[发明专利]用于无人机实时位置跟踪的系统和方法

说明书

所公开的实施例包括被配置为操作飞行器的方法、系统、制造物。所公开的实施例也可以是飞行器的一部分。所公开的实施例可以基于与预定特征集合相关联的一个或多个不变特性从图像数据中识别预定特征集合。这些特征还与预定物理位置相关联。基于图像数据内这些特征的图像位置以及这些特征的预定物理位置，系统可以确定飞行器的位置和取向中的至少一个。所公开的实施例提供在各种操作条件下跟踪飞行器的位置和取向的能力方面有所增强的准确性、可用性以及鲁棒性。

技术领域

本公开总体上涉及物理位置跟踪，更具体地，涉及基于图像数据对可移动物体的实时物理位置跟踪的系统和方法。

背景技术

有时被称为“无人机”的无人飞行器(“UAV”)包括可由用户远程操作或编程以便自动飞行的各种尺寸和配置的无人驾驶飞行器。UAV可以用于许多目的，并且经常用于各种个人应用、商业应用和战术应用。例如，UAV可以配备有诸如相机、摄像机等成像设备，以用于监测、国防以及娱乐活动。此外，UAV还可以用作运输设备，以运输物体(例如，邮件、商品等)。

UAV的实时位置跟踪允许对UAV更高效的飞行控制，并且还可以促进多个UAV之间的协调操作。作为说明性示例，可以控制多个UAV从不同角度获得移动物体的图像，或者在不同位置之间运输物品。如果已知这些UAV的实时位置，则可以更精确地控制这些UAV的飞行路径。此外，可以控制UAV在空中飞行时在每个UAV之间保持一定距离，以降低空中碰撞的可能性。

一种实时位置跟踪方法使用卫星导航系统，例如全球定位系统(GPS)、北斗、伽利略等。然而，跟踪的准确度可能受到卫星信号强度的影响，该卫星信号强度又受到操作UAV的地理环境的影响。例如，某个城区的卫星信号很差或不存在，使用卫星信号进行实时位置跟踪是不可行的。

另一种实时位置跟踪方法依赖于多相机运动捕捉系统，其中地面上的固定相机捕捉UAV的图像，并基于该图像和固定相机的位置推导出UAV的位置。然而，多相机运动捕捉系统并未解决上述弱卫星信号的问题，这是因为UAV也可能移出相机的视野。此外，多相机运动捕捉系统需要设置多个相机和用于发送相机图像以进行分析的网络，这使得系统体积庞大且不易携带。

因此，需要一种更鲁棒的并且可以跨不同地理环境操作的可移动物体(例如，UAV)的实时物理位置跟踪。

发明内容

所公开的实施例包括被配置为操作飞行器的方法、系统、制造物。所公开的实施例也可以是飞行器的一部分。在所公开的实施例中描述的技术可以用于基于由与飞行器一起安装的相机捕捉的图像数据来确定飞行器的位置和取向中的至少一个。所公开的实施例可以基于与这些特征相关联的一个或多个不变特性从图像数据中识别预定特征集合。这些特征还与预定物理位置相关联。基于图像数据内这些特征的图像位置以及这些特征的预定物理位置，系统可以确定飞行器的位置和取向中的至少一个。所公开的实施例提供在各种操作条件下跟踪飞行器的位置和取向的能力方面有所增强的准确性、可用性以及鲁棒性。

在所公开的实施例中，系统可以从一个或多个相机获取表面的一个或多个图像。系统还可以在所述一个或多个图像中识别具有一个或多个不变特性的一个或多个特征；以及基于所述一个或多个不变特性将识别的一个或多个特征与预定特征集合相匹配，其中，每个预定特征与位置相关联。系统还可以获得识别的一个或多个特征的位置信息；以及基于获得的所识别的一个或多个特征的位置信息来确定所述飞行器的位置和取向中的至少一个。

在一个方面，根据所公开的实施例的不变特性包括：基于所述一个或多个图像中所述预定特征集合的位置确定的仿射不变比率或透视不变比率。

在另一方面，所公开的实施例可以从所述一个或多个图像中提取查询特征，获取所述一个或多个图像中邻近所述查询特征的相邻特征集合的图像位置，以及基于所述相邻特征集合的几何特性来确定比率。所公开的实施例可以基于所确定的比率和与所述预定特征集合相关联的所述仿射不变比率或所述透视不变比率之间的关系来确定所述飞行器的位置和取向。