无人机飞行路径生成方法、装置、存储介质及设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种无人机飞行路径生成方法、装置、存储介质及设备。该方法包括：根据地标的关键视角集合生成至少一个有序关键视角子集；利用有序关键视角子集生成地标的局部飞行路径；基于局部飞行路径构建并求解广义旅行销售员问题，得到至少一条访问至少一个地标的全局飞行路径；根据局部飞行路径的代价函数和全局飞行路径的代价函数生成总体代价函数，并根据总体代价函数的求解结果选择局部飞行路径和全局飞行路径生成无人机飞行路径。本发明专利技术无需指定关键视角顺序，降低了无人机操控难度。

【技术实现步骤摘要】
无人机飞行路径生成方法、装置、存储介质及设备
本专利技术涉及计算机图形学
，尤其涉及一种无人机飞行路径生成方法、装置、存储介质及设备。
技术介绍
随着四旋翼无人机(UAV)技术的进步和无人机价格的下降，无人机在各种任务中的应用越来越普遍。特别地，四旋翼无人机被专业人士和业余摄影师日益广泛地用于捕获航拍图像和视频。然而，通过控制无人机拍摄高质量的航拍视频是非常具有挑战性的。在拍摄过程中，不仅需要控制无人机的飞行轨迹，还需要同时控制摄像机的自由度。通常需要两个人来拍摄航拍视频，其中一个人驾驶无人机，同时另一个人控制摄像机。此外，有限的电池容量和快速变化的照明条件使得难以通过反复的飞行排练来提高拍摄质量。而且，在每次飞行途中，只要发生一点差错，就必须重新进行拍摄。最近，研究人员设计了平滑的无人机飞行路径。该飞行路径中插入了用户指定的观察视角(关键帧)(P.2015.Aninteractivetoolfordesigningquadrotorcamerashots.ACMTrans.Graphics34,6,238)，并且该飞行路径可以确保动态可行性(P.2016.Generatingdynamicallyfeasibletrajectoriesforquadrotorcameras.ACMTransactionsonGraphics(Proc.SIGGRAPH2016)35,4)。在“Aninteractivetoolfordesigningquadrotorcamerashots”中，无人机在真实环境中自动执行飞行任务之前，可先在3D模拟器中设计虚拟路径。该虚拟路径是通过创建手动定位的关键帧的有序集合来设计的，而且，关键帧的顺序需要由用户指定。在不同关键帧之间创建一条特定的C4连续的路径，以确保路径遵循四旋翼无人机运动的物理方程，然后，向用户报告该路径的飞行可行性，以使用户迭代地改变关键帧的顺序。与“Aninteractivetoolfordesigningquadrotorcamerashots”相似，另有研究人员提出了另一种路径设计方法(O.2016.Airways:Optimization-basedplanningofquadrotortrajectoriesaccordingtohigh-levelusergoals.InProc.2016CHIConferenceonHumanFactorsinComputingSystems,ACM,NewYork,NY,USA,CHI’16,2508–2519)。在“Airways:Optimization-basedplanningofquadrotortrajectoriesaccordingtohigh-levelusergoals”中，在虚拟环境中绘制和编辑无人机飞行路径，然后对路径进行优化，以确保飞行可行性[15]。但由于该设计方法需要给定多个约束(例如避免冲突)，优化过程不能完全尊重用户输入，而需要在用户输入和约束之间进行权衡。
技术实现思路
本专利技术提供一种无人机飞行路径生成方法、装置、存储介质及设备，以降低无人机飞行的操控难度。本专利技术实施例提供一种无人机飞行路径生成方法，包括：根据场景中地标的关键视角集合生成至少一个有序关键视角子集；根据有序关键视角子集中顺序排列的关键视角生成地标的局部飞行路径，并定义局部飞行路径的代价函数；基于局部飞行路径构建广义旅行销售员问题，求解广义旅行销售员问题，得到至少一条访问至少一个地标的全局飞行路径，并定义全局飞行路径的代价函数；根据局部飞行路径的代价函数和全局飞行路径的代价函数生成总体代价函数，求解总体代价函数，并根据求解结果选择局部飞行路径和全局飞行路径生成无人机飞行路径。本专利技术实施例还提供一种无人机飞行路径生成装置，包括：有序关键视角生成单元，用于：根据场景中地标的关键视角集合生成至少一个有序关键视角子集；局部飞行路径生成单元，用于：根据有序关键视角子集中顺序排列的关键视角生成地标的局部飞行路径，并定义局部飞行路径的代价函数；全局飞行路径生成单元，用于：基于局部飞行路径构建广义旅行销售员问题，求解广义旅行销售员问题，得到至少一条访问至少一个地标的全局飞行路径，并定义全局飞行路径的代价函数；无人机飞行路径生成单元，用于：根据局部飞行路径的代价函数和全局飞行路径的代价函数生成总体代价函数，求解总体代价函数，并根据求解结果选择局部飞行路径和全局飞行路径生成无人机飞行路径。本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例所述方法的步骤。本专利技术实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例所述方法的步骤。本专利技术实施例的无人机飞行路径生成方法、装置、存储介质及设备，通过根据关键视角集合生成可能的有序关键视角子集，可使用户不必指定关键视角的顺序。通过构建广义旅行销售员问题，可以确定多条路径最短的全局飞行路径。通过总体代价函数可以兼顾较佳的局部飞行路径和较佳的全局飞行路径，生成最优的无人机飞行路径。因此，用户可以轻松地为每个地标选择一些有趣的关键视角，而得到一条完整的有序的拥有关键视角的序列，可以利用它们得到令人满意的无人机飞行路径。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1是本专利技术一实施例的无人机飞行路径生成方法的流程示意图；图2是本专利技术一实施例中生成地标的局部飞行路径的方法流程示意图；图3是本专利技术一实施例中建立包围地标的柱面的方法流程示意图；图4是本专利技术一实施例中生成全局飞行路径的方法流程示意图；图5是本专利技术另一实施例的无人机飞行路径生成方法的流程示意图；图6是本专利技术又一实施例的无人机飞行路径生成方法的流程示意图；图7(a)至图7(c)是本专利技术一实施例中基于地标的形状构建广义柱面的示意图；图8是本专利技术一实施例中通过在广义柱坐标体系中对有序关键视角进行插值所得到的适应地标外轮廓的相机路径示意图；图9是本专利技术一实施例中图结构示意图；图10(a)是本专利技术一实施例中场景中地标的多条局部路径示意图；图10(b)是本专利技术一实施例中场景中地标的最优局部路径示意图；图11是本专利技术一实施例中DJI无人机相机的控制朝向示意图；图12是本专利技术一实施例中根据指定关键视角得到的飞行路径示意图；图13至图15是利用本专利技术实施例的方法生成无人机飞行路径的场景示意图；图16是本专利技术一实施例中不指定关键视角顺序生成飞行路径的场景示意图；图17是本专利技术一实施例中指定关键视角顺序生成飞行路径的场景示意图；图18是图17所使用飞行路径生成方法的评估结果；图19是图16所使用飞行路径生成方法的评估结果；图20是本专利技术一实施例的无人机飞行路径生成装置的结构示意图；图21是本专利技术一实施例中局部飞行路径生成单元的结构示意图；图22是本专利技术一实施例中地标柱面生成模块的结构示意图；图23是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机飞行路径生成方法，其特征在于，包括：根据场景中地标的关键视角集合生成至少一个有序关键视角子集；根据有序关键视角子集中顺序排列的关键视角生成地标的局部飞行路径，并定义局部飞行路径的代价函数；基于局部飞行路径构建广义旅行销售员问题，求解广义旅行销售员问题，得到至少一条访问至少一个地标的全局飞行路径，并定义全局飞行路径的代价函数；根据局部飞行路径的代价函数和全局飞行路径的代价函数生成总体代价函数，求解总体代价函数，并根据求解结果选择局部飞行路径和全局飞行路径生成无人机飞行路径。

【技术特征摘要】
1.一种无人机飞行路径生成方法，其特征在于，包括：根据场景中地标的关键视角集合生成至少一个有序关键视角子集；根据有序关键视角子集中顺序排列的关键视角生成地标的局部飞行路径，并定义局部飞行路径的代价函数；基于局部飞行路径构建广义旅行销售员问题，求解广义旅行销售员问题，得到至少一条访问至少一个地标的全局飞行路径，并定义全局飞行路径的代价函数；根据局部飞行路径的代价函数和全局飞行路径的代价函数生成总体代价函数，求解总体代价函数，并根据求解结果选择局部飞行路径和全局飞行路径生成无人机飞行路径。2.如权利要求1所述的无人机飞行路径生成方法，其特征在于，根据有序关键视角子集中顺序排列的关键视角生成地标的局部飞行路径，包括：在广义柱坐标系下建立包围地标的柱面；在关键视角的位置在广义柱坐标系中的极径大于柱面的极径的约束条件下，使用B样线条进行插值计算，连接有序关键视角子集中顺序排列的关键视角的位置，生成地标的局部飞行路径。3.如权利要求2所述的无人机飞行路径生成方法，其特征在于，在广义柱坐标系下建立包围地标的柱面，包括：以地标为中心建立广义柱坐标系，在广义柱坐标系的平面极坐标下构建地标的地面投影的边界线；扩展和平滑边界线，生成地标的地面投影的边界曲线；在广义柱坐标系下，基于边界曲线构建地标的柱面。4.如权利要求1所述的无人机飞行路径生成方法，其特征在于，基于局部飞行路径构建广义旅行销售员问题，求解广义旅行销售员问题，得到至少一条访问至少一个地标的全局飞行路径，包括：生成场景中至少一个地标的各种访问顺序；根据局部飞行路径生成地标对应的方向相反的两个节点，并根据至少一个地标对应的方向相反的两个节点和访问顺序生成位于地标外空间的图结构；基于图结构，求解广义旅行销售员问题，得到访问至少一个地标的最短迁移轨迹；根据最短迁移轨迹，使用B样线条生成全局飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄惠，谢科，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44