一种针对集群的航拍航线自动生成方法、装置及相关组件与流程

1.本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种针对集群的航拍航线自动生成方法、装置及相关组件。


背景技术：

2.现在无人机即无人驾驶飞机，是利用无线电遥控设备和相应的程序操纵的不载人飞机，由于近年来无人机技术的迅速发展，无人机已经广泛应用于各个领域。
3.在商用航拍的场景例如无人机灯光秀，无人机集群沿着预定的飞行航线飞行，航拍人员通过手动控制航拍机(航拍无人机)对无人机集群进行追踪拍摄，由于无人机灯光秀准备时间长，所以无法多次排练重复拍摄，从而要求无人机航拍在一两次拍摄机会下完成，这对飞手人员操作难度高；同时，每次拍摄的飞行航线、角度都不一致，甚至有很大的差别，导致较难控制航拍机对无人机集群进行拍摄。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种针对集群的航拍航线自动生成方法、装置及相关组件，旨在解决现有通过人工操作航拍机对无人机集群进行拍摄的拍摄效果差，无法保证拍摄画面的完整性的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种针对集群的航拍航线自动生成方法，其包括：
6.从预先编辑的剧本中获取无人机集群在表演坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线为每架无人机在表演坐标系下的所有时刻的飞行航点；
7.基于预先设置的拍摄方向设定航拍坐标系，并将所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线转换为无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线为每架无人机在航拍坐标系下所有时刻的飞行航点；
8.获取航拍机的镜头视场角，并基于所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，遍历计算所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置，使无人机集群处于航拍机的画面中央；
9.将所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置转换至在表演坐标系下的所有时刻的位置，得到所述航拍机的航拍航线。
10.另外，本发明要解决的技术问题是还在于提供一种针对集群的航拍航线自动生成装置，其包括：
11.获取单元，用于从预先编辑的剧本中获取无人机集群在表演坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线为每架无人机在表演坐标系下的所有时刻的飞行航点；
12.一次转换单元，用于基于预先设置的拍摄方向设定航拍坐标系，并将所述无人机
集群在表演坐标系下的飞行航线转换为无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线为每架无人机在航拍坐标系下所有时刻的飞行航点；
13.计算单元，用于获取航拍机的镜头视场角，并基于所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，遍历计算所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置，使无人机集群处于航拍机的画面中央；
14.二次转换单元，用于将所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置转换至在表演坐标系下的所有时刻的位置，得到所述航拍机的航拍航线。
15.另外，本发明实施例又提供了一种计算机设备，其包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述的针对集群的航拍航线自动生成方法。
16.另外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其中所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行上述第一方面所述的针对集群的航拍航线自动生成方法。
17.本发明实施例公开了一种针对集群的航拍航线自动生成方法、装置及相关组件，其中，方法包括：从预先编辑的剧本中获取无人机集群在表演坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线为每架无人机在表演坐标系下的所有时刻的飞行航点；基于预先设置的拍摄方向设定航拍坐标系，并将所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线转换为无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线为每架无人机在航拍坐标系下所有时刻的飞行航点；获取航拍机的镜头视场角，并基于所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，遍历计算所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置，使无人机集群处于航拍机的画面中央；将所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置转换至在表演坐标系下的所有时刻的位置，得到所述航拍机的航拍航线。该方法通过自动生成航拍机的航拍航线，使得航拍机能够自动沿生成的航拍航线飞行，避免手动控制航拍机造成的误差，并且自动生成的航拍机的航拍航线能够始终保持被拍摄的无人机集群处于画面中央，进而保证了拍摄画面的完整性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
19.图1为本发明实施例提供的针对集群的航拍航线自动生成方法的流程示意图；
20.图2为本发明实施例提供的表演坐标系下拍摄方向与无人机的结构示意图；
21.图3为本发明实施例提供的拍摄方向与表演坐标系下x坐标轴的夹角的结构示意图；
22.图4为本发明实施例提供的表演坐标系与航拍坐标系的结构示意图；
23.图5为本发明实施例提供的航拍坐标系下航拍方向的结构示意图；
24.图6为本发明实施例提供的无人机集群与镜头视场角的结构示意图；
25.图7为本发明实施例提供的针对集群的航拍航线自动生成装置的示意性框图；
26.图8为本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
29.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
30.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
31.请参阅图1，图1为本发明实施例提供的针对集群的航拍航线自动生成方法的流程示意图；
32.如图1所示，该方法包括步骤s101～s104。
33.s101、从预先编辑的剧本中获取无人机集群在表演坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线为每架无人机在表演坐标系下的所有时刻的飞行航点；
34.s102、基于预先设置的拍摄方向设定航拍坐标系，并将所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线转换为无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线为每架无人机在航拍坐标系下所有时刻的飞行航点；
35.s103、获取航拍机的镜头视场角，并基于所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，遍历计算所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置，使无人机集群处于航拍机的画面中央；
36.s104、将所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置转换至在表演坐标系下的所有时刻的位置，得到所述航拍机的航拍航线。
37.在本实施例中，在商拍的场景例如无人机灯光秀表演，无人机集群中的无人机会根据预先编辑好的剧本(也称舞步)进行表演，剧本文件中包含用于表演的无人机集群的飞行航点p
xyz
[i][t]，其中，p
xyz
[i][t]表示在表演坐标系下第i个无人机在所有时刻t的空间位置，结合图2，需要说明的是，i＝1、2、3
……
n，i用于表示无人机在无人机集群中的编号，x、y、z分别表示表演坐标系下的三个坐标轴，其中，x坐标轴和y坐标轴表示表演坐标系下水平方向坐标轴，z坐标轴表示表演坐标系下高度方向的坐标轴。
[0038]
例如第1个无人机在表演坐标系下的原点位置起飞，即第一个飞行航点为p
000
[1][1]，然后经过10s的时间后，该无人机在表演坐标系下的x、y、z坐标轴的位置分别为x1＝100、y1＝100和z1＝20，则该处的飞行航点为p
10010020
[1][10]，其中，x1为该无人机在x轴坐标系下的位置与原点之间的距离，同理可知，y1为该无人机在y轴坐标系下的位置与原点之间
的距离，z1为该无人机在z轴坐标系下的位置与原点之间的距离。
[0039]
在实际场景下，航拍机会随着无人机集群的移动而做出相应的移动，现有技术中通过人工控制航拍机的移动，容易造成无人机集群中部分无人机丢失，即部分无人机会消失在航拍机的画面范围内，导致拍摄画面的完整性受到破坏，所以在本实施例中，根据航拍机的拍摄方向设定航拍坐标系x
′y′z′
，以表演无人机看向航拍机的方向为x
′
方向，航拍坐标系与表演坐标系的原点重合，同时，如图3和图4所示，航拍坐标系与表演坐标系下的位置有一个拍摄角度偏差，为了方便计算航拍机的位置，将所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线转换为无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线。
[0040]
具体一实施例中，所述步骤s102包括：
[0041]
s10、按下式计算无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线：
[0042][0043][0044]
p
′z[i][t]＝pz[i][t]
[0045]
其中，x、y、z分别表示表演坐标系下的三个坐标轴，x
′
、y
′
、z
′
分别代表航拍坐标系下的三个坐标轴，表示拍摄方向与x坐标轴的夹角，p
′
x
[i][t]、p
′y[i][t]、p
′z[i][t]分别表示第i个无人机在t时刻在x
′
坐标轴、y
′
坐标轴、z
′
坐标轴上的位置，p
x
[i][t]、py[i][t]、pz[i][t]分别表示第i个无人机在t时刻在x坐标轴、y坐标轴、z坐标轴上的位置。
[0046]
结合图5，通过上述计算，能够快速将无人机集群在表演坐标系下的飞行航线转换为无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线。
[0047]
为了使得无人机集群处于航拍机的画面中央，从而保证拍摄画面的完整性，在一实施例中，所述步骤s103包括：
[0048]
s20、按下式计算在航拍坐标系下航拍机在t时刻的z
′
坐标轴上的位置：
[0049][0050]
其中，n为无人机集群中无人机的总数量；
[0051]
s21、按下式计算在航拍坐标系下航拍机t时刻的在y
′
坐标轴上的位置：
[0052][0053]
在本实施例中，要使得被拍摄的表演无人机集群出现在航拍机的航拍画面的中心，所以航拍机应该和无人机集群的中心位置一样高，先通过步骤s20的计算公式算出在航拍坐标系下航拍机在t时刻的z
′
坐标轴上的位置，即在t时刻，航拍机在航拍坐标系下z
′
坐标轴上的位置等于无人机集群在航拍坐标系下z
′
坐标轴上的位置的平均值，例如无人机集群共有4架无人机，此时i＝1、2、3、4编号的四架无人机在t＝10s时航拍坐标系下z
′
坐标轴上的位置分别为p
′z[1][10]＝100、p
′z[2][10]＝200、p
′z[3][10]＝300、p
′z[4][10]＝400，则此时航拍坐标系下航拍机在t＝10s时的z
′
坐标轴上的位置c
′z[10]＝250，需要说明的是，在本实施例中航拍坐标系和表演坐标系的各坐标轴的长度单位设置为米。
[0054]
同理，利用步骤s21中的公式计算在航拍坐标系下航拍机t时刻的在y
′
坐标轴上的位置，即在t时刻，航拍机在航拍坐标系下y
′
坐标轴上的位置等于无人机集群在航拍坐标系
下y
′
坐标轴上的位置的平均值，例如无人机集群共有4架无人机，此时i＝1、2、3、4编号的四架无人机在t＝10s时航拍坐标系下y
′
坐标轴上的位置分别为p
′y[1][10]＝100、p
′y[2][10]＝200、p
′y[3][10]＝300、p
′y[4][10]＝400，则此时航拍坐标系下航拍机在t＝10s时的y
′
坐标轴上的位置c
′y[10]＝250。
[0055]
结合图6，在本实施例中，所述步骤s103还包括：
[0056]
s30、获取航拍机的镜头视场角θ；
[0057]
s31、计算所述无人机集群在航拍坐标系下在x
′
坐标轴上的偏移：
[0058][0059]
其中，|y
′
|表示无人机集群在航拍坐标系下y
′
坐标轴上的长度，|y
′
|按下式进行计算：
[0060][0061]
其中，分别表示在航拍坐标系下无人机集群在t时刻的y
′
坐标轴上的最大值和最小值；
[0062]
s32、按下式计算在航拍坐标系下航拍机在t时刻的在x
′
坐标轴上的位置：
[0063][0064]
为使得拍摄表演无人机集群充满整个拍摄画面，并具有较好的拍摄效果，所以需要对航拍机在航拍坐标系下x
′
方向上尽量靠近表演无人机集群，同时，为了减少部分表演无人机丢失于拍摄画面的情况，不能让航拍机在航拍坐标系下x
′
方向上离无人机集群太近，所以航拍机的相机镜头视场角要完全覆盖住航拍坐标系下y
′
方向上的无人机集群，故航拍机在航拍坐标系下x
′
方向的坐标需要在无人机集群的中心点坐标基础上偏移δx
′
的距离，即在t时刻，航拍机在航拍坐标系下x
′
坐标轴上的位置等于无人机集群在航拍坐标系下x
′
坐标轴上的位置的平均值加上最小偏移值。
[0065]
例如航拍机的镜头视场角θ＝120
°
，编号i＝1、2、3、4的四架表演无人机组成表演无人机集群，在t＝10s时，i＝1和i＝4两架无人机在航拍坐标系下y
′
坐标轴上的位置间隔最远，即两架无人机在该时表演无人机阵列中在航拍坐标系下y
′
坐标轴上的位置间隔最远，例如两架无人机的位置分别为p
′y[1][100]＝100、p
′y[4][100]＝300，则无人机集群在航拍坐标系下y
′
坐标轴上的长度|y
′
|＝200，根据步骤s31中的格式求得基于i＝1、2、3、4编号的四架无人机在t＝10s时航拍坐标系下x
′
坐标轴上的位置分别为p
′
x
[1][10]＝100、p
′
x
[2][10]＝110、p
′
x
[3][10]＝120、p
′
x
[4][10]＝130，则此时航拍坐标系下航拍机在t＝10s时的x
′
坐标轴上的位置
[0066]
在一实施例中，所述步骤s104包括：
[0067]
s40、按下式将所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置转换至在表演坐标系下的所有时刻的位置：
[0068][0069][0070]cz
[t]＝c
′z[t]；
[0071]
将航拍坐标系x
′y′z′
转换回表演坐标系xyz，即为步骤s10的坐标旋转的逆过程，通过上述步骤，逐一计算得到航拍机在无人机集群每一时刻在航拍坐标系的位置，将所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置转换至在表演坐标系下的所有时刻的位置，得到所述航拍机的航拍航线。
[0072]
在一实施例中，所述步骤s104还包括：
[0073]
s50、按下式将所述航拍机在表演坐标系下所有时刻的位置转换为对应的经纬度：
[0074]clon
＝o
lon
x
[0075]clat
＝o
lat
y
[0076]
其中，c
lon
、c
lat
分别表示航拍机的经度和纬度，o
lon
、o
lat
分别表示表演坐标系的原点经度和原点纬度，x表示航拍机在表演坐标系下x坐标轴的位置，y表示航拍机在表演坐标系下y坐标轴的位置。
[0077]
将表演坐标系下的坐标转换为经纬度得到飞行航线，例如将表演坐标系下x方向、y方向分别表示为东方向和北方向，设置飞行表演起飞位置为表演坐标系原点，表演无人机集群也用同样方法从表演坐标系转换为经纬度，所以原点位置上表演无人机集群和航拍无人机设置相同，即航拍机的经度c
lon
为表演坐标系原点经度o
lon
加上表演坐标系下x在表演坐标系下x坐标轴的位置，同理，航拍机的纬度c
lat
为表演坐标系原点纬度o
lat
加上表演坐标系下y在表演坐标系下y坐标轴的位置。
[0078]
使用本技术的航拍航线自动生成方法通过自动生成航拍机的航拍航线，使得航拍机能够自动沿生成的航拍航线飞行，避免手动控制航拍机造成的误差，并且自动生成的航拍机的航拍航线能够始终保持被拍摄的无人机集群处于画面中央，进而保证了拍摄画面的完整性。
[0079]
本发明实施例还提供一种针对集群的航拍航线自动生成装置，该针对集群的航拍航线自动生成装置用于执行前述针对集群的航拍航线自动生成方法的任一实施例。具体地，请参阅图7，图7是本发明实施例提供的针对集群的航拍航线自动生成装置的示意性框图。
[0080]
如图7所示，针对集群的航拍航线自动生成装置500，包括：
[0081]
获取单元501，用于从预先编辑的剧本中获取无人机集群在表演坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线为每架无人机在表演坐标系下的所有时刻的飞行航点；
[0082]
一次转换单元502，用于基于预先设置的拍摄方向设定航拍坐标系，并将所述无人机集群在表演坐标系下的飞行航线转换为无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，其中，所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线为每架无人机在航拍坐标系下所有时刻的飞行航点；
[0083]
计算单元503，用于获取航拍机的镜头视场角，并基于所述无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线，遍历计算所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置，使无人机集群
处于航拍机的画面中央；
[0084]
二次转换单元504，用于将所述航拍机在航拍坐标系下的所有时刻的位置转换至在表演坐标系下的所有时刻的位置，得到所述航拍机的航拍航线；
[0085]
该装置通过自动生成航拍机的航拍航线，使得航拍机能够自动沿生成的航拍航线飞行，避免手动控制航拍机造成的误差，并且自动生成的航拍机的航拍航线能够始终保持被拍摄的无人机集群处于画面中央，进而保证了拍摄画面的完整性。
[0086]
具体一实施例中，所述一次转换单元502包括：
[0087]
子计算单元：按下式计算无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线：
[0088][0089][0090]
p
′z[i][t]＝pz[i][t]
[0091]
其中，x、y、z分别表示表演坐标系下的三个坐标轴，x
′
、y
′
、z
′
分别代表航拍坐标系下的三个坐标轴，表示拍摄方向与x坐标轴的夹角，p
′
x
[i][t]、p
′y[i][t]、p
′z[i][t]分别表示第i个无人机在t时刻在x
′
坐标轴、y
′
坐标轴、z
′
坐标轴上的位置，p
x
[i][t]、py[i][t]、pz[i][t]分别表示第i个无人机在t时刻在x坐标轴、y坐标轴、z坐标轴上的位置。
[0092]
通过上述子计算单元，能够快速将无人机集群在表演坐标系下的飞行航线转换为无人机集群在航拍坐标系下的飞行航线。
[0093]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0094]
上述针对集群的航拍航线自动生成装置可以实现为计算机程序的形式，该计算机程序可以在如图8所示的计算机设备上运行。
[0095]
请参阅图8，图8是本发明实施例提供的计算机设备的示意性框图。该计算机设备1100是服务器，服务器可以是独立的服务器，也可以是多个服务器组成的服务器集群。
[0096]
参阅图8，该计算机设备1100包括通过系统总线1101连接的处理器1102、存储器和网络接口1105，其中，存储器可以包括非易失性存储介质1103和内存储器1104。
[0097]
该非易失性存储介质1103可存储操作系统11031和计算机程序11032。该计算机程序11032被执行时，可使得处理器1102执行针对集群的航拍航线自动生成方法。
[0098]
该处理器1102用于提供计算和控制能力，支撑整个计算机设备1100的运行。
[0099]
该内存储器1104为非易失性存储介质1103中的计算机程序11032的运行提供环境，该计算机程序11032被处理器1102执行时，可使得处理器1102执行针对集群的航拍航线自动生成方法。
[0100]
该网络接口1105用于进行网络通信，如提供数据信息的传输等。本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备1100的限定，具体的计算机设备1100可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0101]
本领域技术人员可以理解，图8中示出的计算机设备的实施例并不构成对计算机设备具体构成的限定，在其他实施例中，计算机设备可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。例如，在一些实施例中，计算机设备可以仅包括存
储器及处理器，在这样的实施例中，存储器及处理器的结构及功能与图8所示实施例一致，在此不再赘述。
[0102]
应当理解，在本发明实施例中，处理器1102可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器1102还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0103]
在本发明的另一实施例中提供计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质可以为非易失性的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例的针对集群的航拍航线自动生成方法。
[0104]
所述存储介质为实体的、非瞬时性的存储介质，例如可以是u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，rom)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的实体存储介质。
[0105]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的设备、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0106]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。