(yīng)軌跡，按照選擇的曝光模式對無人機的伺服控制進行適當修正，使其適于按這樣的方式最小化偏移震動。無人機于是切換到穩(wěn)定的自動領(lǐng)航模式，該自動領(lǐng)航模式在空中控制它的移動。攝像機的曝光于是可以被激活，自動領(lǐng)航儀的控制適應(yīng)于穩(wěn)定化的攝像機的系統(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)翼無人機的方法，該無人機具有由各自的電機驅(qū)動的多個旋翼，電機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。無人機包括機載攝像機，該攝像機適于獲取從無人機看去的目標的圖像序列，且適于發(fā)送該序列到裝置。這個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)時間；曝光高度；-從所述參數(shù)集產(chǎn)生設(shè)定點值，且將這些設(shè)定點值應(yīng)用到控制無人機的電機的處理子系統(tǒng)；-一旦無人機穩(wěn)定在符合所述參數(shù)的軌跡上，攝像機的曝光激活。第一可能曝光模式是固定點模式。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，對于向前追蹤這個水平方向平行于攝像機的軸，且對于側(cè)面追蹤與攝像機的軸垂直，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的俯仰角或根據(jù)用于向側(cè)面追蹤的無人機的翻滾角，產(chǎn)生角設(shè)定點形式的設(shè)定點值，這些角度設(shè)定點施加到：-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)，適于使無人機達到所述參數(shù)化的位移速度，接著-一旦位移速度達到：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)定點的產(chǎn)生包括附加設(shè)定點的產(chǎn)生，該附加設(shè)定點表示補償在無人機的位移方向的風(fēng)的分量的水平速度。當水平速度伺服控制誤差低于預(yù)定閾值時，這些附加設(shè)定點能夠被固定在常數(shù)值。第三可能曝光模式為全景模式。在這種情況下，參數(shù)集適于描述在一個方向或另一個方向上的旋轉(zhuǎn)軌跡，該旋轉(zhuǎn)軌跡關(guān)于垂直于攝像機曝光軸的垂直軸。在第一實現(xiàn)方式中，適于簡單的視頻全景效應(yīng)，垂直軸是無人機的偏航軸，且設(shè)定點值包括零俯仰和翻滾角設(shè)定點。特別地，產(chǎn)生的設(shè)定點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，且該恒定偏航設(shè)定點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的輸入孔的垂直軸，且設(shè)定點值包括俯仰和翻滾角度設(shè)定點，該俯仰和翻滾角設(shè)定點特別地用于產(chǎn)生沿著在水平面延伸且以攝像機的輸入孔為中心的圓形軌跡。特別地，產(chǎn)生的設(shè)定點值包括偏航設(shè)定點，該偏航設(shè)定點特別地用于在每次曝光后增加的朝向基準定義的角度偏置固定點之間產(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、在一個方向或其他方向、沿著與水平面形成一個角的方向的平移軌跡。設(shè)定點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)，適于使無人機達到位移的速度且跟隨通過根據(jù)無人機的俯仰和翻滾角的角度設(shè)定點的產(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)備的示例性實施例，在全部附圖中相同的數(shù)字標記表示相同或功能類似的元件。圖1為示出無人機和相關(guān)聯(lián)的能遠程領(lǐng)航無人機的遙控裝置的總圖。圖2為表示待傳輸?shù)綗o人機的以在向前追蹤模式中產(chǎn)生曝光的移動的示意圖。圖3為表示待傳輸?shù)綗o人機的以在向側(cè)面追蹤模式中產(chǎn)生曝光的移動的示意圖。圖4為表示待傳輸?shù)綗o人機的以在全景模式中產(chǎn)生曝光的移動的示意圖。圖5為表示待傳輸?shù)綗o人機的以在懸臂平面(boomplane)模式中產(chǎn)生曝光的移動的示意圖。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，該圖被改進以用于在追蹤模式下的自動領(lǐng)航配置。圖11為相應(yīng)于圖9的圖，該圖被改進以用于在全景模式下的自動領(lǐng)航配置。圖12為相應(yīng)于圖9的圖，該圖被改進以用與在懸臂平面模式下的自動領(lǐng)航配置。具體實施例現(xiàn)在接著說明本發(fā)明示例性的實施例。在附圖1中，標記10整體地表示無人機，該無人機為在以上所述的WO2010/061099A2和EP2364757A1中、以及在WO2009/109711A2(描述了基于由高度計和前景攝像機提供的信息的示例性自動穩(wěn)定系統(tǒng))和FR2915569A1(顯著地描述了具有由無人機使用的陀螺儀和加速計的控制系統(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的無人機模型的四軸直升機。無人機10包括四個共面的旋翼12，其電機獨立地被集成的導(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14(例如帶CMOS傳感器的廣角攝像機)，使得其可以獲取無人機所朝向的場景的圖像。無人機也包括指向下方的第二垂直視圖攝像機(未示出)，適用于獲取飛過的地形的連續(xù)圖像，且特別用來計算無人機相對于地面的速度。慣性傳感器(加速計和陀螺儀)使得有可能以一定的準確度測量無人機的角速度和姿態(tài)(也就是說描述無人機的傾斜角的歐拉角)。通常，術(shù)語“傾斜”將理解為無人機相對于固定陸地參考坐標系的水平面的傾斜，可以理解，水平速度的兩個縱向和橫向分量密切聯(lián)系到沿著兩個相應(yīng)的俯仰和翻滾軸的傾斜。安排在無人機下的超聲測距儀此外提供相對于地面的高度測量。至于無人機的線性平移速度，憑借預(yù)測由攝像機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的垂直視角攝像機提供的圖形與加速度數(shù)據(jù)來計算該線性平移速度。無人機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14獲取的圖像，疊加一定數(shù)目的符號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進行無人機10到裝置16的雙向數(shù)據(jù)交換，特別是傳送攝像機14獲取的圖像，和從裝置16到無人機10的領(lǐng)航命令的發(fā)送。這個鏈路可以是例如WIFI(IEEE802.11)或藍牙(注冊商標)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的便攜多媒體設(shè)備，例如IPHONE類型的移動電話、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獲取的圖像，和用于通過Wi-Fi或藍牙鏈路與無人機進行雙向數(shù)據(jù)交換。無人機10的領(lǐng)航包括通過以下方式來移動無人機10：a)關(guān)于俯仰軸22旋轉(zhuǎn)，使其向前或向后移動；和/或b)關(guān)于翻滾軸24旋轉(zhuǎn)，使其向右或向左移動；和/或c)關(guān)于偏航軸26旋轉(zhuǎn)，使無人機的主軸且因此前置攝像機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，從而相應(yīng)地降低或提高無人機的高度。當由用戶根據(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，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：例如要使無人機向前移動，通過使其關(guān)于軸32傾斜足以使裝置向前傾斜，要使無人機向右移動，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。無人機同樣具有自動且獨立的在平穩(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，或自動地在起飛階段末尾，或甚至在裝置和無人機之間的無線鏈接中斷的情況下被激活。無人機然后切換到上升狀態(tài)，在該狀態(tài)中，它固定不動且保持在這個固定位置，不需用戶的任何干涉。現(xiàn)在接著解釋如何產(chǎn)生用于無人機電機的領(lǐng)航設(shè)定點，使得前置攝像機14有可能在可能干擾所獲取圖像的干擾移動最小的情況下通過前置攝像機14來進行曝光。將描述三個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)送給無人機來產(chǎn)生追蹤模式下的曝光的運動，該追蹤模式分別為向前追蹤和向側(cè)面追蹤。追蹤的特點在于平行于地面的、恒定水平速度的攝像機運動。當這個速度是零時，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“固定平面”模式和并可能選擇固定平面的持續(xù)時間、攝像機的高度和方向。自動領(lǐng)航然后估計風(fēng)(見下文)、計算和風(fēng)對抗的平均角度且，當觸發(fā)曝光時，自動領(lǐng)航施加該角度到無人機的設(shè)定點。對于向前追蹤，目標是給出向接近或遠離所獲取場景的目標(例如人)移動的效果，水平位移根據(jù)攝像機的主軸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)生遠離位于攝像機視野內(nèi)的人的效果)。在向側(cè)面追蹤的情況下，運動適于沿著垂直于攝像機軸Δ的水平軸，也就是說，沿著無人機的俯仰軸22的情況。例如，這個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關(guān)于垂直軸的運動，在這種情況下為無人機的偏航軸26(或者，作為變型，穿過攝像機的輸入孔所以相對無人機的偏航軸偏離中心的垂直軸)。這個運動以恒定旋轉(zhuǎn)速度在一個方向或另一個方向完成，示意性地用箭頭40表示，該運動與受控領(lǐng)航階段的通常用來移動無人機的領(lǐng)航速度相比有相對低的速度。應(yīng)注意的是這個旋轉(zhuǎn)必須與無人機的平面一起執(zhí)行，也就是說攝像機的軸Δ(相應(yīng)于無人機的翻滾軸24)必須掃描平行于地面的水平面，也就是說，和無人機一起在恒定的高度。具體來說，允許用戶在無人機的當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必須達到的設(shè)定點高度。提供給用戶的第三可能曝光模式是所謂的“懸臂平面”模式。這個模式包括在懸臂末端附接有攝像機且該攝像機被給予根據(jù)空間的三個軸從目標離開的運動的錯覺。在圖5示出的相應(yīng)的運動42通過矢量44的三個坐標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48使得可以定義這個追蹤的恒定速度(這個速度可以為零，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)的方向為順時針方向或逆時針方向，且光標60、62、64使得可以分別定義運行全景曝光的設(shè)定點高度、曝光的旋轉(zhuǎn)的數(shù)目或旋轉(zhuǎn)分數(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分別顯示無人機的當前高度和從曝光開始經(jīng)過的時間。附圖8是用參數(shù)表示懸臂平面模式的屏幕的示例。后者包括三個光標66、68和70定義矢量的坐標X、Y、Z，該矢量定義離開的方向，或者要到達的目標點的坐標。另一光標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分別顯示無人機的當前高度和從曝光開始經(jīng)過的時間。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)時間和因而受控位移的持續(xù)時間的命令。無人機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，另一方面使用角速度設(shè)定點104組成的基準，這些不同的信息項目被運用為角速度修正級106的輸入，該級106領(lǐng)航級108以控制電機110以便通過由這些電機驅(qū)動的旋翼的組合行為來分別地控制不同電機的速度來修正無人機的角速度。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系中無人機絕對方向的陀螺儀102、加速計114和磁力計116提供的信息而工作。從這些不同傳感器獲得的數(shù)據(jù)運用到PI(比例積分)型姿態(tài)估計級118。該級118產(chǎn)生無人機的實時姿態(tài)的估計，該估計結(jié)果被運用到姿態(tài)修正電路120，姿態(tài)修正電路120將實際姿態(tài)與電路122產(chǎn)生的角度設(shè)定點作比較，該角度設(shè)定點是電路122從用戶124直接施加的命令和/或由無人機的自動領(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?？赡苄Ｕ^的設(shè)定點被施加到電路120且與無人機的實際姿態(tài)作比較，通過電路120發(fā)送到電路104來適當?shù)乜刂齐姍C?？偠灾?，根據(jù)設(shè)定點(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修正器計算角速度設(shè)定點。角速度控制回路100然后計算前述角速度設(shè)定點和陀螺儀102實際測量的角速度之間的差?；芈肥褂眠@個信息來計算不同的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定點(和因此的升力設(shè)定點)，該旋轉(zhuǎn)速度設(shè)定點被發(fā)送到電機110來產(chǎn)生用戶請求的和/或無人機的自動領(lǐng)航排定的操作。計算角度設(shè)定點的電路122同樣接收來自風(fēng)估計電路128的修正，風(fēng)估計電路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132和用作高度計的測距傳感器134。電路136操作通過垂直攝像機132產(chǎn)生的圖像的處理，與來自加速計114的和來自姿態(tài)估計電路118的信號結(jié)合，來產(chǎn)生數(shù)據(jù)使得可以借助電路138獲得依照無人機的兩個俯仰和翻滾軸的水平速度的估計。估計的水平速度通過由電路40給出的垂直速度的估計和高度值的估計來校正，該高度值的估計由來自測距傳感器134的信息通過電路142給出。關(guān)于無人機的垂直位移，用戶124施加命令到電路用于計算姿態(tài)設(shè)定點144，這些設(shè)定點被施加到電路以經(jīng)過高度校正電路148用于計算拉升速度設(shè)定點Vz146，該高度校正電路148接收由電路142提供的估計姿態(tài)值。計算的拉升速度Vz施加到電路150，電路150將這個設(shè)定點速度與通過電路140估計的對應(yīng)速度作比較，且因此修改電機(電路108)的控制數(shù)據(jù)，以同時提高或降低所有電機的旋轉(zhuǎn)速度，來最小化設(shè)定點拉升速度和測量的拉升速度之間的差?，F(xiàn)在接著解釋無人機的控制設(shè)定點如何通過這些電路產(chǎn)生。在聯(lián)系到無人機主體的參考坐標系中考慮無人機的速度數(shù)據(jù)，也就是附圖1所示的參考坐標系{u，v，w}。使用下列表示法：-u代表在無人機的主軸線(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)系到無人機的參考坐標系中，且因此它的傾斜角相對于參考陸地參考坐標系獨立。無人機的四個螺旋槳i的每一個(i＝1...4)施加與電機的旋轉(zhuǎn)速度ωi的平方成比例的扭矩Γi和拉升推力Fi：運用基本的動力學(xué)關(guān)系，通過投影到無人機的移動參考坐標系中，給出下列等式：(等式1-3)p，q和r為在三個軸上的角速度，g為重力加速度，和θ為無人機關(guān)于地平線的傾斜定義的兩個角(歐拉角)，Cx和Cy為在兩個水平軸的前進的阻抗系數(shù)(反映為無人機承受的摩擦力)，a為將推進和拉升速度聯(lián)系到旋轉(zhuǎn)速度ω的系數(shù)，且m為無人機的重量。同樣地，運用動力學(xué)力矩原理到系統(tǒng)，通過仍然投影到移動參考坐標系，導(dǎo)出以下三個等式：(等式4-6)Ix、Iy和Iz為表示無人機在三個軸的慣性系數(shù)的參數(shù)，且1為電機與其重心相距的距離。在這些等式中，左邊部分的首項相當于系統(tǒng)的動力學(xué)力矩，第二項表示科里奧利力(Coriolisforces)的動力學(xué)力矩的成分，且右邊元素相當于由每個電機的螺旋槳產(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等式和九個未知數(shù)來描述。在平衡點的附近，無人機水平地漂浮(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，在平衡點附近：假定wi＝ωi-ω0，i＝1...4，且將先前的關(guān)于平衡點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)定點施加到電路152，通過電路154轉(zhuǎn)換為角度設(shè)定點，電路154同樣接收通過電路138估計的水平速度值。這些設(shè)定點包括正或負的高速度值，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計算的角度設(shè)定點直接施加為電路122的輸入，這些設(shè)定點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。實際上，由于無人機以閉合環(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)定點上。這些輕微的修正可能使圖像震動，但是對于也是曝光操作者的用戶重要的是可以在任意時間選擇他喜歡的以下項：固定圖像和偏離的軌跡，或者圖像的移動和更可靠的軌跡(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)定點位置的震蕩。為了在圖像中不具有太大移動，這使得最小化角度方式的移動(通常固有在四軸直升機的速度伺服控制中)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(否則這會強烈干擾攝像機獲取的圖像)，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動的方向后，設(shè)定點速度Vxref＝恒量不然VyYref＝恒量由用戶恢復(fù)。為了例證沿著無人機主軸的平面的運動，也就是說，沿著攝像機的軸線Δ(相當于向前追蹤)，將運用以下：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。這個過渡時期的持續(xù)時間實際上達到1到2秒，該值遠低于追蹤模式的曝光的通常持續(xù)時間。為了迅速到達幾乎穩(wěn)定的操作，在這個過渡操作期間，將以閉合環(huán)路模式操作無人機(因此不尋求最小化角度方式的移動)，且實際曝光將只在設(shè)定點速度已經(jīng)達到時才開始。在持久操作(對應(yīng)附圖10的結(jié)構(gòu)，最小化角度移動)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)當為恒量。發(fā)送到角控制回路的角度基準因此為速度基準，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)量不利的震蕩運動。由于在閉合環(huán)路模式伺服控制中沒有這個，補償外界干擾(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。這個修正通過電路128施加。通過在運動路線的恒定風(fēng)建模的外部干擾可以表達為：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：當在持久操作中通過適用以下角度基準減弱該分量的影響：和有利地，為了限制聯(lián)系到控制的角度方式的移動，一旦速度誤差低于預(yù)定閾值，補償項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)的附加項僅非常緩慢地關(guān)于無人機的動力學(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，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，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)定點電路160的可能高度設(shè)定點(由無人機達到的高度，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)定點上的高度校正指令。電路160直接將參數(shù)化的設(shè)定點施加到電路144用于計算高度設(shè)定點。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。為了執(zhí)行全景曝光，無人機簡單地通過以下設(shè)定點運行：也就是說，斷開速度伺服控制，翻滾和俯仰設(shè)定點為0，關(guān)于偏航軸的旋轉(zhuǎn)設(shè)定點為在恒定角速度下的旋轉(zhuǎn)設(shè)定點。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的360度全景景象。在這種情況下，無人機的移動不再是關(guān)于垂直軸的持續(xù)旋轉(zhuǎn)移動，而是通過由在每次曝光之后增加的朝向基準定義的角度偏置固定點之間的連續(xù)步驟的移動。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)于穿過攝像機的輸入孔的垂直軸(而不是無人機的偏航軸)的旋轉(zhuǎn)，以在兩個軸之間的差較為顯著(約為15cm量級)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。由電路164從由電路158產(chǎn)生的偏航角速度設(shè)定點以及從由電路118給出的姿態(tài)估計值來計算必要的設(shè)定點。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值并且產(chǎn)生必要的設(shè)定點，通過168施加到用于計算俯仰和翻滾角度設(shè)定點的電路122。更具體地，有利地產(chǎn)生命令，該命令使無人機在水平面跟隨以攝像機的輸入孔為中心的圓形軌跡，也就是說傳輸給無人機沿著無人機的軸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)形的前進速度的設(shè)定點(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(無人機的軸v上的橫向速度)無人機的角速度，以及R環(huán)形的半徑，也就是說在偏航軸(穿過無人機慣性中心的垂直軸)和穿過攝像機的孔的垂直軸之間的偏移。通過以下表達式給出角速度：由以下來給出發(fā)送的命令：因此，用戶選擇關(guān)于前置攝像機的軸的旋轉(zhuǎn)速度，從該速度來得出沿著無人機的軸v前進的設(shè)定點速度。接著無人機在用戶期望的旋轉(zhuǎn)速度下勾畫了以攝像機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，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)定點位置與測量的實時位置比較，實時位置由位置估計電路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現(xiàn)預(yù)編程軌跡的改進，則從電路172獲得的設(shè)定點可能在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關(guān)于翻滾和俯仰軸振蕩移動。產(chǎn)生的命令為角度命令，該命令根據(jù)基準和當前位置之間的位置差來計算，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，同一時間在兩個水平方向上同時位移，在垂直方向也一樣：-對于水平移動，由用戶參數(shù)化的恒定速度設(shè)定點轉(zhuǎn)變?yōu)榻嵌让?，并在可能時伴隨著為了最小化攝像機的移動而補償外部干擾(恒定風(fēng))；-對于垂直移動，爬升或下降速度定義成獨立于水平速度，由用戶選擇最大速度值，從而來盡快達到由用戶參數(shù)化的點(X，Y，Z)。當當前位置接近于期望位置時，控制將被停用且在懸臂平面模式中的曝光能完全自動地以恒定速度在預(yù)定的線路中開始。