CN109911153B - 一种可固定式切换摄像角度的无人设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可固定式切换摄像角度的无人设备，包括：无人设备本体；摄像系统，与所述无人设备本体固定式连接，且包括图传模块以及至少一个相机；控制系统，包括至少一个处理器；驱动系统，用于接收所述控制系统的控制信号，并根据所述控制信号切换所述摄像系统的至少一个相机至第一位置和/或第二位置，使所述至少一个相机拍摄在第一位置和/或第二位置的影像信息；其中，所述图传模块用于将所述至少一个相机所拍摄的影像信息传输至所述处理器，所述处理器接收并处理所述影像信息。本发明通过至少一个相机即可实现水上和水下环境的观测，便于获得不同场景的影像。

Description

一种可固定式切换摄像角度的无人设备

技术领域

本发明涉及水下无人设备领域，特别涉及一种可固定式切换摄像角度的无人设备。

背景技术

水下机器人也称无人遥控潜水器，是一种工作于水下的机器人。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。水下机器人可在高度危险环境、被污染环境以及零可见度的水域代替人工在水下作业。水下机器人检测应用领域广泛，比如可应用于安全搜救，比如可应用于检查大坝、桥墩结构、海上救助打捞和近海搜索等。还有可应用于管道检查，比如可用于排污/排涝管道、下水道检查，洋输油管道检查，跨江、跨河管道检查。可应用于船舶河道海洋石油，比如船体检修，水下锚、推进器、船底探查，航道排障、港口作业，水下结构检修、海洋石油工程。再者可应用于科研教学，比如水环境、水下生物的观测、研究和教学，海洋考察，冰下观察。可应用于水下娱乐，比如水下摄影，潜水地点选择。以及可应用于渔业，比如深水网箱渔业养殖，人工渔礁调查。

近年来，无人机以其优越的性能，以及有人机所不可比拟的优势，在遥感航拍、抗震救灾、农林业、环境监测、通信中继和快递服务等方面得到了广泛的应用。无人机适用于空中环境，例如航空摄影，建筑物检测，大气检测，农业植保等。无人机的主要优势体现在体积小、重量轻，检修和维护方便简单；而且具有极强的环境适应性，无需专用起降场，对天气条件要求也较低，优越的低空性能使云下作业变得轻而易举，从而大大提高了工作效率。

然而现有技术中，无论水下机器人或无人机的摄像机、照相机等观测设备都仅能达到单一环境的观测，无法同时涵盖水上与水下的影像采集，当需要观测的环境同时具备水域、空域或陆域时，二者都无法兼顾跨域的操作与观测。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可固定式切换摄像角度的无人设备，包括：无人设备本体；摄像系统，与所述无人设备本体固定式连接，且包括图传模块以及至少一个相机；控制系统，包括至少一个处理器；驱动系统，用于接收所述控制系统的控制信号，并根据所述控制信号切换所述摄像系统的至少一个相机至第一位置和/或第二位置，使所述至少一个相机拍摄在第一位置和/或第二位置的影像信息；其中，所述图传模块用于将所述至少一个相机所拍摄的影像信息传输至所述处理器，所述处理器接收并处理所述影像信息。

可选的，所述至少一个相机为一个，所述摄像系统通过在第一位置和第二位置间切换所述至少一个相机的位置来获得对应于所述第一位置和所述第二位置的所述影像信息。

可选的，所述至少一个相机为两个，所述摄像系统通过使第一相机在第一位置拍摄、第二相机在第二位置拍摄，以同时获得对应于所述第一位置和所述第二位置的所述影像信息。

可选的，所述至少一个相机为两个，所述摄像系统通过同时切换该两个相机到第一位置或第二位置，以获得对应于所述第一位置或所述第二位置的所述影像信息。

可选的，所述处理器根据所述影像信息判断是否有障碍物，所述控制系统根据判断结果控制所述无人设备的运动以避开所述障碍物。

可选的，所述图传模块具有两条传输路径，所述图传模块通过所述两条传输路径分别连接所述两个相机。

可选的，所述驱动系统包括至少一个电机单元，所述电机单元用以驱动对应的所述相机切换到所述第一位置或所述第二位置。

可选的，所述控制系统接收远端装置的使用者输入，并根据所述使用者输入产生所述控制信号，其中所述使用者输入包括对应于所述至少一个相机的位置切换信息。

可选的，所述图传模块通过无线链路来传输所述影像信息至所述处理器，所述无线链路可以是Wi-Fi，Bluetooth，ZigBee，InfraRed，NFC其中一种。

可选的，所述第一位置对应于所述无人设备本体所处的第一介质环境，所述第二位置对应于所述无人设备本体所处的第二介质环境，所述第一介质环境和所述第二介质环境分别是空气和水其中之一。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的无人设备的系统架构示意图。

图2是本发明实施例的无人船的操作示意图。

图3是本发明实施例的无人设备的系统架构示意图。

图4是本发明实施例的无人设备的系统架构示意图。

图5是本发明实施例的无人机的操作示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语一个、另一个、第一、第二、第三等来描述……，但这些……不应限于这些术语。这些术语仅用来将……区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，一个电机也可以被称为另一个电机，类似地，第二电机也可以被称为第一电机。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的各种实施例。

如图1所示，本实施例提供一种可固定式切换摄像角度的无人设备100，包括无人设备本体1、控制系统2、驱动系统3，摄像系统4以及通信系统5，摄像系统4与无人设备本体1为固定式连接，不是可插拔或可简易拆卸的连接方式，并且可以固定切换二个拍摄位置。无人设备100的操作可受远端装置600的控制，或是根据设定的路径或模式自主操作。控制系统2包括处理器21，处理器21可用以例如处理无人设备100所接收的指令、信号或信息，以及控制无人设备100的其他单元或模组。驱动系统3包括电机31，电机31可接收处理器21发出的控制信号，并根据控制信号产生输出信号。摄像系统4包括图传模块41以及至少一个相机42，电机31通过输出信号驱动对应的相机42切换到相应位置以拍摄该位置的影像信息，图传模块41用于将相机42所拍摄的影像信息传输至处理器21。处理器21接收并处理影像信息，并根据处理的结果执行对应的操作，例如通过通信系统5输出至远端装置600，或是根据影像信息判断是否有障碍物，如果发现障碍物则进行蔽障。处理器21还可以接收远端装置600的使用者输入，并根据使用者输入产生控制信号。例如，使用者可通过远端装置600发送将相机42切换到第二位置的使用者输入，处理器21接收到使用者输入后，对应产生切换相机42到第二位置的控制信号。图传模块41可通过有线或无线的方式与处理器21进行传输，而通信系统5也可通过有线或无线的方式与远端装置600进行通信。

在本发明的一个实施例中，相机42为一个，且可通过在第一位置和/或第二位置间切换相机42的位置来实现获取对应于第一位置和/或第二位置的影像信息。例如，处理器21可以根据使用者输入将相机42的位置切换到第一位置，并持续拍摄对应于第一位置的影像信息。或者，处理器21可控制驱动系统3来回切换相机42在第一位置和第二位置之间，每个位置固定停留一段时间区间后切换到另一个位置，或是拍摄某个数量的影像信息后切换到另一个位置。又或者，处理器21可以根据其他的判断条件来决定是否需要切换相机42的位置。

在本发明的另一个实施例中，相机42为二个，且可通过在第一位置和/或第二位置间切换相机42的位置来实现获取对应于第一位置和/或第二位置的影像信息，其中二个相机42可以位于相同的位置，也可以位于相异的位置。例如，处理器21可设置第一相机42在第一位置和第二相机42在第二位置，使摄像系统4可同时获得对应于第一位置和第二位置的影像信息；在此情况下，处理器21也可对第一位置的影像信息和第二位置的影像信息进行不同的处理以达到不同的目的，例如将第一位置的影像信息传输到远端装置600，以及根据第二位置的影像信息执行障碍回避。在其他实施例中，处理器21可使第一相机42和第二相机42同时切换到相同的位置，使摄像系统4可获得对应于该位置的影像信息。处理器21可以根据使用者输入或是其他预设条件来切换相机42的位置，并根据不同的目的或用途处理所接收到的影像信息，例如传输到远端装置600，辨识障碍物或其他物体，回避障碍物，或是使无人设备100锁定和/或追踪辨识到的物体等等。

在本发明其他实施例中，相机42的数量可以是二个以上，处理器21可根据使用者输入或是其他判断条件来切换每个相机42的位置是处于第一位置和/或第二位置，处理器21也可利用获得的影像信息进行各种处理以达到不同的目的。

根据本发明的实施例，无人设备本体1在操作时可以有一部分暴露在第一介质中，而另一部分暴露在第二介质中，其中第一介质和第二介质可以分别是空气或水。也就是说，无人设备100有一部分处在空气中，而其他部分处在水中，控制系统2可切换相机42的位置在水面上使相机42处于空气中，或是切换到水面下使相机42处于水中，以获取水上或水下的影像信息。无人设备可以是水下机器人、无人船、寻鱼器、潜水器、无人机等，而且第一位置为水下、第二位置为水上，借以实现摄像系统的水下和水上摄像功能。

图2为本发明实施例的可固定式切换摄像角度的无人船200，如图所示，无人船200的摄像系统4包括一个相机42，无人船本体1可漂浮并行驶在水面上，船身相对于水平面有部分位于水面上(亦即空气中)其余部分位于水面下(亦即水中)。相机42可受控制系统2(未绘示)的控制而切换拍摄位置，例如位于水面上的第一位置。当接收到水下拍摄的控制指令时，则相机42的位置会被切换到位于水面下的第二位置。

图3为本发明另一实施例的可固定式切换摄像角度的无人设备300的方块图，在此实施例中，摄像系统具有一个相机。如图3所示，无人设备300包括处理器211、图传模块411、相机421、电机311和驱动控制单元321。相机421与电机311为固定式机械连接，并且可响应于电机311的输出变化量而改变位置。处理器211可发送控制信号给驱动控制单元321，驱动控制单元321对应产生输出信号来驱动电机311改变输出，使相机421跟随电机311的输出变化量而转换位置。在此实施例中，相机421与图传模块411可通过有线或无线的方式进行传输，其中无线传输方式可以是Wi-Fi，Bluetooth，ZigBee，InfraRed，NFC的任何一种。在本发明的一个实施例中，控制信号为脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)信号，PWM信号的信息对应驱动控制单元321的输出信号。

图4为本发明另一实施例的可固定式切换摄像角度的无人设备400的方块图，在此实施例中，摄像系统具有二个相机。如图4所示，无人设备400包括处理器212、图传模块412、相机422、相机423、电机312、电机313和驱动控制单元322。相机422、423与电机312、313为固定式机械连接，并且可响应于电机312、313的输出变化量而改变位置。处理器212可发送控制信号给驱动控制单元322，驱动控制单元322对应产生输出信号来驱动电机312、313改变输出，使相机422、423跟随电机312、313的输出变化量而转换位置。在此实施例中，驱动控制单元322可提供不同的输出信号给电机312、313，使电机312、313带动相机422、相机423移动到不同的位置。在其他实施例中，驱动控制单元322可提供相同的输出信号给电机312、313，使电机312、313带动相机422、相机423同步移动到相同的位置。

图5为本发明实施例的可固定式切换摄像角度的无人机500，如图所示，无人机500的摄像系统4包括二个相机42A、42B，无人机本体1可悬停或滑翔在水面上，机身相对于水平面有部分位于水面上(亦即空气中)，其余部分位于水面下(亦即水中)。相机42A、42B可受控制系统2(未绘示)的控制而切换拍摄位置，例如往第一方向滑翔时，相机42A位于第一位置(亦即水面上)，相机42B位于第二位置(亦即水中)，并且将相机42A所拍摄的影像信息用于障碍回避，而相机42B所拍摄的影像信息则传送到远端装置。当使用者通过远端装置改变无人机500滑翔方向到第二方向时，控制系统2切换相机42A到第二位置，相机42B到第一位置，则改用相机42B所拍摄的影像信息于障碍回避，并传送相机42A所拍摄的影像信息到远端装置。

综上所述，在本发明实施例中，无人设备本体在操作时可以有一部分暴露在第一介质中，而另一部分暴露在第二介质中，其中第一介质和第二介质可以分别是空气或水。也就是说，无人设备有一部分处在空气中，而其他部分处在水中，控制系统可切换相机的位置在水面上使相机处于空气中，或是切换到水面下使相机处于水中，以获取水上或水下的影像信息。无人设备可以是水下机器人、无人船、寻鱼器、潜水器、无人机等，而且第一位置和第二位置为水上和/或水下，借以实现摄像系统的水下和水上摄像功能。

以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，其中所述分离器件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为电路的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种可固定式切换摄像角度的无人设备，其特征在于，包括：

无人设备本体；

摄像系统，与所述无人设备本体固定式连接，且包括图传模块以及至少一个相机；

控制系统，包括至少一个处理器；

驱动系统，用于接收所述控制系统的控制信号，并根据所述控制信号切换所述摄像系统的至少一个相机至第一位置和/或第二位置，使所述至少一个相机拍摄在第一位置和/或第二位置的影像信息；

其中，所述图传模块用于将所述至少一个相机所拍摄的影像信息传输至所述处理器，所述处理器接收并处理所述影像信息；

其中，所述至少一个相机为两个，两个相机分别与两个电机固定式机械连接，并且可响应于电机的输出变化量而改变位置；所述摄像系统通过使第一相机在第一位置拍摄、第二相机在第二位置拍摄，以同时获得对应于所述第一位置和所述第二位置的所述影像信息；

所述第一位置对应于所述无人设备本体所处的第一介质环境，所述第二位置对应于所述无人设备本体所处的第二介质环境，所述第一介质环境和所述第二介质环境分别是空气和水其中之一；

无人设备滑翔在水面上，当所述无人设备往第一方向滑翔时，第一相机位于第一位置，第二相机位于第二位置，将第一相机所拍摄的影像信息用于障碍回避，第二相机所拍摄的影像信息则传送到远端装置；当无人设备往第二方向滑翔时，驱动系统切换第一相机到第二位置，第二相机到第一位置，将第二相机所拍摄的影像信息用于障碍回避，第一相机所拍摄的影像信息则传送到远端装置。

2.根据权利要求1任一所述的可固定式切换摄像角度的无人设备，其特征在于，所述处理器根据所述影像信息判断是否有障碍物，所述控制系统根据判断结果控制所述无人设备的运动以避开所述障碍物。

3.根据权利要求1所述的可固定式切换摄像角度的无人设备，其特征在于，所述图传模块具有两条传输路径，所述图传模块通过所述两条传输路径分别连接所述两个相机。

4.根据权利要求1任一项所述的可固定式切换摄像角度的无人设备，其特征在于，所述驱动系统包括至少一个电机单元，所述电机单元用以驱动对应的所述相机切换到所述第一位置或所述第二位置。

5.根据权利要求1任一项所述的可固定式切换摄像角度的无人设备，其特征在于，所述控制系统接收远端装置的使用者输入，并根据所述使用者输入产生所述控制信号，其中所述使用者输入包括对应于所述至少一个相机的位置切换信息。

6.根据权利要求1所述的可固定式切换摄像角度的无人设备，其特征在于，所述图传模块通过无线链路来传输所述影像信息至所述处理器，所述无线链路可以是Wi-Fi,Bluetooth,ZigBee,InfraRed,NFC其中一种。

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