自动起飞和着陆系统的制作方法

专利名称：自动起飞和着陆系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动起飞和着陆系统，根据该系统，飞行物体能够自动地起飞和着陆。
背景技术：
在从高空中的位置进行摄影或勘测操作时，可以获取此类信息，其不能通过从地面的摄影或通过地面上的勘测操作来获得，或者能够在无人能够进入且难以执行摄影或勘测操作的位置上获得此类信息。近年来，随着诸如遥控小型飞机或小型直升飞机等飞行物体的性能特性的发展，随着遥控技术的改善，进一步地，随着图像拾取设备的性能特性的改善及随着使设备和仪器小型化的技术升级，现在可以在小型飞行物体上提供图像拾取设备并通过遥控从高空中的位置执行完全自动化的摄影。例如，小型飞行物体通过遥控或根据结合在小型飞行物体中的程序从预定位置 (例如从起飞和着陆甲板)起飞。然后，小型飞行物体在预定范围内飞行以拍摄照片。在完成摄影之后，操作飞行物体以返回至放置有起飞和着陆甲板的预置位置，并且进一步地，飞行物体自动地着陆在起飞和着陆甲板上。当操作小型飞行物体以自动地起飞、飞行和着陆时，起飞和着陆难以操作，特别地，难以使小型飞行物体着陆在预定位置。因此，为了使小型飞行物体自动地飞行，需要建立一种通过简单的控制以安全且可靠的方式执行自动起飞和着陆的技术。在日本专利公开物JP-A-2000-85694中，公开了一种着陆支持系统，其描述了执行小型飞行物体在预定位置处的着陆的操作。在日本专利公报No. 4253239中，公开了一种导航系统，其用来根据图像识别来实现直升飞机在期望的点处的着陆。在日本专利公报 No. 2662111中，公开了一种自动着陆引导方法，其描述了一种用于通过使用多个图像传感器来引导垂直起飞和着陆操作的程序。并且，日本专利公开物JP-A-9-302628公开了一种用于小型飞行物体的起飞和着陆操作的可移动式起飞和着陆设施。

发明内容
本发明的目的是提供一种自动起飞和着陆系统，通过该系统可以以可靠且安全的方式来执行起飞和着陆操作以使飞行物体自动地飞行。为了达到上述目的，根据本发明的自动起飞和着陆系统包括飞行物体以及起飞和着陆目标，其中，飞行物体具有用于拍摄沿向下方向发现的图像的图像拾取设备、导航装置以及用于处理由图像拾取设备获取的图像并用于控制导航装置的控制单元，并且其中，所述控制单元基于由图像拾取设备获取的起飞和着陆目标的图像来计算起飞和着陆目标与飞行物体之间的位置关系，并基于该计算的结果来控制飞行物体的起飞和着陆操作。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述起飞和着陆目标具有目标标记，所述控制单元通过由图像拾取设备拍摄的目标标记的图像处理来获得目标标记的基准位置，并基于目标标记的基准位置与飞行物体的基准位置之间的关系来引导飞行物体的起飞和着陆操作。
此外，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述起飞和着陆目标具有目标标记，所述控制单元具有识别图案以识别目标标记图像，所述控制单元基于来自由图像拾取设备拍摄的图像的识别图案来识别目标标记图像，并引导飞行物体，使得目标标记图像的中心在图像上将是图像的中心。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，根据所识别的目标标记图像的尺寸来测量飞行物体的高度。此外，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在飞行物体上提供 GPS设备，将飞行和着陆目标设置在已知位置处，所述控制单元基于由GPS设备获取的飞行物体的位置和已知位置来确定飞行物体的位置与起飞和着陆目标的位置之间的位置关系并控制飞行。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在飞行物体上提供第一 GPS设备，在起飞和着陆目标上提供第二 GPS设备，并且所述控制单元基于由第一 GPS设备获取的飞行物体的位置和由第二 GPS设备获取的位置来确定飞行物体的位置与起飞和着陆目标的位置之间的位置关系并控制飞行。此外，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在飞行物体上提供 GPS设备，将起飞和着陆目标设置在已知位置处，所述控制单元基于由GPS设备获取的飞行物体的位置和已知位置来确定飞行物体的位置与起飞和着陆目标的位置之间的位置关系并控制飞行，并且所述控制单元通过由图像拾取设备拍摄的目标标记的图像的图像处理来确定目标标记的基准位置，并基于目标标记的基准位置与飞行物体的基准位置之间的关系来控制飞行物体的起飞和着陆操作。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述目标标记具有设置在同心的多个位置处的类似图案，并且能够从由图像拾取设备在飞行物体着陆在起飞和着陆目标上时的过程中获取的图像识别至少一个图案。此外，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述起飞和着陆目标具有发光装置。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在移动物体上提供起飞和着陆目标。此外，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在移动物体上提供所述起飞和着陆目标，所述控制单元通过由图像拾取设备拍摄的目标标记的图像的图像处理来实时地确定目标标记的基准位置并基于目标标记的基准位置与飞行物体的基准位置之间的关系来控制飞行物体的飞行，以便飞行物体跟踪移动物体。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在移动物体上提供所述起飞和着陆目标，所述飞行物体具有第一通信单元，所述移动物体具有第二通信单元，所述第二通信单元能够经由第一通信单元将由第二 GPS设备获取的位置信息传送至控制单元，所述控制单元基于由第一 GPS设备获取的位置和由第二 GPS设备获取的位置来控制飞行物体的飞行，以便飞行物体跟踪移动物体的轨迹。本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，包括飞行物体和起飞和着陆目标，其中，所述飞行物体具有用于拍摄沿向下方向发现的图像的图像拾取设备、导航装置以及用于处理由图像拾取设备获取的图像并控制导航装置的控制单元，并且其中，所述控制单元基于由图像拾取设备获取的起飞和着陆目标的图像来计算起飞和着陆目标与飞行物体之间的位置关系，并基于该计算的结果来控制飞行物体的起飞和着陆操作。结果，不需要具有用于自动着陆的特定类型的检测设备等，并且可以以可靠的方式将飞行物体引导至目标标记并使飞行物体着陆，并且可以提供能够以简单的方式且以较低的成本制造的起飞和着陆系统。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述起飞和着陆目标具有目标标记，所述控制单元通过由图像拾取设备拍摄的目标标记的图像处理来获得目标标记的基准位置并基于目标标记的基准位置与飞行物体的基准位置之间的关系来引导飞行物体的起飞和着陆操作。结果，可以以高准确度来执行着陆操作的引导。此外，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在飞行物体上提供 GPS设备，将飞行和着陆目标设置在已知位置处，所述控制单元基于由GPS设备获取的飞行物体的位置和已知位置来确定飞行物体的位置与起飞和着陆目标的位置之间的位置关系并控制飞行。结果，能够以简单的配置来实现飞行物体的自主(自控制)飞行。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在飞行物体上提供第一 GPS设备，在起飞和着陆目标上提供第二 GPS设备，并且所述控制单元基于由第一 GPS设备获取的飞行物体的位置和由第二 GPS设备获取的位置来确定飞行物体的位置与起飞和着陆目标的位置之间的位置关系并控制飞行。结果，能够以简单的配置来实现飞行物体的自主飞行。此外，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在飞行物体上提供 GPS设备，将起飞和着陆目标设置在已知位置处，所述控制单元基于由GPS设备获取的飞行物体的位置和已知位置来确定飞行物体的位置与起飞和着陆目标的位置之间的位置关系并控制飞行，并且所述控制单元通过由图像拾取设备拍摄的目标标记的图像的图像处理来确定目标标记的基准位置，并基于目标标记的基准位置与飞行物体的基准位置之间的关系来控制飞行物体的起飞和着陆操作。结果，可以以灵活的方式保证自主飞行并以高准确度来执行用于着陆操作的引导。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述目标标记具有设置在同心的多个位置处的类似图案，并且能够从由图像拾取设备在飞行物体着陆在起飞和着陆目标上时的过程中获取的图像识别至少一个图案。结果，无论飞行物体的高度和图像拾取设备的场角如何，都可以以可靠的方式借助于目标标记来执行用于着陆操作的引导。此外，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述起飞和着陆目标具有发光装置。结果当光量不足且难以识别用于起飞和着陆操作的目标时，或者甚至在夜间，可以以可靠的方式执行用于着陆的飞行物体的引导。并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在移动物体上提供起飞和着陆目标。结果，能够根据需要在任何位置执行飞行物体的起飞和着陆操作。此外，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在移动物体上提供所述起飞和着陆目标，所述控制单元通过由图像拾取设备拍摄的目标标记的图像的图像处理来实时地确定目标标记的基准位置并基于目标标记的基准位置与飞行物体的基准位置之间的关系来控制飞行物体的飞行，以便飞行物体跟踪移动物体。结果，可以实现较宽范围内的飞行物体的自主飞行。
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并且，本发明提供了如上所述的自动起飞和着陆系统，其中，在移动物体上提供所述起飞和着陆目标，所述飞行物体具有第一通信单元，所述移动物体具有第二通信单元，所述第二通信单元能够经由第一通信单元将由第二 GPS设备获取的位置信息传送至控制单元，所述控制单元基于由第一 GPS设备获取的位置和由第二 GPS设备获取的位置来控制飞行物体的飞行，以便飞行物体跟踪移动物体的轨迹。结果，可以实现较宽范围内的飞行物体的自主飞行。


图1是解释本发明的总体特征的示意图； 图2是根据本发明的实施例的示意性框图3是示出将在该实施例中使用的目标标记的示例的图； 图4是示出在本实施例中的起飞和着陆操作期间的操作的流程图； 图5是解释本实施例的应用示例的示意图； 图6是解释目标的另一示例的示意图；以及图7是示出本发明的另一实施例的示意性框图。
具体实施例方式下面将通过参考附图来给出关于本发明的实施例的说明。首先，通过参考图1和图2，将给出根据本发明的自动起飞和着陆系统的总体特征的说明。图1示出根据本发明的第一实施例的自动起飞和着陆系统的基本配置。该自动起飞和着陆系统主要包括飞行物体1和在基站侧提供的起飞和着陆目标2。飞行物体1是直升飞机，其例如作为小型飞行物体执行自主(自控制)飞行。此外，直升飞机1被设计为使得其能够被远程地控制。在图1中，例如，数字40表示用于遥控的遥控器。直升飞机1主要包括直升飞机主体3、所要求的螺旋桨，其被安装在直升飞机主体 3上。例如，分别在前面、后面、左侧和右侧位置提供了四组螺旋桨4、5、6和7。螺旋桨4、5、 6和7被独立地连接到第一电动机8、第二电动机9、第三电动机10和第四电动机11 (稍后将描述)。并且，如稍后描述的，第一电动机8、第二电动机9、第三电动机10和第四电动机 11中的每一个的驱动被相互独立地控制。螺旋桨4、5、6和7及第一电动机8、第二电动机 9、第三电动机10和第四电动机11等一起构成飞行物体的导航装置。在直升飞机1的直升飞机主体3上，提供了控制设备13。如图2所示，控制设备 13主要包括飞行引导单元14、飞行控制单元15、主运算控制单元16、通信单元17和电源单元18。飞行引导单元14具有作为位置测量设备的GPS设备20、被安装在直升飞机主体3 的下表面上的图像拾取设备21、飞行引导CPU 22和第一存储单元23。图像拾取设备21是用于拍摄数字图像并拍摄直升飞机1下面的图像的数字照相机或摄像机。GPS设备20被设计为确定直升飞机1的基准位置，例如机械中心。由于由GPS设备20测量的值表示地心坐标系(绝对坐标系)的坐标(位置)，并且GPS设备20确定基准位置在地心坐标系上的坐标。并且，图像拾取设备21具有通过基准位置的光轴19，并且光轴19在直升飞机1处于水平位置时与垂直线重合。因此，图像拾取设备21能够获取直接在直升飞机1下面的根据要求的场角θ内的图像(在下文中称为“背景图像”)。此外，将其设计为使得背景图像的中心与基准位置重合。由图像拾取设备21获取的图像和已经获取图像所在的位置和时间被存储在第一存储单元23中，并且这些图像、位置和时间是关联的。此外，将被用于执行自主飞行的飞行计划数据等被存储在第一存储单元23中。可以将图像和图像获取的位置、时间存储在如稍后将描述的第三存储单元31中。在第一存储单元23中，存储用于识别的图案，其用来识别如稍后将描述的目标标记36的图案。可以将用于识别的图案存储在如稍后将描述的第三存储单元31中。在第一存储单元23中，存储了多种类型的程序。这些程序包括例如图像处理程序，其用于图像处理以从在图像拾取设备21处获取的图像提取目标标记36 (稍后将描述); 图案识别程序，其用于通过将提取的目标标记36与用于识别的图案相比较来识别目标标记36并判断目标标记36与用于识别的图案之间的方向差等；飞行引导程序，其用于根据飞行计划数据和由GPS设备20测量的位置信息来准备飞行引导数据；图像拾取控制程序，其用于控制通过图像拾取设备21的图像拾取；及其它程序。飞行控制单元15包括第一电动机8、第二电动机9、第三电动机10和第四电动机 11、以及用于单独地驱动并控制这些电动机的电动机控制器25、以及用于控制电动机控制器25的飞行控制CPU 26、第二存储单元27、以及陀螺仪单元观，其通过检测直升飞机1相对于水平位置的姿势状态来发出姿势状态信号。在第二存储单元27中，存储了以下程序飞行控制程序，其用于基于来自飞行引导单元14的飞行引导数据来计算诸如飞行速度、上升速度、下降速度、飞行方向、飞行高度等的飞行条件；姿势控制程序，其用于基于来自陀螺仪单元观的姿势状态信号来计算用于姿势控制的信息；及其它程序。飞行控制CPU沈根据飞行控制程序向电动机控制器25发出飞行控制命令，通过电动机控制器25来控制第一电动机8、第二电动机9、第三电动机10 和第四电动机11，并执行由此确定的飞行。并且，飞行控制CPU沈根据姿势控制程序向电动机控制器25发出姿势控制命令，通过电动机控制器25来控制第一电动机8、第二电动机 9、第三电动机10和第四电动机11，并控制所要求的条件下(例如，在水平条件下，即其中图像拾取设备21的光轴19沿垂直方向延伸的条件)的直升飞机1的姿势。主运算控制单元16包括主CPU 30、第三存储单元31和开关单元32。在第三存储单元31中，存储了以下程序用于协调并控制飞行引导单元14和飞行控制单元15的协调程序、用于处理由图像拾取设备21获取的图像的图像处理程序、飞行控制程序、通信控制程序等。通信单元17包括无线通信单元33、信息通信单元34等。无线通信单元33从地面上的基站接收远程飞行控制命令并将关于直升飞机1的飞行条件的通信发送到基站。并且，信息通信单元；34通过使用诸如无线LAN或Bluetooth(蓝牙，注册商标)等通信手段来提供并获取基站与直升飞机1之间的信息。例如，在其中直升飞机1着陆在基站上的条件下， 将飞行计划数据从基站传送至直升飞机1，或者将诸如已经在飞行期间获取的诸如图像、位置、时间等的信息从直升飞机1传送至基站。电源单元18是例如可再充电电池。在其中直升飞机着陆在基站处的条件下将电能充到电池中，并且在飞行期间根据需要向飞行引导单元14、飞行控制单元15、主运算控制单元16和通信单元17来供应电能。起飞和着陆目标2被安装在已知点处。如图3所示，在起飞和着陆目标2的直升飞机1将着陆的表面(在下文中称为“着陆表面加”)上标记目标标记36。目标标记36是其中以同心的多个圆的形式布置类似形状(诸如圆形形状、矩形形状、三角形形状等；在该图中示出圆形形状)的图形的标记。可以在任何的任意高度处从直升飞机1识别目标标记36的形状。这些形状中的每一个处于已知尺寸。如果以多个圆来设计目标标记36，则每个圆的直径具有已知值。目标标记36具有基准位置，并且例如，该基准位置是该图形的中心。具体地，当直升飞机1在着陆时处于最高高度处或处于指定高度处时和当目标标记36在图像拾取单元21的场角θ的范围内时(优选地，当目标标记36直接位于或几乎直接位于直升飞机1下面时)，图像拾取设备21能够至少识别目标标记36的最外部图案。并且，在直升飞机1从最高高度或在任何指定高度处下降并降落在着陆表面加上时的任何高度处，将其如此设计以便能够完美地识别构成目标标记36的图案中的至少一个。因此，在其中图像拾取设备21降落在地面上的条件下，至少最内部图案、即最小图案被包括在场角θ的范围内，并且最内部图案被图像拾取设备21识别。此外，目标标记36具有中心标记以指示目标标记36的中心位置，例如点标记或十字形标记。当能够根据形状来获得图案的中心时，可以省略中心标记。目标标记36具有指示方向的方向索引部分36a或指示方向的形状。例如，在如图3所示的图案中，每个圆形形状在相同半径上具有作为方向索引部分36a的缺失部分。将被安装在直升飞机主体3上的图像拾取设备21不限于用来获取沿着垂直线在向下方向上发现的图像的设备，而是能够提供一个或多个图像拾取设备。其它图像拾取设备21每个被安装在相对于垂直线的预定角度处，并且可以将其如此设计以便其它图像拾取设备21可以获取沿着相对于前进方向垂直地延伸的方向偏离的图像。将被机载地安装在直升飞机1上的信息收集设备不限于图像拾取设备21，并且可以设想多种类型的设备， 诸如距离测量设备、红外图像拾取设备等。接下来，将给出关于根据本实施例的操作的说明。首先，将给出关于自主飞行的说明。主CPU 30操作开关单元32并设置开关单元32，使得来自飞行引导单元14的飞行引导数据被输入到飞行控制单元15。在处于已着陆条件下的直升飞机的情况下，经由信息通信单元34将飞行计划数据传送到控制设备13，并经由主CPU 30将飞行计划数据输入到第一存储单元23。并且，输入起飞和着陆目标的位置数据(绝对坐标)。当所有飞行计划数据被完全传送时，基于该飞行计划数据来开始自主飞行。基于输入的飞行计划数据，飞行引导单元14准备飞行引导数据并经由开关单元 32将飞行引导数据输入到飞行控制单元15。然后，基于这样输入的飞行引导数据，飞行控制CPU 26通过借助电动机控制器25来驱动并控制第一电动机8、第二电动机9、第三电动机10和第四电动机11来开始飞行。在飞行期间，从GPS设备20获得直升飞机1的位置信息。然后，基于飞行计划数据和位置信息，飞行引导CPU 22适当地修正飞行引导数据并将数据输入到飞行控制单元15。在飞行期间，飞行控制CPU 26通过基于来自陀螺仪单元观的姿势状态信号借助电动机控制器25适当地驱动并控制第一电动机8、第二电动机9、第三电动机10和第四电动机11来控制直升飞机1的姿势。并且，在飞行期间，飞行引导单元14通过基于飞行计划数据来控制图像拾取设备 21而根据需要执行所计划的操作，诸如摄影、勘测等。当计划的操作已完成时，从飞行引导单元14发出返回命令。直升飞机1返回基站并着陆在起飞和着陆目标2上。现在，参考图4，将给出关于着陆操作的说明。基于由GPS设备20获取的位置信息和起飞和着陆目标2的坐标，能够识别直升飞机1相对于起飞和着陆目标2的位置。基于直升飞机1的位置，飞行引导单元14修正飞行引导数据，从而将直升飞机1引导至基站并经由开关单元32将飞行引导数据传送到飞行控制单元15。当直升飞机1到达起飞和着陆目标2之上的空中位置时，通过图像处理来搜索起飞和着陆目标2是否被包括在由图像拾取设备21拍摄的图像中(步骤01 )。因此，沿GPS设备20的水平方向的测量准确度与图像拾取设备21的场角θ之间的关系是这种方式的关系，即，在基于GPS设备20的测量结果获得的位置处和预定高度处(在将开始着陆操作的高度处)，图像拾取设备21能够识别起飞和着陆目标2(8卩，起飞和着陆目标2的场角θ的范围内)。起飞和着陆目标2的识别具体地意指目标标记36的识别。通过基于与存储在第一存储单元23中的目标标记36的图案的比较的图案识别来执行目标标记36的识别。当识别了目标标记36时，根据目标标记36的识别来执行直升飞机1的引导操作。然后，获得背景图像上的目标标记36的中心位置(通过图案识别来识别)与背景图像的中心的偏差。此偏差被反映在飞行引导数据上，并且以这样的方式来引导直升飞机1， 即所识别的目标标记36的中心与背景图像的中心重合。当目标标记36的中心与背景图像的中心重合时，根据目标标记36的图像的尺寸来确定高度。由此确定的高度被反映在飞行引导数据中。当目标标记36的中心与背景图像的中心重合时，直升飞机1下降，并且在下降过程期间，能够通过目标标记36的图像处理以高准确度来执行沿水平方向的位置控制。通过对目标标记36的图像执行边缘处理，测量图像上的尺寸，例如直径。目标标记36的实际尺寸是已知的，并被预先存储在第一存储单元23中。因此，通过与所存储的尺寸的比较，确定到直升飞机1的距离，即高度。此外，在目标标记36的直径(相互垂直地交叉)彼此不相等的情况下，将该圆识别为椭圆。利用长轴与短轴的比，能够确定飞行物体相对于垂直线(其通过目标标记36的基准位置)的角度偏差和偏离方向，并能够根据由此确定的角度偏差和偏离方向来修正直升飞机1的位置。可以将其如此设计以便检测目标标记36 的中心，并可以基于与背景图像中心的偏差来修正直升飞机1的位置(步骤02和步骤03)。通过连续地测量高度并通过时间微分，能够确定下降速度。然后，判断下降速度是否与飞行计划数据相符。基于此判断的飞行引导数据被发送到飞行控制单元15。基于飞行引导数据，飞行控制CPU 26通过电动机控制器25来驱动并控制第一电动机8、第二电动机 9、第三电动机10和第四电动机11，并控制下降速度(步骤04和步骤05)。
在下降操作期间，通过图像处理来连续地识别目标标记36。通过检测目标标记36 的中心与图像拾取设备21的光轴19的偏差(即与背景图像中心的偏差)，能够以较高的准确度来确定目标标记36与直升飞机主体3之间沿水平方向的位置关系，并且直升飞机1能够准确地着陆在目标标记36的中心处。在着陆过程期间，根据图像拾取设备21的场角θ和目标标记36的尺寸的关系， 在直升飞机1的高度正在下降的同时，目标标记36从目标标记36的外部图案开始逐渐超过图像拾取的范围。如上所述，在目标标记36中，以同心的多个圆来布置类似图案。因此， 在直升飞机即将接触着陆表面加时的过程期间的任何高度处，能够完美地识别构成目标标记36的图案中的至少一个，并且能够保证目标标记36的引导的连续性。通过目标标记36的图像处理，能够检测方向索引部分36a，并且还可以相对于目标标记36来修正直升飞机主体3的方向。结果，直升飞机能够在自主飞行中以高准确度着陆在目标标记36上。用于获取图像以检测目标标记36的图像拾取设备21通常能够用作由直升飞机1拍摄航空照片所用的设备。由于通过拍摄的目标标记36的图像处理来执行最终定位，所以在直升飞机1上机载地提供的GPS设备20不需要具有高准确度，并且例如其可以是具有约10米的测量准确度的廉价的设备。因此，在本实施例中，不需要特定设备来操作自动起飞和着陆系统，并且能够由简单的配置和较低的成本来实现具有高准确度的着陆引导。在如上所述的实施例中，如果飞行引导CPU 22上的负担是重的，诸如飞行引导单元14中的图像处理的情况，则可以由主CPU 30来分担处理的负担，或者可以由第一存储单元23和第三存储单元31来分担数据和程序的存储。 在如上给出的说明中，可以将其如此布置以便将目标标记36的坐标作为飞行计划数据的一部分输入，同时可以将其布置为使得在基站上提供GPS设备和通信设备，并由基站侧的GPS设备来测量目标标记36的位置，并且，可以将目标标记36的位置信息传送至直升飞机1侧的通信单元17。在基站侧的GPS设备可能不一定用来测量目标标记36的位置，而是如果将由在基站侧的GPS设备测量的位置(绝对坐标)可以与目标36的位置处于已知关系，那么就足够了。关于基于在基站侧的GPS设备的测量值获取的起飞和着陆目标2 的位置，当目标标记36固定时，不存在目标标记36的位置变化，并且可以将起飞和着陆目标2的位置作为飞行计划数据输入到控制设备13。在这种情况下，可以省略在基站侧的通信设备。当直升飞机1起飞时，执行与如上所述的着陆操作程序相反的操作程序。也就是说，在图像拾取设备21能够拍摄目标标记36的图像的条件下，从获取的图像识别目标标记 36，并计算上升速度和高度，并且然后能够控制上升操作。在直升飞机1到达预定高度的情况下，基于飞行计划数据、而且基于在GPS设备20处获取的位置信息来执行自主飞行。接下来，将给出关于通过遥控操作进行的直升飞机1的飞行的说明。通过主CPU 30来操作开关单元32，并且将主运算控制单元16与飞行控制单元15 相连，使得能够将飞行引导数据从主运算控制单元16发送到飞行控制单元15。从在基站侧的遥控器40传送遥控信号，并经由无线通信单元33来接收遥控信号。 主CPU 30开始飞行控制程序，基于远程操作信号来准备飞行引导数据，并经由开关单元32
11将飞行引导数据输入到飞行控制单元15。飞行控制CPU 36基于飞行引导数据通过电动机控制器25来控制飞行，并基于来自陀螺仪单元观的姿势状态信号来控制直升飞机主体3的姿势。在使直升飞机1着陆时，与自主飞行的情况类似，图像拾取设备21拍摄目标标记 36的图像。然后，通过对目标标记36的图像处理，执行直升飞机主体3与目标标记36之间的定位。在遥控器40的显示单元(未示出)上显示由图像拾取设备21拍摄的目标标记36 的图像，并且可以根据该图像由手动遥控操作来执行着陆操作。图5示出实施例的应用示例。在本应用示例中，将起飞和着陆目标2安装在移动物体上，例如在汽车43的顶棚上，并配置使用自动起飞和着陆系统的跟踪系统。如果飞行计划数据被如此设计以便直升飞机1始终直接位于目标标记36之上，则飞行引导单元14识别目标标记36，并且飞行引导单元14计算目标标记36的中心与图像拾取设备21的光轴19 (即背景图像的中心)的偏差。然后，准备飞行引导数据，使得目标标记 36的中心与图像拾取设备21的光轴19重合，并将数据传送至飞行控制单元15。飞行控制单元15控制直升飞机主体3，使得直升飞机主体3基于飞行引导数据、即基于图像上的目标标记36的位置的识别而直接在目标标记36之上。当汽车43移动时，直升飞机1也移动以跟随目标36的移动。因此，如果汽车43 沿着要求信息的路线移动，则能够获取在汽车43移动的范围内的信息，诸如图像数据。在本应用示例中，可以将其如此布置以便在直升飞机1上提供第一 GPS设备20， 在汽车43上提供第二 GPS设备44，并由GPS设备44来实时地测量汽车43的位置(S卩，起飞和着陆目标2的位置)。然后，将GPS设备44的测量结果传送至控制设备13，并且控制设备13基于直升飞机1的GPS设备20的测量结果并基于GPS设备44的测量结果来控制直升飞机1的飞行。此外，在控制直升飞机1着陆在起飞和着陆目标2上的情况下，如果将其如此布置以便基于拍摄的目标标记36的图像的图像处理来执行控制，则可以由直升飞机1 的图像拾取设备21来获取宽范围内的图像，或者由安装在直升飞机主体3上的其它测量仪器来获取宽范围内的测量数据。图6示出起飞和着陆目标2的另一示例。除目标标记36之外，起飞和着陆目标2还包括发光装置，例如发光二极管41和 42。发光二极管41被设置为与要求的一样多，并且被设置在与中心分离所需距离的位置处的适当布置处。在图中，示出了其中将发光二极管41设置在等腰三角形的顶点处的示例。此外，在起飞和着陆目标2的中心处提供发光二极管42。利用布置在此类位置处的发光二极管42，能够在检测到发光二极管42时立即检测目标标记36的中心。因此，不需要通过根据发光二极管41的布置的计算来获得该中心。可以布置许多发光二极管41，使得发光二极管41本身形成目标标记36。通过提供发光二极管41，即使在光量不足以识别目标标记36的条件下，例如当天气多云、或在傍晚或晚上等时，也能够可靠地识别起飞和着陆目标2。在提供发光二极管41和42的情况下，可以省略目标标记36。图7示出另一实施例。在图7中，用相同的符号来表示与如图2所示相同的部件，并且在这里不给出详细说明。在此另一实施例中，将上述实施例的飞行引导CPU 22和飞行控制CPU沈一起放置在主CPU 30中，并将第一存储单元23和第二存储单元27 —起放置在第三存储单元31 中。在此另一实施例中，将CPU和存储单元放在一起。结果，可以提供具有简单的配置且采用更方便的布置的自动起飞和着陆系统。不用说，本发明能够应用于诸如农产品调查、土壤量控制、建筑作业控制、地形调查、关于建筑物和结构的调查、关于电力传输塔、坝和桥的调查、关于危险区域的条件的调查、监视和监督等的目的。
权利要求
1.一种自动起飞和着陆系统，包括飞行物体以及起飞和着陆目标，其中，所述飞行物体具有用于拍摄沿向下方向发现的图像的图像拾取设备、导航装置以及用于处理由所述图像拾取设备获取的图像并用于控制所述导航装置的控制单元，并且其中，所述控制单元基于由所述图像拾取设备获取的所述起飞和着陆目标的图像来计算所述起飞和着陆目标与所述飞行物体之间的位置关系，并基于该计算的结果来控制所述飞行物体的起飞和着陆操作。
2.根据权利要求1所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述起飞和着陆目标具有目标标记，所述控制单元通过由所述图像拾取设备拍摄的所述目标标记的图像处理来获得所述目标标记的基准位置，并基于所述目标标记的基准位置与所述飞行物体的基准位置之间的关系来引导所述飞行物体的起飞和着陆操作。
3.根据权利要求1所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述起飞和着陆目标具有目标标记，所述控制单元具有识别图案以识别目标标记图像，所述控制单元基于来自由所述图像拾取设备拍摄的图像的所述识别图案来识别所述目标标记图像，并引导所述飞行物体， 使得所述目标标记图像的中心在图像上将是所述图像的中心。
4.根据权利要求3所述的自动起飞和着陆系统，其中，根据所识别的所述目标标记图像的尺寸来测量所述飞行物体的高度。
5.根据权利要求1所述的自动起飞和着陆系统，其中，在所述飞行物体上提供GPS设备，所述飞行和着陆目标被设置在已知位置处，所述控制单元基于由所述GPS设备获取的所述飞行物体的位置和所述已知位置来确定所述飞行物体的位置与所述起飞和着陆目标的位置之间的位置关系并控制飞行。
6.根据权利要求1所述的自动起飞和着陆系统，其中，在所述飞行物体上提供第一GPS 设备，在所述起飞和着陆目标上提供第二 GPS设备，并且所述控制单元基于由所述第一 GPS 设备获取的所述飞行物体的位置和由所述第二 GPS设备获取的位置来确定所述飞行物体的位置与所述起飞和着陆目标的位置之间的位置关系并控制飞行。
7.根据权利要求1所述的自动起飞和着陆系统，其中，在所述飞行物体上提供GPS设备，所述起飞和着陆目标被设置在已知位置处，所述控制单元基于由所述GPS设备获取的所述飞行物体的位置和所述已知位置来确定所述飞行物体的位置与所述起飞和着陆目标的位置之间的位置关系并控制飞行，并且所述控制单元通过由所述图像拾取设备拍摄的目标标记的图像的图像处理来确定所述目标标记的基准位置，并基于所述目标标记的基准位置与所述飞行物体的基准位置之间的关系来控制所述飞行物体的起飞和着陆操作。
8.根据权利要求2或权利要求7所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述目标标记具有设置在同心的多个位置处的类似图案，并且能够从由所述图像拾取设备在所述飞行物体着陆在所述起飞和着陆目标上时的过程中获取的图像识别至少一个图案。
9.根据权利要求1或权利要求2或权利要求7所述的自动起飞和着陆系统，其中，所述起飞和着陆目标具有发光装置。
10.根据权利要求1所述的自动起飞和着陆系统，其中，在移动物体上提供所述起飞和着陆目标。
11.根据权利要求1所述的自动起飞和着陆系统，其中，在移动物体上提供所述起飞和着陆目标，所述控制单元通过由所述图像拾取设备拍摄的目标标记的图像的图像处理来实时地确定目标标记的基准位置，并基于所述目标标记的基准位置与所述飞行物体的基准位置之间的关系来控制所述飞行物体的飞行，以便所述飞行物体跟踪所述移动物体。
12.根据权利要求6所述的自动起飞和着陆系统，其中，在移动物体上提供所述起飞和着陆目标，所述飞行物体具有第一通信单元，所述移动物体具有第二通信单元，所述第二通信单元能够经由所述第一通信单元将由所述第二 GPS设备获取的位置信息传送至所述控制单元，所述控制单元基于由所述第一 GPS设备获取的位置和由所述第二 GPS设备获取的位置来控制所述飞行物体的飞行，以便所述飞行物体跟踪所述移动物体的轨迹。
全文摘要
本发明提供了一种自动起飞和着陆系统，包括飞行物体以及起飞和着陆目标，其中，所述飞行物体具有用于拍摄沿向下方向发现的图像的图像拾取设备21、导航装置4、5、6、8、9、10和11以及用于处理由所述图像拾取设备获取的图像并用于控制所述导航装置的控制单元，并且其中，所述控制单元基于由所述图像拾取设备获取的所述起飞和着陆目标的图像来计算所述起飞和着陆目标与所述飞行物体之间的位置关系，并基于该计算的结果来控制所述飞行物体的起飞和着陆操作。
文档编号B64D45/04GK102417037SQ201110298440
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者大佛一毅, 大友文夫, 大谷仁志, 穴井哲治 申请人:株式会社拓普康