本發(fā)明涉及用于繪制土地地圖的無人機，但是更具體地涉及適于裝載到無人機上的照相機單元。

背景技術：

法國巴黎Parrot公司的AR.Drone 2.0、Bebop Drone或瑞士SenseFly公司的eBee是無人機的典型例子。它們配備有一系列傳感器(加速度計、3軸陀螺儀、高度計)和至少一個照相機。該照相機例如是捕捉所飛越土地的圖像的俯視照相機。這些無人機提供有馬達或由各自馬達驅(qū)動的幾個轉(zhuǎn)子，適于以差異化方式控制以便在姿態(tài)和速度上操縱無人機。

本發(fā)明更具體地涉及適于裝載到用于繪制土地地圖特別是農(nóng)田地圖的無人機上的照相機單元。

這些照相機單元例如是配備有多光譜光傳感器以便測量農(nóng)作物的反射率，即，葉子所反射的光量，以便獲得關于光合作用狀態(tài)的數(shù)條信息。

為了繪制土地地圖，這些無人機飛越該土地并且執(zhí)行一連串圖像捕捉。

一旦執(zhí)行完圖像捕捉，處理這些圖像以制作所飛越區(qū)域的2D或3D地圖，特別是以便獲得所觀察農(nóng)作物的特征。

這些無人機在要繪制地圖的土地上飛越期間經(jīng)由控制設備或通過加載的軌跡控制，沿著所述加載的軌跡無人機將自動飛行。

通過對配備給該無人機的照相機的連續(xù)觸發(fā)來執(zhí)行土地地圖的繪制。

為了執(zhí)行這些連續(xù)捕捉，眾所周知，要在該無人機與該照相機之間建立特定通信，該無人機確定用于該照相機觸發(fā)和該圖像捕捉執(zhí)行的連續(xù)時間。

該解決方案具有依賴于無人機制造商所強加的照相機與無人機之間的通信協(xié)議的缺點。迄今為止，尚未定義通信標準，因此這些照相機都是專門針對每個無人機制造商來開發(fā)的。

另一個已知的解決方案是在無人機飛行期間，以規(guī)則的時間間隔，特別是每“X”秒，執(zhí)行對所飛越土地的圖像的捕捉。為了適用于創(chuàng)建所飛越土地的完整的地圖，必須捕捉大量的圖像。

特別是從文獻US2013/135440已知圖像捕捉設備，例如用于以預定時間間隔捕捉圖像的照相機。

該解決方案因此具有要求存儲和處理大量圖像的缺點。此外，生成了比該繪制所需的更多的圖像，為了用于建立所飛越區(qū)域的地圖，其具有要求巨大的存儲容量和繁重的處理操作的缺點。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過提出一種在最小化要執(zhí)行的圖像獲取數(shù)目的同時允許繪制完整的要繪制的土地地圖的解決方案來彌補這些缺點。

為了該目的，本發(fā)明提出一種裝載到無人機上用于繪制土地地圖的照相機單元，包括適于捕捉所述無人機所飛越土地各部分的連續(xù)圖像的照相機。典型地，提供所述照相機單元，所述照相機單元包括用于存儲所述捕捉圖像的裝置、用于將關于通過所述照相機可見的所飛越土地部分的信息與關于至少上一捕捉圖像的至少一條信息相比較以確定所飛越土地部分與至少所述上一捕捉圖像的重疊率的裝置、以及用于發(fā)送命令到所述照相機以便只要所飛越土地部分的重疊率低于或等于預定重疊率就執(zhí)行圖像捕捉的裝置。

根據(jù)特定實施例，所述照相機是向下的俯視照相機。

在特定實施例中，所述比較裝置進行與關于土地部分的至少一條捕捉上下文信息的比較。特別是，所述照相機單元可以包括用于生成關于所飛越土地部分的至少一條捕捉上下文信息的裝置，并且所述存儲裝置適于存儲與所述捕捉圖像相關聯(lián)的上下文信息，以及所述比較裝置適于將所述用于生成上下文信息的裝置所生成的關于所飛越土地部分的至少一條上下文信息與所存儲的至少上一捕捉圖像的至少一條上下文信息相比較以確定所飛越土地部分與至少上一捕捉圖像的重疊率。

根據(jù)實施例，所述比較裝置進行與一條地理定位信息和/或所述照相機單元的位移速度和/或所述照相機的視角和/或所述照相機的朝向和/或所述照相機與地面之間的距離的比較。

根據(jù)特定實施例，所述照相機單元進一步包括用于評估所述照相機單元海拔的設備以及用于存儲在所述無人機起飛之前由所述海拔評估設備確定的所述照相機與地面之間的初始距離的裝置，并且所述照相機與所飛越土地部分的地面之間的距離是通過所述初始距離與在飛越所述土地部分期間所述照相機單元的所述海拔評估設備所確定的距離之差確定。

根據(jù)特定實施例，所述照相機單元進一步包括用于分析所述照相機的圖像的設備，所述設備適于產(chǎn)生從對從一幅圖像到下一圖像所捕捉的土地部分的位移速度的分析推導出水平速度信號，并且所述照相機與地面之間的距離進一步是所述水平速度信號的函數(shù)。

根據(jù)特定實施例，所述用于發(fā)送命令的裝置只要在所述重疊率為至多85％并且優(yōu)選至多50％就發(fā)送命令到所述照相機。

本發(fā)明還提出一種用于繪制土地地圖的無人機，包括根據(jù)上述實施例之一所述的照相機單元。

根據(jù)另一方面，本發(fā)明提出一種適于裝載到無人機上以繪制土地地圖的照相機單元的圖像捕捉管理的方法，所述照相機單元包括適于捕捉所述無人機所飛越土地各部分的連續(xù)圖像的照相機。典型地，所述方法包括下列步驟：將關于通過所述照相機可見的所飛越土地部分的信息與關于至少上一捕捉圖像的至少一條信息相比較以確定所飛越土地部分與至少所述上一捕捉圖像的重疊率的步驟，以及發(fā)送命令到所述照相機以便只要所飛越土地部分的重疊率低于或等于預定重疊率就執(zhí)行圖像捕捉的步驟。

根據(jù)特定實施例，該條信息對應于關于土地部分的至少一條捕捉上下文信息。

根據(jù)另一實施例，所述方法進一步包括生成關于所飛越土地部分的至少一條捕捉上下文信息的步驟，并且所述比較步驟將關于所飛越土地部分的所述至少一條上下文信息與關于至少上一捕捉圖像的至少一條存儲的上下文信息相比較以確定所飛越土地部分與至少上一捕捉圖像的重疊率。

有利地，所述方法進一步包括存儲所述捕捉圖像以及在所述生成關于所飛越土地部分的至少一條上下文信息的步驟期間所生成的其上下文信息的步驟。

根據(jù)實施例，該條上下文信息包括一條地理定位信息和/或所述照相機單元的位移速度和/或所述照相機的視角和/或所述照相機的朝向和/或所述照相機與地面之間的距離。

根據(jù)實施例，所述方法進一步包括，在所述無人機起飛之前，通過評估所述照相機單元的海拔確定所述照相機與地面之間的初始距離的步驟，以及在所述無人機的飛行期間，通過所述初始距離與所述照相機單元海拔的評估距離之差確定所述照相機與所飛越土地部分的地面之間的距離的至少一個步驟。

根據(jù)可供選擇的實施例，所述方法進一步包括分析所述照相機的圖像的步驟，以便產(chǎn)生從對從一幅圖像到下一圖像所捕捉的土地部分的位移的分析推導出的水平速度信號，以及將所述照相機與地面之間的距離確定為所述水平速度信號的函數(shù)的步驟。

根據(jù)所述方法的特定實施例，所述預定重疊率為至多85％并且優(yōu)選至多50％。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。

圖1示出無人機和要繪制的土地。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的該無人機必須沿其飛行以繪制該土地地圖的軌跡的例子以及一連串捕捉的圖像和要捕捉的下一圖像的示例。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的例如裝載到無人機上的該照相機單元的結構。

圖4示出具有巨大落差的土地上的路徑。

圖5a和5b示出捕捉圖像N-1和捕捉圖像N并且圖5c示出圖像N-1和N的疊加。

圖6是示出允許確定圖像上下文的不同參數(shù)的圖表。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的照相機單元的圖像捕捉管理方法。

具體實施方式

現(xiàn)在將描述本發(fā)明的示例性實施例。

在圖1中，標記10通常表示無人機。根據(jù)圖1中所示的例子，它是帆翼式，例如瑞士SenseFly公司的eBee模型。該無人機包括馬達12。

根據(jù)另一示例性實施例，該無人機是四螺旋槳式，例如法國巴黎Parrot公司的Bebop Drone模型。該無人機包括四個共面轉(zhuǎn)子，這些轉(zhuǎn)子的馬達由集成的導航和姿態(tài)控制系統(tǒng)獨立操縱。

無人機10提供有允許獲得要繪制的土地16的一組圖像的機載照相機單元14，該無人機飛越該土地。

根據(jù)本發(fā)明，照相機單元14是自動的，特別是，其適于獨立于無人機地操作。換句話說，該照相機單元不使用來自于該無人機上所集成的傳感器的信息。那樣，不必在無人機與照相機單元之間提供通信裝置，因此后者適于安裝到任何無人機上。

為了該目的，無人機10包括意圖接收照相機單元14的腔體。

根據(jù)本發(fā)明，照相機單元14包括照相機18，例如高清廣角照相機，具有12兆像素或更多(20或40兆像素)的分辨率，典型地由具有1920×1080像素分辨率的CMOS技術制造，適于捕捉該無人機所飛越的土地16的各部分的連續(xù)圖像。這些圖像例如是全部光譜顏色的RGB(紅-綠-藍)圖像。我們將機載照相機單元14的照相機可見的所飛越土地的部分稱為“土地部分”。

根據(jù)特定實施例，照相機單元14是向下的俯視照相機。

照相機單元14可以進一步用于評估無人機相對于地面的速度。

根據(jù)示例性實施例，適于在機上容納照相機單元14的該無人機提供有慣性傳感器44(加速度計和陀螺儀)，用于以某一精度測量該無人機的角速度和姿態(tài)角，即，描述該無人機相對于固定地球參考系UVW的水平面的傾斜度的歐拉角(俯仰角滾轉(zhuǎn)角θ和偏航角Ψ)，可以理解的是，根據(jù)兩個各自的俯仰和滾轉(zhuǎn)軸，該水平速度的兩個縱向和橫向分量與該傾斜度緊密相連。

根據(jù)特定實施例，照相機單元14還提供有至少一個上文所述的慣性傳感器。

根據(jù)特定實施例，無人機10由遙控裝置諸如具有集成加速度計的觸摸屏多媒體電話或平板電腦操縱，例如iPhone類型(注冊商標)或其它的智能手機，或者iPad類型(注冊商標)或其它的平板電腦。其是標準裝置，除了專用應用軟件的裝載以控制無人機10的操縱之外沒有修改。根據(jù)該實施例，使用者經(jīng)由該遙控裝置實時控制無人機10的位移。

根據(jù)另一實施例，使用者經(jīng)由遙控設備定義要遵循的路徑，然后將該路徑信息發(fā)送到該無人機以便后者遵循該路徑。

該遙控裝置經(jīng)由Wi-Fi(IEEE 802.11)或藍牙(注冊商標)局域網(wǎng)類型的無線鏈接進行雙向數(shù)據(jù)交換來與無人機10通信。

根據(jù)本發(fā)明，為了能夠建立要繪制的土地(特別是農(nóng)田)的可利用的并且具有相當好質(zhì)量的2D或3D地圖，特別是農(nóng)田，裝載到無人機上的照相機單元所捕捉的連續(xù)圖像彼此間必須具有顯著的重疊區(qū)域。換句話說，該土地的每個點都必須被幾幅圖像捕捉。

圖2示出要繪制的土地16，其被無人機沿路徑20飛越。照相機單元14所捕捉的一連串圖像22被示出，每幅圖像與上一圖像具有顯著的重疊率。該重疊率必須為至少50％，并且優(yōu)選至少85％。

該重疊率例如是至少兩幅圖像共有的像素數(shù)目。

在圖2中以虛線示出照相機單元14要捕捉的下一圖像24，該圖像與該無人機位移方向上的上一圖像以及與另一捕捉圖像具有顯著的重疊率。

為了該目的，如圖3中所示，根據(jù)本發(fā)明無人機10包括照相機單元14。

此外，該無人機可以包括用于根據(jù)確定的路徑接收飛行命令的裝置40以及用于根據(jù)所述路徑控制飛行的裝置42。

根據(jù)本發(fā)明的照相機單元14進一步包括用于存儲所捕捉圖像的裝置32、用于將關于通過照相機18可見的所飛越土地部分的信息與關于至少上一捕捉圖像的至少一條信息相比較以確定所飛越土地部分與至少所述上一捕捉圖像的重疊率的裝置34、以及用于發(fā)送命令到照相機18以便只要所飛越土地部分的重疊率低于或等于預定重疊率就執(zhí)行圖像捕捉的裝置36。

因此，根據(jù)本發(fā)明，照相機單元14將關于所飛越土地部分的一條信息，例如照相機單元14的照相機18所獲得的土地部分視圖與關于上一捕捉圖像(例如上一存儲圖像)的至少一條信息相比較。

該比較結果允許確定在至少上一捕捉圖像與通過照相機可見的所飛越土地部分之間的重疊區(qū)域的尺寸，因此定義重疊率。

關于所飛越土地部分的該條信息例如是該土地部分的低分辨率圖像或高分辨率圖像，或關于該土地部分的任何其它條信息。

特別是，該條信息可以對應于關于土地部分的至少一條捕捉上下文信息。

根據(jù)特定實施例，如圖3中所示，照相機單元14進一步包括用于生成關于土地部分的至少一條捕捉上下文信息的裝置30。

更確切地，根據(jù)實施例，存儲裝置32適于存儲與所述捕捉圖像相關聯(lián)的該條上下文信息，并且比較裝置34適于將用于生成一條上下文信息的裝置30所生成的關于所飛越土地部分的至少一條上下文信息與關于至少上一捕捉圖像的至少一條存儲的上下文信息相比較以確定所飛越土地部分與至少上一捕捉圖像的重疊率。

根據(jù)該信息，為了在最小化圖像捕捉數(shù)目的同時允許建立良好質(zhì)量的土地地圖，預定重疊率為至少85％并且優(yōu)選至少55％。在至少兩幅連續(xù)圖像之間的這樣的重疊率允許幾幅圖像捕捉到要繪制的土地的相同點。

每幅捕捉圖像與至少一條捕捉上下文信息一起存儲在存儲裝置32中。

用于生成該照相機單元的一條上下文信息的裝置30適于將一條上下文信息生成為，例如：

-由集成到照相機單元14的地理定位系統(tǒng)或GPS設備獲得的一條地理定位信息和/或

-照相機單元14的位移速度和/或

-照相機的視角和/或

-照相機的朝向和/或

-照相機與地面之間的距離h。

如圖3中所示，用于生成一條上下文信息的裝置30例如從集成到照相機單元14的一個或幾個傳感器46所發(fā)出的一條信息中生成一條上下文信息。

根據(jù)另一實施例，這些用于生成一條上下文信息的裝置30從經(jīng)由捕捉的圖像所確定的信息中生成一條上下文信息。

繪制進行期間所使用和存儲的上下文信息可能依賴于要繪制的土地的地形。例如，在要繪制的土地相對平坦即具有小落差的情況下，一條地理定位信息可以被用作單一的一條上下文信息。

根據(jù)該例子，照相機單元14的比較裝置34將所捕捉和存儲的至少上一圖像的地理定位信息與集成到照相機單元14的地理定位系統(tǒng)所生成的地理定位信息相比較。根據(jù)該比較結果，裝置34定義上一捕捉圖像與該照相機所見土地部分之間的重疊率。如果該比較裝置所確定的所飛越土地部分的重疊率低于或等于預定重疊率，那么用于發(fā)送命令的裝置36將發(fā)送命令到用于圖像捕捉的該照相機。

該捕捉的圖像將與裝置30所生成的它的那條上下文信息一起被存儲裝置32存儲。

這種土地地形的上下文信息還可以對應于該照相機與地面之間的距離h。

根據(jù)另一例子，當該土地具有落差，特別是巨大的落差，關于這些圖像的上下文信息必須包括多個數(shù)據(jù)以便能夠確定所捕捉和存儲的至少上一圖像與新飛越土地部分之間的真實重疊率。

圖4示出具有巨大落差的土地16。從上文來看，在這種情況下，在圖像捕捉期間必須存儲多條上下文信息，特別是只要在真實的重疊率低于或等于預定重疊率就能夠確定要捕捉的下一圖像。

在這種情況下，該上下文信息必須包括特別是照相機單元14的位移速度、照相機14的視角、照相機14的朝向和在該照相機與地面之間的距離h。

例如，照相機14的朝向從下列傳感器46中的至少一個所發(fā)出的信息確定：位于照相機單元14上的陀螺儀、加速度計或磁力計。

該照相機與地面之間的距離h可以根據(jù)所實施的不同方法確定，其中所使用的方法可以特別確定為要繪制的土地的地形的函數(shù)。

當要繪制的土地相對平坦，即，該土地的落差可以忽略，那么在該照相機與地面之間的距離h的計算方法包括在該無人機起飛之前執(zhí)行的確定被稱為初始距離的該距離h的先前步驟。

如圖3中所示，該照相機與地面之間的初始距離h經(jīng)由照相機單元14中的存儲裝置存儲，該距離h由裝載到該照相機單元上的用于評估照相機單元14海拔的設備38確定。

特別是如Parrot公司名下的文獻EP2 644 240中所述，該設備38包括例如基于氣壓傳感器和超聲傳感器的測量結果的海拔評估系統(tǒng)。

然后，該方法包括通過由照相機單元14的海拔評估系統(tǒng)38通過所存儲的初始距離與所確定的該照相機與所飛越土地部分的地面之間的距離(也被稱作當前照相機-地面距離)之間的差確定該照相機與所飛越土地部分的地面之間的距離-的步驟。

然而，當要繪制的土地的地貌顯著時，確定該照相機與地面之間的距離的第二方法是優(yōu)選的。

該第二方法包括分析該照相機的圖像以產(chǎn)生從對從一幅圖像到下一圖像所捕捉的該土地部分的位移速度的分析推導出的水平速度信號的步驟，該位移速度例如以像素來確定。

為了該目的，照相機單元14進一步包括用于分析該照相機的圖像的設備，該設備適于產(chǎn)生從對從一幅圖像到下一圖像所捕捉的該土地部分的位移速度的分析推導出的水平速度信號。

圖5a和5b示出兩幅連續(xù)的圖像N-1和N，并且圖5c示出圖像N-1和N的疊加。

根據(jù)這兩幅圖像，有可能以像素確定該照相機單元的位移速度V_pix，如圖5c中箭頭50所示。

圖6示出用于確定該照相機與地面之間的距離的不同參數(shù)。

那么，該照相機與地面之間的距離h被如下確定：

w是該俯視照相機可見的土地部分的寬度

FOV是視角

w_pix是該俯視照相機的像素數(shù)目。

或

因此推斷，該照相機與地面之間的距離h根據(jù)該等式確定：

現(xiàn)在圖7中示出根據(jù)本發(fā)明的通過適于裝載到無人機10上以繪制土地16地圖的照相機單元的圖像捕捉管理的方法，照相機單元14包括適于捕捉該無人機所飛越土地部分的連續(xù)圖像的照相機18。

通過用于繪制土地16地圖的照相機單元14的圖像捕捉管理的方法特別包括下列步驟：

-將關于通過照相機18可見的所飛越土地部分的信息與關于至少上一捕捉圖像的至少一條信息相比較以確定所飛越土地部分與至少所述上一捕捉圖像的重疊率的步驟72，以及

-發(fā)送命令到該照相機以便只要所飛越土地部分的重疊率低于或等于預定重疊率就執(zhí)行圖像捕捉的步驟76。

因此，根據(jù)本發(fā)明，該方法執(zhí)行對關于所飛越土地部分的一條信息(例如該土地部分的視圖)與關于上一捕捉圖像(例如上一存儲圖像)的至少一條信息的比較。

從上文來看，關于所飛越土地部分的該信息是例如該土地部分的低分辨率圖像或高分辨率圖像，或關于該土地部分的任何其它條信息。

特別是，該信息可以對應于關于土地部分的至少一條捕捉上下文信息。

根據(jù)所述方法的特定實施例，后者包括生成關于所飛越土地部分的至少一條上下文信息的步驟70。該步驟允許在飛越該土地期間識別照相機單元14的上下文，例如該照相機單元的地理定位和/或該照相機單元的位移速度和/或該照相機的視角和/或該照相機的朝向和/或該照相機與地面之間的距離。

步驟70之后是將關于所飛越土地部分的所述至少一條上下文信息與特別是由用于存儲至少上一捕捉圖像的裝置32所存儲的至少一條上下文信息相比較以確定所飛越土地部分與至少所述上一采集圖像的重疊率的步驟72。

該步驟允許將正被無人機10飛越的土地部分的圖像間接與上一捕捉圖像甚至也與其它捕捉圖像相比較。然后，該步驟確定正被飛越的土地部分與至少上一捕捉圖像的重疊率。

在確定重疊率之后，該方法進行到將所飛越土地部分的重疊率與預定重疊率相比較的步驟74。

實際上，為了從一幅或幾幅捕捉和存儲的圖像確定要捕捉的下一圖像，必須確定該照相機單元在它位移之后的新位置是否允許在與一幅或幾幅靜止的捕獲和存儲圖像具有預定重疊率的同時發(fā)現(xiàn)要繪制的土地的新部分。

在步驟74，如果所飛越土地部分的重疊率高于預定重疊率，那么該方法通過生成關于新飛越土地部分的至少一條新上下文信息進行到步驟70。

反之，即，所飛越土地部分的重疊率低于或等于預定重疊率，那么步驟74進行到發(fā)送命令到該照相機以執(zhí)行圖像捕捉的步驟76。

步驟76之后是存儲該捕捉圖像以及在生成關于所飛越土地部分的至少一條上下文信息的步驟70期間所生成的它的上下文信息的步驟78。

然后，步驟78之后是上述步驟70以便進行到要捕捉的下一圖像的確定。

執(zhí)行這些不同步驟直到要繪制的整個土地的圖像捕捉完成。