全自动空中全景数据采集系统、方法及控制终端与流程

本发明涉及无人机控制领域，特别是一种全自动空中全景数据采集系统、方法及控制终端。

背景技术：

地面360全景在5年前开始起步，拍摄设备从简单的单镜头、手动云台，已经发展到非常多样的全自动的相机设备。当然造价也成倍、成几十倍的增加。作业流程由最初的手工操作达到了现在的全自动拍摄。现在已经应用于街景、旅游景点、酒店、房地产等众多行业领域，成为虚拟现实的一个重要内容生产方式。

而空中360全景是随着近两年消费级多旋翼无人机的发展而迅速发展起来，当前主要是航飞爱好者拍摄一些感兴趣的景观。也存在一些互联网公司，开展旅游景点的空中全景拍摄工作。

现有技术中，空中360全景，一般采用无人机拍摄。固定翼无人机由于无法空中悬停，无法拍摄空中360全景。因此只能采用多旋翼无人机拍摄空中360全景。

随着多旋翼无人机的出现，许多摄影爱好者纷纷应用无人机拍摄空中360全景。采集方法主要通过无人机遥控器手工操作无人机拍摄。具体流程为：

第一步，将飞机飞行到拍摄点上空，具体位置、高度通过目视确定。

第二步，将相机镜头调整到水平，对准一个起始方向，围绕Z轴(垂直方向)每隔30度、45度等拍摄一张照片，视相机镜头来确定间隔角度(镜头焦距长度不用，间隔角度不同)，主要是保证相邻像片有一定的重叠度。

第三步，将相机镜头倾斜向下，重复第二步工作。

第四步，将相机镜头向上倾斜，重复第二步工作。

第五步，将拍摄的照片进行内业数据处理生成360全景影像。

然而，现有技术还存在如下缺陷：

技术方案二的缺点如下：

(1)拍摄范围小，需要人工通过遥控器操控，只能在视距内拍摄，一般距离在120米左右；

(2)定位精度低，飞机拍摄位置、高度全部依靠人工视觉判断，很难准确到达指定位置和高度。

(3)只能用于消费娱乐，无法完成行业应用。因为人工操控定位精度低，对于位置要求较高的行业应用，则很难完成；

(4)拍摄质量难以保证，360全景拍摄质量保证的关键环节是飞机位置固定。由于人工操控飞机，边悬停、边旋转、边调整镜头拍摄，难度相对较大，特别是空中风速、气流等环境较为复杂，因此拍摄成果质量的优良率较低。

(5)效率低，每个点位，需要采集二十多张照片，全部依靠人工操控，采集效率非常低下。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种全自动空中全景数据采集系统、方法及控制终端。

本发明具体通过以下的技术方案实现：一种全自动空中全景数据采集系统，包括控制终端和飞行平台；

所述飞行平台包括多旋翼无人机和搭载在该多旋翼无人机上的相机；

所述控制终端包括：

点位规划模块，用于规划采集点的位置和高度；

参数设置模块，用于设置水平间隔角度和垂直倾斜角度；

所述多旋翼无人机，根据规划的采集点和设置的参数进行定位和拍摄角度调整；

所述相机，用于在所述多旋翼无人机位于设定的采集点和拍摄角度时进行拍摄。

作为本发明的进一步改进，还包括自动拍摄控制模块；所述自动拍摄控制模块，用于控制飞行平台自动飞行至采集点，并进行自动拍摄。

作为本发明的进一步改进，还包括手动操作控制模块；所述手动操作控制模块，用于接收用户手动操作命令，控制飞行平台的飞行位置和拍摄。

作为本发明的进一步改进，还包括机型智能匹配模块，用于根据无人机的机型进行智能参数匹配。

作为本发明的进一步改进，还包括安全检查模块，用于对无人机飞行前进行检查。

本发明还提供了一种空中全景数据采集方法，其包括步骤：

步骤1：对多旋翼无人机进行机型智能匹配；

步骤2：规划采集点的位置和高度；

步骤3：设置拍摄参数；所述拍摄参数包括水平间隔角度和垂直倾斜角度；

步骤4：安全检查；

步骤5：根据规划的采集点和拍摄参数，进行自动拍摄。

作为本发明的进一步改进，还包括步骤6：判断是否需要手动调整位置；若是，则根据用户操作，调整多旋翼无人机的采集点的位置和拍摄角度。

作为本发明的进一步改进，所述步骤5中，具体包括以下步骤：

步骤51：多旋翼无人机飞行至所规划的采集点的点位，相机垂直向下拍摄；

步骤52：无人机机头调整至正北方向，相机镜头依次倾斜向下、水平和倾斜向上进行拍摄；

步骤53：无人机机头水平旋转设定角度后，相机镜头依次倾斜向下、水平和倾斜向上进行拍摄；

步骤54：重复步骤53，直至无人机水平旋转360度，完成单点拍摄。

本发明还提供了一种控制终端，用于控制飞行平台进行全自动空中全景数据采集，包括：

点位规划模块，用于规划采集点的位置和高度；

参数设置模块，用于设置水平间隔角度和垂直倾斜角度。

作为本发明的进一步改进，还包括：

自动拍摄控制模块；所述自动拍摄控制模块，用于控制飞行平台自动飞行至采集点，并进行自动拍摄；

手动操作控制模块；所述手动操作控制模块，用于接收用户手动操作命令，控制飞行平台的飞行位置和拍摄。

本发明具备以下有益效果：

(1)本发明采用全新的拍摄方式，即飞机机头每次水平方向旋转好位置后，采用从下向上和从上向下相结合的方式，快速采集3张照片。改变了现有的相机在向下倾斜、水平、向上倾斜旋转3个360度的方式，大大提高了拍摄效率，降低了电池能耗。

(2)航飞拍摄规范化，质量得到保证。本发明固化了每次拍摄方式，保证了飞机操控人员的更换不会影响采集的质量。

(3)程序自动控制，视距外拍摄，手动操控无法完成。本发明通过程序控制，能够做到在电子地图上规划拍摄地点，飞机采用GPS导航，按照位置自动定位到拍摄位置，实现了超视距飞行采集，这是人工操控所无法完成的。可以实现很多情况下人员无法到达或有视线遮挡的地方的全景拍摄工作，大大扩大了360全景采集的范围和适用性。

(4)程控控制定位，定位精度远高于人工操控。本发明通过程序控制，能够做到在电子地图上规划拍摄地点，按照位置自动定位到拍摄位置，解决了人工依靠视觉判断定位不准确的难题。

(5)大量作业时，通过程序控制能够大大提高效率、成果质量稳定性。本发明通过程序控制，在采集大量360全景时，能够大大提高作业效率，保证采集质量，彻底代替落后的人工操控方式。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明的空中全景数据采集系统的连接框图。

图2是本发明的空中全集数据采集方法的步骤流程图。

图3是本发明的相机镜头从下到上垂直方向拍摄的示意图。

图4是本发明的水平360度旋转的示意图。

图5是本发明中相机镜头从下到上垂直方向拍摄的示意图。

图6是本发明的控制终端的模块连接框图。

具体实施方式

本发明为了解决现有技术中在进行空中全景数据采集时需要人工操作的技术缺陷，提供了一种空中全景数据采集系统及方法。具体通过以下的实施例进行介绍。

请参阅图1，其为本发明的空中全景数据采集系统的连接框图。本发明提供了一种空中全景数据采集系统，包括控制终端1和飞行平台2。

所述飞行平台2包括多旋翼无人机21和搭载在该多旋翼无人机上的相机22。

所述控制终端1包括：机型智能匹配模块11、点位规划模块12、参数设置模块13、安全检查模块14、自动拍摄控制模块15和手动操作控制模块16。

所述机型智能匹配模块11，用于根据无人机的机型进行智能参数匹配。

具体的，由于不同型号的无人机飞行平台硬件技术参数相差较大(例如平台重量、飞行时间、最大飞行速度、抗风等级、传感器曝光间隔、存贮卡容量等)，让非专业的行业应用人员通过大量的参数计算分析之后，从而保证航飞的安全与任务质量是相当复杂的事情，将大大降低作业效率，进而影响无人机在行业应用中的推广与普及。

因此，在本发明中，通过无线通信能够获取飞行平台参数，能够自动识别飞行平台的ID标识和类别，进一步获取飞行平台型号、传感器、电池容量、最大飞行速度等详细的技术参数实时的状态信息，为实时控制安全与质量相关的航飞任务规划、航拍参数计算等提供了飞行平台的基本参数信息。

所述点位规划模块12，用于规划采集点的位置和高度。

所述参数设置模块13，用于设置水平间隔角度和垂直倾斜角度。具体的，在本发明中，无人机根据该设置水平间隔角度进行水平旋转。比如：设置的水平间隔角度为30度，这每次旋转30度进行拍摄，直至完成一周旋转。

其中，当旋转至一个角度时，根据设置的垂直角度进行水平、向上和向下进行拍摄。比如：若设置的垂直角度为30度，则进行倾斜向上30度拍摄，水平拍摄和倾斜向下30度拍摄。

所述安全检查模块14，用于对无人机飞行前进行检查。

具体的，由于航飞的安全与质量控制是行业应用航飞过程中时刻需要监控的一条“红线”，没有安全与质量，就没有无人机的行业应用，飞行前安全与质量预检是最关键的环节。因此，本发明通过无线通信能够获取大疆多旋翼飞行平台关键参数状态数据，评定是否超过阈值，给予起飞预检报警。任一参数超过阈值，均报警禁止起飞。实现用户一键式预检，大大简化每架次起飞前安全质量检查工作，提高工作效率，保证航飞任务质量。所检查的参数包括：无人机是否与地面站连接、飞行航高计算、电池容量计算、储存卡容量计算等等。

所述自动拍摄控制模块15，用于控制飞行平台自动飞行至采集点，并进行自动拍摄。具体的，在本发明中通过自动拍摄控制模块控制无人机的自动飞行。当飞行至规划好的点位时，启动自动拍摄模式，无需操作人员进行手动操作。

所述手动操作控制模块16，用于接收用户手动操作命令，控制飞行平台的飞行位置和拍摄。具体的，当操作人员发现点位有偏差时，可以通过目测或图传方式进行手动调整，再进行校正。

所述多旋翼无人机21，根据规划的采集点和设置的参数进行定位和拍摄角度调整。所述相机，用于在所述多旋翼无人机位于设定的采集点和拍摄角度时进行拍摄。

具体的，所述多旋翼无人机根据规划的采集点位，飞行至对应的坐标和高度后，启动相机，进行拍照。进一步，还需要根据设定的拍摄角度进行拍摄。

以下介绍本发明的空中全景数据采集系统的工作流程和步骤：

首先，通过机型智能匹配模块，用于根据无人机的机型进行智能参数匹配。

然后在控制终端中，通过点位规划模块规划好采集点的位置和高度。在规划时，可以一次性规划多个点位，设定不同的坐标位置和高度。具体的，本技术发明通过程序控制，能够做到在电子地图上规划拍摄地点，飞机采用GPS导航，按照位置自动定位到拍摄位置。

接着，再进行参数设置，设置水平间隔角度和垂直倾斜角度，然后再进行安全检查。

最后，控制多旋翼无人机飞行至规划的点位，再控制相机进行拍摄。而如果出现偏差时，可以切换为手动操作模式，通过手动操作进行校正。

另外，本发明还提供了一种应用上述采集系统的数据采集方法。具体的请参阅图2，其为本发明的空中全景数据采集方法的步骤流程图。本发明还提供了一种空中全景数据采集方法，其包括步骤：

S1：对多旋翼无人机进行机型智能匹配。具体的，在本步骤中，由于不同型号的无人机飞行平台硬件技术参数相差较大(例如平台重量、飞行时间、最大飞行速度、抗风等级、传感器曝光间隔、存贮卡容量等)，让非专业的行业应用人员通过大量的参数计算分析之后，从而保证航飞的安全与任务质量是相当复杂的事情，将大大降低作业效率，进而影响无人机在行业应用中的推广与普及。

S2：规划采集点的位置和高度。

S3：设置拍摄参数；所述拍摄参数包括水平间隔角度和垂直倾斜角度；

S4：安全检查。具体的，在本步骤中，由于航飞的安全与质量控制是行业应用航飞过程中时刻需要监控的一条“红线”，没有安全与质量，就没有无人机的行业应用，飞行前安全与质量预检是最关键的环节。因此，本发明通过无线通信能够获取大疆多旋翼飞行平台关键参数状态数据，评定是否超过阈值，给予起飞预检报警。任一参数超过阈值，均报警禁止起飞。实现用户一键式预检，大大简化每架次起飞前安全质量检查工作，提高工作效率，保证航飞任务质量。所检查的参数包括：无人机是否与地面站连接、飞行航高计算、电池容量计算、储存卡容量计算等等。

S5：根据规划的采集点和拍摄参数，进行自动拍摄。

所述S5中，具体包括以下步骤：

S51：多旋翼无人机飞行至所规划的采集点的点位，相机垂直向下拍摄。

S52：无人机机头调整至正北方向，相机镜头依次倾斜向下、水平和倾斜向上进行拍摄。请参阅图3，其为本发明的相机镜头从下到上垂直方向拍摄的示意图。在本实施例中，相机先向下倾斜30度进行拍摄，然后在水平拍摄，最后再向上倾斜30度拍摄。可以理解，本实施例所设置的角度范围可以根据实际情况进行相应的调整。作为本实施例变形方式，相机也可以从上到下方式进行拍摄。

S53：无人机机头水平旋转设定角度后，相机镜头依次倾斜向上、水平和倾斜向下进行拍摄。请参阅图4，其为本发明的水平360度旋转的示意图。在本实施例中，相机每次旋转36度，共旋转十次。而每旋转一次，相机镜头依次倾斜向上、水平和倾斜向下进行拍摄。请参阅图5，其为本发明中相机镜头从下到上垂直方向拍摄的示意图。具体的在本实施例中，当上一次相机的垂直方向如图3中自下而上移动时，则当水平旋转36度后，相机自上而下移动。

S54：重复S53，直至无人机水平旋转360度，完成单点拍摄。

S6：判断是否需要手动调整位置；若是，则根据用户操作，调整多旋翼无人机的采集点的位置和拍摄角度。具体的，当操作人员发现点位有偏差时，可以通过目测或图传方式进行手动调整，再进行校正。

另外，请同时参阅图6，其为本发明的控制终端的模块连接框图。

本发明还提供了一种控制终端1包括：机型智能匹配模块11、点位规划模块12、参数设置模块13、安全检查模块14、自动拍摄控制模块15和手动操作控制模块16。

所述机型智能匹配模块11，用于根据无人机的机型进行智能参数匹配。

具体的，由于不同型号的无人机飞行平台硬件技术参数相差较大(例如平台重量、飞行时间、最大飞行速度、抗风等级、传感器曝光间隔、存贮卡容量等)，让非专业的行业应用人员通过大量的参数计算分析之后，从而保证航飞的安全与任务质量是相当复杂的事情，将大大降低作业效率，进而影响无人机在行业应用中的推广与普及。

因此，在本发明中，通过无线通信能够获取飞行平台参数，能够自动识别飞行平台的ID标识和类别，进一步获取飞行平台型号、传感器、电池容量、最大飞行速度等详细的技术参数实时的状态信息，为实时控制安全与质量相关的航飞任务规划、航拍参数计算等提供了飞行平台的基本参数信息。

所述点位规划模块12，用于规划采集点的位置和高度。

所述参数设置模块13，用于设置水平间隔角度和垂直倾斜角度。具体的，在本发明中，无人机根据该设置水平间隔角度进行水平旋转。比如：设置的水平间隔角度为30度，这每次旋转30度进行拍摄，直至完成一周旋转。

其中，当旋转至一个角度时，根据设置的垂直角度进行水平、向上和向下进行拍摄。比如：若设置的垂直角度为30度，则进行倾斜向上30度拍摄，水平拍摄和倾斜向下30度拍摄。

所述安全检查模块14，用于对无人机飞行前进行检查。

具体的，由于航飞的安全与质量控制是行业应用航飞过程中时刻需要监控的一条“红线”，没有安全与质量，就没有无人机的行业应用，飞行前安全与质量预检是最关键的环节。因此，本发明通过无线通信能够获取大疆多旋翼飞行平台关键参数状态数据，评定是否超过阈值，给予起飞预检报警。任一参数超过阈值，均报警禁止起飞。实现用户一键式预检，大大简化每架次起飞前安全质量检查工作，提高工作效率，保证航飞任务质量。所检查的参数包括：无人机是否与地面站连接、飞行航高计算、电池容量计算、储存卡容量计算等等。

所述自动拍摄控制模块15，用于控制飞行平台自动飞行至采集点，并进行自动拍摄。具体的，在本发明中通过自动拍摄控制模块控制无人机的自动飞行。当飞行至规划好的点位时，启动自动拍摄模式，无需操作人员进行手动操作。

所述手动操作控制模块16，用于接收用户手动操作命令，控制飞行平台的飞行位置和拍摄。具体的，当操作人员发现点位有偏差时，可以通过目测或图传方式进行手动调整，再进行校正。

相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：

(1)本发明采用全新的拍摄方式，即飞机机头每次水平方向旋转好位置后，采用从下向上和从上向下相结合的方式，快速采集3张照片。改变了现有的相机在向下倾斜、水平、向上倾斜旋转3个360度的方式，大大提高了拍摄效率，降低了电池能耗。

(2)航飞拍摄规范化，质量得到保证。本发明固化了每次拍摄方式，保证了飞机操控人员的更换不会影响采集的质量。

(3)程序自动控制，视距外拍摄，手动操控无法完成。本发明通过程序控制，能够做到在电子地图上规划拍摄地点，飞机采用GPS导航，按照位置自动定位到拍摄位置，实现了超视距飞行采集，这是人工操控所无法完成的。可以实现很多情况下人员无法到达或有视线遮挡的地方的全景拍摄工作，大大扩大了360全景采集的范围和适用性。

(4)程控控制定位，定位精度远高于人工操控。本发明通过程序控制，能够做到在电子地图上规划拍摄地点，按照位置自动定位到拍摄位置，解决了人工依靠视觉判断定位不准确的难题。

(5)大量作业时，通过程序控制能够大大提高效率、成果质量稳定性。本发明通过程序控制，在采集大量360全景时，能够大大提高作业效率，保证采集质量，彻底代替落后的人工操控方式。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。