一种无人机吊舱视觉伺服控制方法、系统、设备及介质与流程

1.本发明属于无人机吊舱智能控制技术领域，具体涉及一种无人机吊舱视觉伺服控制方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.随着无人机相关技术的不断发展和成熟，无人机已经逐渐应用于工业生产、农业、交通等多个民用领域。无人机在上述领域中的一个重要应用需求是无人机对目标的稳定跟踪，而实现无人机对地面目标稳定跟踪的一个关键技术是无人机视觉伺服控制。
3.通常情况下，无人机上装载着相机，通过相机的拍摄和对拍摄数据的处理发现地面目标。基于此的无人机视觉伺服控制是利用视觉信息对无人机吊舱的位姿进行伺服控制，使得无人机吊舱快速到达期望的位姿，使地面目标始终出现在相机拍摄图像平面的中心位置，从而实现对地面目标的跟踪。
4.对于目前的无人机吊舱视觉伺服系统而言，由于其为时变非线性系统，即是不同时刻需要选用不同的pid参数。若采用传统的pid控制器，很难使无人机在整个运行过程具有较好的运行效果。在传统pid控制中，引入积分环节的目的，主要是为了消除静差，提高控制精度。但是在对无人机吊舱姿态启动调节、结束调节或大幅度增减调节量时，这样短时间内的系统输出有很大的偏差，会造成pid运算的积分积累，导致pid控制器输出的控制量超过无人机吊舱允许的最大动作范围对应的极限控制量，从而引起对于无人机吊舱较大的超调，甚至是无人机吊舱的震荡。


技术实现要素：

5.为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种无人机吊舱视觉伺服控制方法、系统、设备及介质。
6.本发明提供的技术方案如下：
7.本发明提出了一种无人机吊舱视觉伺服控制方法，包括：
8.基于飞行控制器输出的无人机位姿得到用于从无人机坐标系到世界坐标系转化的坐标转化矩阵；
9.基于吊舱输出的图像数据得到世界坐标系下地面目标的坐标，并结合飞行控制器输出的世界坐标系下无人机坐标和所述坐标转化矩阵得到无人机坐标系下的差量坐标；
10.根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，并基于吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角控制吊舱进行旋转。
11.作为优选的，所述根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，包括：
12.基于所述差量坐标中的经度和纬度，采用反正切函数得到吊舱需要旋转的偏航角；
13.基于所述差量坐标，结合高度方向的单位向量采用反余弦函数得到吊舱需要旋转
的俯仰角。
14.作为优选的，所述吊舱需要旋转的偏航角的计算式如下：
15.θ
yaw
＝arctan(y3/x3)
16.其中，
17.x3,y3∈a
18.a＝(x3,y3,z3)
19.式中，θ
yaw
为吊舱需要旋转的偏航角，arctan为反正切函数，a为差量坐标，x3为差量坐标a的经度，y3为差量坐标a的纬度，z3为差量坐标a的高度。
20.作为优选的，所述吊舱需要旋转的俯仰角的计算式如下：
21.θ
pitch
＝arccos(a
·
z/||a||2)
22.其中，
23.z＝(0,0,1)
24.式中，θ
pitch
为吊舱需要旋转的俯仰角，arccos为反余弦函数，a为差量坐标，z为高度方向的单位向量，||a||2为差量坐标a的范数。
25.作为优选的，所述差量坐标的计算式如下：
26.a＝r-1
·
(a-b)
27.式中，a为无人机坐标系下的差量坐标，r为坐标转化矩阵，r-1
为坐标转化矩阵r的逆矩阵，a为世界坐标系下地面目标的坐标，b为世界坐标系下的无人机坐标。
28.作为优选的，所述无人机位姿至少包括：无人机的滚转角、无人机的俯仰角以及无人机的偏航角。
29.作为优选的，所述坐标转化矩阵的计算式如下：
[0030][0031]
式中，r为坐标转化矩阵，θ
x
为无人机的滚转角，θy为无人机的俯仰角，θz为无人机的偏航角。
[0032]
基于同一发明构思，本发明还提出了一种无人机吊舱视觉伺服控制系统，包括：
[0033]
坐标转化矩阵生成模块，用于基于飞行控制器输出的无人机位姿得到用于从无人机坐标系到世界坐标系转化的坐标转化矩阵；
[0034]
差量坐标确定模块，用于基于吊舱输出的图像数据得到世界坐标系下地面目标的坐标，并结合飞行控制器输出的世界坐标系下无人机坐标和所述坐标转化矩阵得到无人机坐标系下的差量坐标；
[0035]
吊舱转动输出控制模块，用于根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，并基于吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角控制吊舱进行旋转。
[0036]
作为优选的，所述吊舱转动输出控制模块根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，包括：
[0037]
基于所述差量坐标中的经度和纬度，采用反正切函数得到吊舱需要旋转的偏航角；
[0038]
基于所述差量坐标，结合高度方向的单位向量采用反余弦函数得到吊舱需要旋转
的俯仰角。
[0039]
作为优选的，所述吊舱需要旋转的偏航角的计算式如下：
[0040]
θ
yaw
＝arctan(y3/x3)
[0041]
其中，
[0042]
x3,y3∈a
[0043]
a＝(x3,y3,z3)
[0044]
式中，θ
yaw
为吊舱需要旋转的偏航角，arctan为反正切函数，a为差量坐标，x3为差量坐标a的经度，y3为差量坐标a的纬度，z3为差量坐标a的高度。
[0045]
作为优选的，所述吊舱需要旋转的俯仰角的计算式如下：
[0046]
θ
pitch
＝arccos(a
·
z/||a||2)
[0047]
其中，
[0048]
z＝(0,0,1)
[0049]
式中，θ
pitch
为吊舱需要旋转的俯仰角，arccos为反余弦函数，a为差量坐标，z为高度方向的单位向量，||a||2为差量坐标a的范数。
[0050]
作为优选的，所述差量坐标的计算式如下：
[0051]
a＝r-1
·
(a-b)
[0052]
式中，a为无人机坐标系下的差量坐标，r为坐标转化矩阵，r-1
为坐标转化矩阵r的逆矩阵，a为世界坐标系下地面目标的坐标，b为世界坐标系下的无人机坐标。
[0053]
作为优选的，所述无人机位姿至少包括：无人机的滚转角、无人机的俯仰角以及无人机的偏航角。
[0054]
作为优选的，所述坐标转化矩阵的计算式如下：
[0055][0056]
式中，r为坐标转化矩阵，θ
x
为无人机的滚转角，θy为无人机的俯仰角，θz为无人机的偏航角。
[0057]
基于同一发明构思，本发明又提出了一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；
[0058]
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现上述的一种无人机吊舱视觉伺服控制方法。
[0059]
基于同一发明构思，本发明再提出了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现上述的一种无人机吊舱视觉伺服控制方法。
[0060]
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
[0061]
本发明提供了一种无人机吊舱视觉伺服控制方法、系统、设备及介质，包括：首先基于飞行控制器输出的无人机位姿得到用于从无人机坐标系到世界坐标系转化的坐标转化矩阵；其次，基于吊舱输出的图像数据得到世界坐标系下地面目标的坐标，并结合飞行控制器输出的世界坐标系下无人机坐标和所述坐标转化矩阵得到无人机坐标系下的差量坐标；最后，根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，并基于吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角控制吊舱进行旋转，本发明通过获取无人机的位姿和位
置信息以及地面目标位置，通过坐标转换、三角函数等快速的计算式吊舱的旋转角度并控制吊舱的旋转，从而实现了光电吊舱对地面目标的稳定快速的跟踪锁定。
附图说明
[0062]
图1为本发明提出的一种无人机吊舱视觉伺服控制方法的流程示意图；
[0063]
图2为本发明提出的一种无人机吊舱视觉伺服控制方法在无人机的原理示意图；
[0064]
图3为本发明提出的一种无人机吊舱视觉伺服控制系统的连接示意图。
具体实施方式
[0065]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
[0066]
实施例1：
[0067]
本发明提供了一种无人机吊舱视觉伺服控制方法，如图1所示，包括：
[0068]
步骤1：基于飞行控制器输出的无人机位姿得到用于从无人机坐标系到世界坐标系转化的坐标转化矩阵；
[0069]
步骤2：基于吊舱输出的图像数据得到世界坐标系下地面目标的坐标，并结合飞行控制器输出的世界坐标系下无人机坐标和所述坐标转化矩阵得到无人机坐标系下的差量坐标；
[0070]
步骤3：根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，并基于吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角控制吊舱进行旋转。
[0071]
首先，在步骤1中，基本思路是首先根据无人机当前位姿得到从无人机坐标系到世界坐标系的坐标转换矩阵，即绕x轴，y轴，z轴分别进行旋转。最后将这三个旋转变换矩阵相乘，就能得到在三维空间基于无人机位姿的旋转变换矩阵了。其中，所述无人机位姿至少包括：无人机的滚转角、无人机的俯仰角以及无人机的偏航角。
[0072]
在绕x轴旋转的时候，可以看作在yoz二维平面上的旋转，此时x的值不变，有：
[0073][0074]
在绕y轴旋转的时候，可以看作在zox二维平面上的旋转，此时y的值不变，有：
[0075][0076]
在绕z轴旋转的时候，可以看作在xoy二维平面上的旋转，此时z的值不变
[0077][0078]
最终的三维旋转变换矩阵就是上面三个矩阵相乘，意为三维坐标系分别绕x轴、y轴和z轴旋转相应的角度，有：
[0079]
[0080]
即，所述坐标转化矩阵的计算式如下：
[0081][0082]
式中，r为坐标转化矩阵，θ
x
为无人机的滚转角，θy为无人机的俯仰角，θz为无人机的偏航角。
[0083]
本发明中，世界坐标系下的坐标为经纬高度坐标(由经度、纬度、高度所组成的三维坐标)，在步骤2中，基于吊舱输出的图像数据得到世界坐标系下地面目标的坐标，并结合飞行控制器输出的世界坐标系下无人机坐标和所述坐标转化矩阵得到无人机坐标系下的差量坐标。
[0084]
即是，将目标和无人机的经纬高坐标相减，得到世界坐标系下的向量(经纬高坐标差，即是经度，纬度，高度坐标分别相减)。将所得向量与坐标转换矩阵的逆矩阵相乘，得到无人机坐标系下的向量，即差量坐标(经纬高坐标差)。
[0085]
所述差量坐标的计算式如下：
[0086]
a＝r-1
·
(a-b)
[0087]
其中，
[0088]
a＝(x1,y1,z1)
[0089]
b＝(x2,y2,z2)
[0090]
式中，a为无人机坐标系下的差量坐标，r为坐标转化矩阵，r-1
为坐标转化矩阵r的逆矩阵，a为世界坐标系下地面目标的坐标，x1为世界坐标系下地面目标的坐标a的经度，y1为世界坐标系下地面目标的坐标a的纬度，z1为世界坐标系下地面目标的坐标a的高度，b为世界坐标系下的无人机坐标，x2为世界坐标系下的无人机坐标b的经度，y2为世界坐标系下的无人机坐标b纬度，z2为世界坐标系下的无人机坐标b的高度。
[0091]
在步骤3中，根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，并基于吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角控制吊舱进行旋转。
[0092]
在计算吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，具体的，所述根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，包括：
[0093]
基于所述差量坐标中的经度和纬度，采用反正切函数得到吊舱需要旋转的偏航角；
[0094]
基于所述差量坐标，结合高度方向的单位向量采用反余弦函数得到吊舱需要旋转的俯仰角。
[0095]
其中，计算吊舱需要旋转的偏航角的时候，根据无人机坐标系下差量坐标的第一和第二个元素(即经度和纬度的坐标差)，利用反正切函数求得吊舱的偏航角。
[0096]
即是，所述吊舱需要旋转的偏航角的计算式如下：
[0097]
θ
yaw
＝arctan(y3/x3)
[0098]
其中，
[0099]
x3,y3∈a
[0100]
a＝(x3,y3,z3)
[0101]
式中，θ
yaw
为吊舱需要旋转的偏航角，arctan为反正切函数，a为差量坐标，x3为差
量坐标a的经度，y3为差量坐标a的纬度，z3为差量坐标a的高度。
[0102]
在计算吊舱需要旋转的俯仰角的时候，分别计算出a与向量(0，0，1)的点积和a的范数。将点积与范数相除，并利用反余弦公式计算出角度，从而得到吊舱的俯仰角。
[0103]
即是，所述吊舱需要旋转的俯仰角的计算式如下：
[0104]
θ
pitch
＝arccos(a
·
z/||a||2)
[0105]
其中，
[0106]
z＝(0,0,1)
[0107]
式中，θ
pitch
为吊舱需要旋转的俯仰角，arccos为反余弦函数，a为差量坐标，z为高度方向的单位向量，||a||2为差量坐标a的范数。
[0108]
综上，本发明提出的一种无人机吊舱视觉伺服控制方法，主要是根据目标、无人机的位点信息以及无人机的当前位姿作为输入。经过坐标转换，三角函数等数学计算得到吊舱的偏航角、俯仰角，控制吊舱按照计算结果进行旋转，实现对目标的快速稳定跟踪锁定。可广泛应用于各类无人平台中，如无人机、无人车、无人船、无人潜航器等，具体用于无人平台对目标的自主跟踪锁定中。
[0109]
实施例2：
[0110]
基于同一发明构思，本发明提供了一种无人机，如图2所示，无人机上面安装一个光电吊舱、一个飞行控制器、一个任务计算机。
[0111]
任务计算机的硬件包括有线通信接口和微处理器；有线通信接口可以是串口、网口等，用于连接光电吊舱；任务计算机通过有线通信接口从飞行控制器中实时接收无人机的位姿信息，或接收光电吊舱输出的图像数据，也可通过有线通信接口向光电吊舱发送指令，控制光电吊舱的姿态(如俯仰角、偏航角)；微处理器用于运行软件模块，本发明提出的一种无人机吊舱视觉伺服控制方法即是在软件模块上运行。任务计算机的软件模块包括光电吊舱图像数据处理与目标定位模块、基于三维坐标系的吊舱姿态控制指令生成与发送模块。
[0112]
其中，光电吊舱图像数据处理与目标定位模块，用于接收光电吊舱发出的图像数据，根据接收到的图像数据进行目标检测与定位(这个是现有技术可以完成的)，生成目标的位点信息，并将生成的位点信息转发给基于三维坐标系的吊舱姿态控制指令生成与发送模块。基于三维坐标系的吊舱姿态控制指令生成与发送模块，根据目标、无人机的位点信息以及无人机的当前位姿作为输入。经过坐标转换、三角函数、向量的范数等数学计算生成光电吊舱的姿态控制指令，并发送给光电吊舱，控制光电吊舱的姿态，实现光电吊舱对目标的稳定跟踪锁定。
[0113]
即是，任务计算机通过有线通信接口从飞行控制器中实时接收无人机位姿信息，或接收光电吊舱输出的图像数据，根据接收到的图像数据进行目标检测与定位，生成目标的位点坐标，根据目标、无人机的位点信息以及无人机的当前位姿作为输入。经过坐标转换、三角函数、向量的范数等数学计算，生成光电吊舱的姿态控制指令，并发送给光电吊舱，控制光电吊舱的姿态，实现光电吊舱对目标的稳定跟踪锁定。
[0114]
因此，通过在无人机上加装任务计算机，并在任务计算机上安装光电吊舱图像数据处理与目标定位软件模块、基于三维坐标系的吊舱姿态控制指令生成与发送软件模块，实现了无人机对目标的稳定跟踪锁定。
[0115]
实施例3：
[0116]
基于同一发明构思，本发明提供了一种无人机吊舱视觉伺服控制系统，如图3所示，包括：坐标转化矩阵生成模块、差量坐标确定模块以及吊舱转动输出控制模块。
[0117]
坐标转化矩阵生成模块，用于基于飞行控制器输出的无人机位姿得到用于从无人机坐标系到世界坐标系转化的坐标转化矩阵；
[0118]
差量坐标确定模块，用于基于吊舱输出的图像数据得到世界坐标系下地面目标的坐标，并结合飞行控制器输出的世界坐标系下无人机坐标和所述坐标转化矩阵得到无人机坐标系下的差量坐标；
[0119]
吊舱转动输出控制模块，用于根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，并基于吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角控制吊舱进行旋转。
[0120]
其中，所述吊舱转动输出控制模块根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，包括：
[0121]
基于所述差量坐标中的经度和纬度，采用反正切函数得到吊舱需要旋转的偏航角；
[0122]
基于所述差量坐标，结合高度方向的单位向量采用反余弦函数得到吊舱需要旋转的俯仰角。
[0123]
所述吊舱需要旋转的偏航角的计算式如下：
[0124]
θ
yaw
＝arctan(y3/x3)
[0125]
其中，
[0126]
x3,y3∈a
[0127]
a＝(x3,y3,z3)
[0128]
式中，θ
yaw
为吊舱需要旋转的偏航角，arctan为反正切函数，a为差量坐标，x3为差量坐标a的经度，y3为差量坐标a的纬度，z3为差量坐标a的高度。
[0129]
所述吊舱需要旋转的俯仰角的计算式如下：
[0130]
θ
pitch
＝arccos(a
·
z/||a||2)
[0131]
其中，
[0132]
z＝(0,0,1)
[0133]
式中，θ
pitch
为吊舱需要旋转的俯仰角，arccos为反余弦函数，a为差量坐标，z为高度方向的单位向量，||a||2为差量坐标a的范数。
[0134]
所述差量坐标的计算式如下：
[0135]
a＝r-1
·
(a-b)
[0136]
其中，
[0137]
a＝(x1,y1,z1)
[0138]
b＝(x2,y2,z2)
[0139]
式中，a为无人机坐标系下的差量坐标，r为坐标转化矩阵，r-1
为坐标转化矩阵r的逆矩阵，a为世界坐标系下地面目标的坐标，x1为世界坐标系下地面目标的坐标a的经度，y1为世界坐标系下地面目标的坐标a的纬度，z1为世界坐标系下地面目标的坐标a的高度，b为世界坐标系下的无人机坐标，x2为世界坐标系下的无人机坐标b的经度，y2为世界坐标系下的无人机坐标b纬度，z2为世界坐标系下的无人机坐标b的高度。
[0140]
本发明中，所述无人机位姿至少包括：无人机的滚转角、无人机的俯仰角以及无人机的偏航角。
[0141]
所述坐标转化矩阵的计算式如下：
[0142][0143]
式中，r为坐标转化矩阵，θ
x
为无人机的滚转角，θy为无人机的俯仰角，θz为无人机的偏航角。
[0144]
实施例4：
[0145]
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，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 specificintegrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，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，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能，以实现上述实施例中一种无人机吊舱视觉伺服控制方法的步骤。
[0146]
实施例5：
[0147]
基于同一种发明构思，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种无人机吊舱视觉伺服控制方法的步骤。
[0148]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0149]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0150]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0151]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0152]
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种无人机吊舱视觉伺服控制方法，其特征在于，包括：基于飞行控制器输出的无人机位姿得到用于从无人机坐标系到世界坐标系转化的坐标转化矩阵；基于吊舱输出的图像数据得到世界坐标系下地面目标的坐标，并结合飞行控制器输出的世界坐标系下无人机坐标和所述坐标转化矩阵得到无人机坐标系下的差量坐标；根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，并基于吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角控制吊舱进行旋转。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，包括：基于所述差量坐标中的经度和纬度，采用反正切函数得到吊舱需要旋转的偏航角；基于所述差量坐标，结合高度方向的单位向量采用反余弦函数得到吊舱需要旋转的俯仰角。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述吊舱需要旋转的偏航角的计算式如下：θ
yaw
＝arctan(y3/x3)其中，x3,y3∈aa＝(x3,y3,z3)式中，θ
yaw
为吊舱需要旋转的偏航角，arctan为反正切函数，a为差量坐标，x3为差量坐标a的经度，y3为差量坐标a的纬度，z3为差量坐标a的高度。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述吊舱需要旋转的俯仰角的计算式如下：θ
pitch
＝arccos(a
·
z/||a||2)其中，z＝(0,0,1)式中，θ
pitch
为吊舱需要旋转的俯仰角，arccos为反余弦函数，a为差量坐标，z为高度方向的单位向量，||a||2为差量坐标a的范数。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述差量坐标的计算式如下：a＝r-1
·
(a-b)式中，a为无人机坐标系下的差量坐标，r为坐标转化矩阵，r-1
为坐标转化矩阵r的逆矩阵，a为世界坐标系下地面目标的坐标，b为世界坐标系下的无人机坐标。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机位姿至少包括：无人机的滚转角、无人机的俯仰角以及无人机的偏航角。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述坐标转化矩阵的计算式如下：式中，r为坐标转化矩阵，θ
x
为无人机的滚转角，θ
y
为无人机的俯仰角，θ
z
为无人机的偏航角。8.一种无人机吊舱视觉伺服控制系统，其特征在于，包括：坐标转化矩阵生成模块，用于基于飞行控制器输出的无人机位姿得到用于从无人机坐
标系到世界坐标系转化的坐标转化矩阵；差量坐标确定模块，用于基于吊舱输出的图像数据得到世界坐标系下地面目标的坐标，并结合飞行控制器输出的世界坐标系下无人机坐标和所述坐标转化矩阵得到无人机坐标系下的差量坐标；吊舱转动输出控制模块，用于根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，并基于吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角控制吊舱进行旋转。9.一种计算机设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现权利要求1至7中任一项所述的一种无人机吊舱视觉伺服控制方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现权利要求1至7中任一项所述的一种无人机吊舱视觉伺服控制方法。

技术总结
本发明提供了一种无人机吊舱视觉伺服控制方法、系统、设备及介质，包括首先基于飞行控制器输出的无人机位姿得到用于从无人机坐标系到世界坐标系转化的坐标转化矩阵；其次，基于吊舱输出的图像数据得到世界坐标系下地面目标的坐标，并结合飞行控制器输出的世界坐标系下无人机坐标和所述坐标转化矩阵得到无人机坐标系下的差量坐标；最后，根据所述差量坐标使用三角函数分别得到吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角，并基于吊舱需要旋转的偏航角和俯仰角控制吊舱进行旋转，本发明通过获取无人机的位姿和位置信息以及地面目标位置，通过坐标转换、三角函数等快速的计算式吊舱的旋转角度并控制吊舱的旋转，从而实现光电吊舱对地面目标的稳定快速的跟踪锁定。标的稳定快速的跟踪锁定。标的稳定快速的跟踪锁定。


技术研发人员：赵名扬 晏杰 史殿习 步晓婷 潘建亨 邓鲁克 金昊翔
受保护的技术使用者：天津（滨海）人工智能创新中心
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/10/15