用于利用视觉标记进行监视的系统和方法背景技术
诸如无人飞行器(UAV)等飞行器可以用于执行监视、侦查和勘探任务以供军事和
民用应用。这样的飞行器可以携带被配置用于执行特定功能的负载(payload)。
当在环境中导航时，典型的UAV可能与外部系统通信。UAV可能在导航信号(诸如来
自全球定位软件(GPS)信号的信号)较弱的环境中操作。这可能对UAV的自主导航带来挑战。
发明内容
需要提供一种无需依赖于诸如全球定位软件(GPS)信号等导航传感器的信号强度
和可靠性而在环境中导航无人飞行器(UAV)的方法。本文提供了用于在环境中定位和导航
UAV的系统和方法。所述系统和方法还提供了向UAV传送方向以供监视和导航用途的能力。
可以在环境中提供标记以辅助UAV导航。所述标记可以是视觉标记，其可以允许UAV获得其
方位和/或向所述UAV传送指令。
在本公开内容的一方面，一种用于进行环境监视的方法包括在所述环境内定位无
人飞行器(UAV)，其中所述定位通过以下方式来确定：使用所述UAV的一个或多个视觉传感
器检测具有视觉图案并附着至所述环境内的一个或多个表面的一个或多个视觉标记；以及
使用所述UAV的一个或多个传感器来收集所述环境内的视觉图像和/或音频数据，从而进行
所述环境监视。
所述环境可以是室内环境。所述环境可以是在其中全球定位系统(GPS)信号不可
靠的环境。所述UAV的定位可以包括确定所述UAV在三维空间中的位置。
在一些实施方式中，所述UAV的重量可以小于1000g并且具有不超过100cm的最大
尺寸。
所述视觉图案中的形状的顶点可以被检测并用于计算相对于一个或多个视觉标
记的定位。所述一个或多个视觉标记可以包括具有包括正方形的视觉图案的带。所述视觉
图案可以包括不同颜色的正方形。所述正方形的顶点可以被检测并用于计算所述视觉图案
的所述部分的尺寸。
所述方法还可以包括借助于一个或多个处理器，基于所述视觉图案来确定所述
UAV在三维坐标系内的位置。所述三维坐标系可以是全局坐标系。所述三维坐标系可以是局
部坐标系。
所述方法还可以包括辨别所述视觉图案并由所述UAV基于辨别出的视觉图案来实
现响应。
在一些情况下，定位可以包括使用(1)所述UAV机载的所述一个或多个视觉传感器
的一个或多个固有特性、(2)视觉标记的已知位置以及(3)由所述UAV机载的所述视觉传感
器拍摄的所述视觉标记的图像中的一组点来计算所述UAV相对于所述视觉标记的旋转和位
置。
所述一个或多个视觉传感器中的至少一个可以是相机。所述UAV可以在自主移动
的同时在所述环境内进行监视。所述UAV的定位可以借助于所述UAV机载的一个或多个处理
器而发生。
在一些实施方式中，所述方法还可以包括借助于所述UAV机载的一个或多个传感
器来检测障碍物；以及调整所述UAV的飞行方向以避开所述障碍物。
可以借助于红外检测器或雷达检测器来确定定位。
在本公开内容的一方面，一种定位无人飞行器(UAV)的方法可以包括：在所述UAV
飞行的同时，借助于所述UAV的一个或多个视觉传感器来捕捉包括视觉标记的图像，所述视
觉标记具有视觉图案并附着至所述环境内的表面；计算所述图像中的所述视觉标记的所述
视觉图案的至少一部分的尺寸；以及借助于一个或多个处理器，基于所述视觉图案的所述
部分的尺寸来确定所述UAV在三维坐标系内的位置。
所述环境可以是室内环境。所述环境可以是全球定位系统(GPS)信号不可靠所在
的环境。
在一些实施方式中，所述UAV的重量可以小于1000g并且具有不超过100cm的最大
尺寸。
所述尺寸可以是在所述视觉图案中的形状的顶点之间。
所述视觉图案中的形状的顶点可以被检测并用于计算相对于一个或多个视觉标
记的定位。所述一个或多个视觉标记可以包括具有包括正方形的视觉图案的带。所述视觉
图案可以包括不同颜色的正方形。所述正方形的顶点可以被检测并用于计算所述视觉图案
的所述部分的尺寸。
所述方法还可以包括借助于一个或多个处理器，基于所述视觉图案来确定所述
UAV在三维坐标系内的位置。所述三维坐标系可以是全局坐标系。所述三维坐标系可以是局
部坐标系。
所述方法还可以包括辨别所述视觉图案并由所述UAV基于辨别出的视觉图案来实
现响应。
在一些情况下，定位可以包括使用(1)所述UAV机载的所述一个或多个视觉传感器
的一个或多个固有特性、(2)视觉标记的已知位置以及(3)由所述UAV机载的所述视觉传感
器拍摄的所述视觉标记的图像中的一组点来计算所述UAV相对于所述视觉标记的旋转和位
置。所述尺寸可以用于计算所述UAV距所述视觉标记的距离。所述尺寸可以用于计算所述
UAV相对于所述视觉标记的角度。
所述一个或多个视觉传感器中的至少一个可以是相机。当所述一个或多个视觉传
感器捕捉所述图像时，所述UAV可以正自主地巡逻所述环境。一个或多个处理器可以是所述
UAV机载的。
在一些实施方式中，所述方法还可以包括借助于所述UAV机载的一个或多个传感
器来检测障碍物；以及调整所述UAV的飞行方向以避开所述障碍物。
所述方法还可以包括借助于所述UAV机载的一个或多个传感器来检测障碍物；以
及调整所述UAV的飞行方向以避开所述障碍物。
可以借助于红外检测器或雷达检测器来确定定位。
在本公开内容的一方面，一种在环境内定位无人飞行器(UAV)的系统可以包括：所
述UAV的一个或多个视觉传感器，其被配置用于在所述UAV飞行的同时捕捉包括视觉标记的
图像，所述视觉标记具有视觉图案并附着至所述环境内的表面；以及一个或多个处理器，其
被单独地或共同地配置用于：(1)计算所述图像中的所述视觉标记的所述视觉图案的至少
一部分的尺寸；以及(2)基于所述视觉图案的所述部分的尺寸，确定所述UAV在三维坐标系
内的位置。
所述环境可以是室内环境。所述环境可以是在其中GPS信号不可靠的环境。所述
UAV的重量可以小于1000g并且具有不超过100cm的最大尺寸。
所述标记尺寸可以是在所述视觉图案中的形状的顶点之间。所述视觉标记可以是
具有包括正方形的视觉图案的带。所述视觉图案可以包括不同颜色的正方形。所述正方形
的顶点可以被检测并用于计算所述视觉图案的所述部分的尺寸。所述三维坐标系可以是三
维全局坐标系。所述三维坐标系可以是三维局部坐标系。可以辨别所述视觉图案，并且可以
由所述UAV基于辨别出的视觉图案来实现响应。
所述一个或多个处理器可被配置用于使用所述UAV机载的所述一个或多个视觉传
感器的一个或多个固有特性、视觉标记的已知位置以及由所述UAV机载的所述视觉传感器
拍摄的所述视觉标记的图像中的一组点来计算所述UAV相对于所述视觉标记的旋转和位
置。
所述一个或多个视觉传感器中的至少一个可以是相机。所述尺寸可以用于计算所
述UAV距所述视觉标记的距离。所述尺寸可以用于计算所述UAV相对于所述视觉标记的角
度。
当所述一个或多个视觉传感器捕捉所述图像时，所述UAV可以自主地巡逻所述环
境。所述一个或多个处理器可以是所述UAV机载的。所述UAV还可被配置用于借助所述UAV机
载的一个或多个传感器来检测障碍物；以及调整所述UAV的飞行方向以避开所述障碍物。
可以借助于红外检测器或雷达检测器来确定定位。
在本公开内容的另一方面，一种在环境内定位无人飞行器(UAV)的方法可以包括：
在所述UAV飞行的同时，借助于所述UAV的一个或多个视觉传感器来捕捉包括视觉标记的图
像，所述视觉标记具有所述环境内的唯一视觉图案并附着至所述环境内的表面；基于所述
图像中的所述视觉标记的所述唯一视觉图案，从多个不同的标记中辨别和区分所述视觉标
记，其中辨别出的视觉标记具有已知位置，所述已知位置不同于所述多个不同的标记的位
置；以及借助于一个或多个处理器，基于辨别出的视觉标记的所述已知位置来确定所述UAV
在三维坐标系内的位置。
所述环境可以是室内环境。所述环境可以是在其中GPS信号不可靠的环境。所述
UAV的重量可以小于1000g并且具有不超过100cm的最大尺寸。
所述视觉图案中的形状的顶点可以被检测并用于计算相对于所述一个或多个视
觉标记的定位。所述视觉标记可以是具有包括正方形的唯一视觉图案的带。所述唯一视觉
图案可以包括不同颜色的正方形。所述唯一视觉图案可以包括AprilTag。所述唯一视觉图
案可以包括QR码。所述唯一视觉图案可以包括条形码。
所述方法还可以包括计算所述图像中的所述视觉标记的所述唯一视觉图案的至
少一部分的尺寸；以及借助于所述一个或多个处理器，基于所述唯一视觉图案的所述部分
的尺寸来确定UAV在所述三维坐标系内的位置。
所述三维坐标系可以是三维全局坐标系。所述三维坐标系可以是三维局部坐标
系。
所述方法还可以包括辨别所述视觉图案并由所述UAV基于辨别出的视觉图案来实
现响应。
所述方法还可以包括通过使用所述UAV机载的所述一个或多个视觉传感器的一个
或多个固有特性、视觉标记的已知位置以及由所述UAV机载的所述视觉传感器拍摄的所述
视觉标记的图像中的一组点计算所述UAV相对于所述视觉标记的旋转和位置来在所述环境
内定位所述UAV。
所述一个或多个处理器可以是所述UAV机载的。当所述一个或多个视觉传感器捕
捉所述图像时，所述UAV可以自主地巡逻所述环境。所述方法还可以包括借助于所述UAV机
载的一个或多个传感器来检测障碍物；以及调整所述UAV的飞行方向以避开所述障碍物。
可以借助于红外检测器或雷达检测器来确定定位。
在本公开内容的另一方面，一种用于在环境内定位无人飞行器(UAV)的系统可以
包括：所述UAV的一个或多个视觉传感器，其被配置用于在所述UAV飞行的同时捕捉包括视
觉标记的图像，所述视觉标记具有所述环境内的唯一视觉图案并附着至所述环境内的表
面；以及一个或多个处理器，其被单独地或共同地配置用于：基于所述图像中的所述视觉标
记的所述唯一视觉图案，从多个不同的标记中辨别和区分所述视觉标记，其中辨别出的视
觉标记具有已知位置，所述已知位置不同于所述多个不同的标记的位置；以及基于辨别出
的视觉标记的所述已知位置，确定所述UAV在三维坐标系内的位置。
所述环境可以是室内环境。所述环境可以是GPS信号不可靠所在的环境。所述UAV
的重量可以小于1000g并且具有不超过1000cm的最大尺寸。
所述视觉图案中的形状的顶点可以被检测并用于计算相对于所述一个或多个视
觉标记的定位。所述视觉标记可以是具有包括正方形的唯一视觉图案的带。所述唯一视觉
图案可以包括不同颜色的正方形。所述唯一视觉图案可以包括AprilTag。所述唯一视觉图
案可以包括QR码。所述唯一视觉图案可以包括条形码。
所述一个或多个处理器可被配置用于计算所述图像中的所述视觉标记的所述唯
一视觉图案的至少一部分的尺寸；以及基于所述唯一视觉图案的所述部分的尺寸，确定UAV
在所述三维坐标系内的位置。
所述三维坐标系可以是三维全局坐标系。所述三维坐标系可以是三维局部坐标
系。
可以辨别所述视觉图案，并且可以由所述UAV基于辨别出的视觉图案来实现响应。
所述一个或多个处理器可被配置用于使用所述UAV机载的所述一个或多个视觉传
感器的一个或多个固有特性、视觉标记的已知位置以及由所述UAV机载的所述视觉传感器
拍摄的所述视觉标记的图像中的一组点来计算所述UAV相对于所述视觉标记的旋转和位
置。
所述一个或多个视觉传感器中的至少一个可以是相机。当所述一个或多个视觉传
感器捕捉所述图像时，所述UAV可以自主地巡逻所述环境。一个或多个处理器可以是所述
UAV机载的。可以借助于红外检测器或雷达检测器来确定定位。
在本公开内容的另一方面，一种在环境内定位无人飞行器(UAV)的方法可以包括：
在所述UAV飞行的同时，借助于所述UAV的一个或多个视觉传感器来捕捉包括视觉标记的图
像，所述视觉标记具有视觉图案；借助于一个或多个处理器，从多个不同的图案中辨别和区
分所述视觉图案，其中辨别出的视觉图案引发来自所述UAV的响应，所述响应不同于由所述
多个不同的图案引发的响应；以及由所述UAV实现对所述视觉标记的辨别出的视觉图案的
响应。
所述环境可以是室内环境。所述环境可以是GPS信号不可靠所在的环境。所述UAV
的重量可以小于1000g并且具有不超过100cm的最大尺寸。
所述视觉图案中的形状的顶点可以被检测并用于计算相对于所述一个或多个视
觉标记的定位。所述视觉标记可以是具有包括正方形的唯一视觉图案的带。所述唯一视觉
图案可以包括不同颜色的正方形。所述唯一视觉图案可以包括AprilTag。所述唯一视觉图
案可以包括QR码。所述唯一视觉图案可以包括条形码。
所述响应可以独立于所述UAV的飞行。所述响应可以包括调整所述UAV的负载的位
置。所述负载可以是所述UAV机载的相机。所述响应可以包括捕捉选定主体的图像。所述响
应可以发生在辨别和区分所述视觉图案之后的预定时间量内。所述响应可以发生在辨别和
区分所述视觉图案之后的预定距离内。所述响应可以包括改变所述UAV的姿态。所述响应可
以包括使所述UAV在特定的方向上和/或以特定的速度飞行。所述响应可以包括使所述UAV
飞上楼梯或飞下楼梯。所述响应可以影响所述UAV的飞行。所述响应可以包括使所述UAV的
飞行遵循一组预设指令。在一些情况下，所述视觉标记是带，并且所述响应包括使所述UAV
的飞行遵循所述带。
所述方法还可以包括计算所述图像中的所述视觉标记的所述唯一视觉图案的至
少一部分的尺寸；以及借助于所述一个或多个处理器，基于所述唯一视觉图案的所述部分
的尺寸来确定UAV在所述三维坐标系内的位置。
所述三维坐标系可以是三维全局坐标系。所述三维坐标系可以是三维局部坐标
系。可以通过采用N点透视(PNP)算法来计算所述UAV的局部坐标。
所述方法还可以包括通过使用所述UAV机载的所述一个或多个视觉传感器的一个
或多个固有特性、视觉标记的已知位置以及由所述UAV机载的所述视觉传感器拍摄的所述
视觉标记的图像中的一组点计算所述UAV相对于所述视觉标记的旋转和位置来定位所述
UAV。所述一个或多个视觉传感器中的至少一个可以是相机。
所述一个或多个处理器可以是所述UAV机载的。当所述一个或多个视觉传感器捕
捉所述图像时，所述UAV可以自主地巡逻所述环境。所述方法还可以包括借助于所述UAV机
载的一个或多个传感器来检测障碍物；以及调整所述UAV的飞行方向以避开所述障碍物。所
述定位还可以借助于红外检测器或雷达检测器来确定。
在本发明的另一方面，一种用于在环境内定位无人飞行器(UAV)的系统可以包括：
所述UAV的一个或多个视觉传感器，其被配置用于在所述UAV飞行的同时捕捉包括视觉标记
的图像，所述视觉标记具有视觉图案；以及一个或多个处理器，其被单独地或共同地配置用
于：(1)借助于一个或多个处理器，从多个不同的图案中辨别和区分所述视觉图案，其中辨
别出的视觉图案引发来自所述UAV的响应，所述响应不同于由所述多个不同的图案引发的
响应；以及(2)由所述UAV实现对所述视觉标记的辨别出的视觉图案的响应。
所述环境可以是室内环境。所述环境可以是在其中GPS信号不可靠的环境。所述
UAV的重量可以小于1000g并且具有不超过100cm的最大尺寸。
所述视觉图案中的形状的顶点可以被检测并用于计算相对于所述一个或多个视
觉标记的定位。所述视觉标记可以是具有包括正方形的唯一视觉图案的带。所述唯一视觉
图案可以包括不同颜色的正方形。所述唯一视觉图案可以包括AprilTag。所述唯一视觉图
案可以包括QR码。所述唯一视觉图案可以包括条形码。
所述响应可以独立于所述UAV的飞行。所述响应可以包括调整所述UAV的负载的位
置。所述负载可以是所述UAV机载的相机。所述响应可以包括捕捉选定主体的图像。所述响
应可以发生在辨别和区分所述视觉图案之后的预定时间量内。所述响应可以发生在辨别和
区分所述视觉图案之后的预定距离内。所述响应可以包括改变所述UAV的姿态。所述响应可
以包括使所述UAV在特定的方向上和/或以特定的速度飞行。所述响应可以包括使所述UAV
飞上楼梯或飞下楼梯。所述响应可以影响所述UAV的飞行。所述响应可以包括使所述UAV的
飞行遵循一组预设指令。在一些情况下，所述视觉标记是带，并且所述响应包括使所述UAV
的飞行遵循所述带。
所述系统还可以包括计算所述图像中的所述视觉标记的所述视觉图案的至少一
部分的尺寸；以及借助于所述一个或多个处理器，基于所述视觉图案的所述部分的尺寸来
确定UAV在所述三维坐标系内的位置。
所述三维坐标系可以是三维全局坐标系。所述三维坐标系可以是三维局部坐标
系。可以通过采用N点透视(PNP)算法来计算所述UAV的局部坐标。
所述一个或多个处理器被配置用于使用所述UAV机载的所述一个或多个视觉传感
器的一个或多个固有特性、视觉标记的已知位置以及由所述UAV机载的所述视觉传感器拍
摄的所述视觉标记的图像中的一组点来计算所述UAV相对于所述视觉标记的旋转和位置。
所述一个或多个视觉传感器中的至少一个可以是相机。
当所述一个或多个视觉传感器捕捉所述图像时，所述UAV可以自主地巡逻所述环
境。所述一个或多个处理器可以是所述UAV机载的。所述系统还可以包括借助于所述UAV机
载的一个或多个传感器来检测障碍物；以及调整所述UAV的飞行方向以避开所述障碍物。所
述定位还可以借助于红外检测器或雷达检测器来确定。
在本公开内容的另一方面，一种在环境内定位无人飞行器(UAV)的方法可以包括：
在所述环境内提供多个视觉标记，其中所述环境内的所述视觉标记中的每一个具有对于所
述环境是唯一的视觉图案；在所述UAV在所述环境内飞行的同时，借助于所述UAV的一个或
多个视觉传感器来捕捉包括检测到的视觉标记的图像，所述视觉标记具有从所述多个视觉
标记辨别出的视觉图案；借助于一个或多个处理器，由所述UAV来实现对具有辨别出的视觉
图案的检测到的视觉标记的导航响应。
所述导航响应可以包括确定所述UAV在三维坐标系中的位置。所述导航响应可以
包括使所述UAV根据一组预设飞行命令飞行。所述导航响应可以包括使所述UAV飞行至相对
于所述检测到的视觉标记的预定位置。所述导航响应可以包括使所述UAV飞行至一位置，所
述UAV的所述一个或多个视觉传感器被配置用于从所述位置捕捉与所述检测到的视觉标记
不同的视觉标记的图像。所述环境可以是室内环境。所述环境可以是全球定位系统(GPS)信
号不可靠所在的环境。所述UAV的重量可以小于1000g并且具有不超过100cm的最大尺寸。
所述视觉图案中的形状的顶点可以被检测并用于计算相对于所述一个或多个视
觉标记的定位。所述视觉标记可以是具有包括正方形的唯一视觉图案的带。所述唯一视觉
图案可以包括不同颜色的正方形。所述唯一视觉图案可以包括AprilTag。所述唯一视觉图
案可以包括QR码。所述唯一视觉图案可以包括条形码。
所述响应可以独立于所述UAV的飞行。所述响应可以包括调整所述UAV的负载的位
置。所述负载可以是所述UAV机载的相机。所述响应可以包括捕捉选定主体的图像。所述响
应可以发生在辨别和区分所述视觉图案之后的预定时间量内。所述响应可以发生在辨别和
区分所述视觉图案之后的预定距离内。所述响应可以包括改变所述UAV的姿态。所述响应可
以包括使所述UAV在特定的方向上和/或以特定的速度飞行。所述响应可以包括使所述UAV
飞上楼梯或飞下楼梯。所述响应可以影响所述UAV的飞行。所述响应可以包括使所述UAV的
飞行遵循一组预设指令。在一些情况下，所述视觉标记是带，并且所述响应包括使所述UAV
的飞行遵循所述带。
所述方法还可以包括计算所述图像中的所述视觉标记的所述视觉图案的至少一
部分的尺寸；以及借助于所述一个或多个处理器，基于所述视觉图案的所述部分的尺寸来
确定UAV在所述三维坐标系内的位置。
所述三维坐标系可以是三维全局坐标系。所述三维坐标系可以是三维局部坐标
系。可以通过采用N点透视(PNP)算法来计算所述UAV的局部坐标。
所述方法还可以包括通过使用所述UAV机载的所述一个或多个视觉传感器的一个
或多个固有特性、视觉标记的已知位置以及由所述UAV机载的所述视觉传感器拍摄的所述
视觉标记的图像中的一组点计算所述UAV相对于所述视觉标记的旋转和位置来在所述环境
内定位所述UAV。
所述一个或多个视觉传感器中的至少一个可以是相机。当所述一个或多个视觉传
感器捕捉所述图像时，所述UAV可以自主地巡逻所述环境。所述一个或多个处理器可以是所
述UAV机载的。所述方法还可以包括借助于所述UAV机载的一个或多个传感器来检测障碍
物；以及调整所述UAV的飞行方向以避开所述障碍物。所述定位还可以借助于红外检测器或
雷达检测器来确定。
在本公开内容的另一方面，一种在环境内定位无人飞行器(UAV)的方法可以包括：
在所述环境内提供连续的视觉标记，其中所述连续的视觉标记在所述环境内提供路径；在
所述UAV在所述环境内飞行的同时，借助于所述UAV的一个或多个视觉传感器来捕捉包括具
有视觉图案的所述连续的视觉标记的至少一部分的图像；由所述UAV实现飞行响应，以保持
所述连续的视觉标记处于所述UAV的视距内。
所述连续的标记可以是带。所述环境可以是室内环境。所述环境可以是GPS信号不
可靠所在的环境。所述UAV的重量可以小于1000g并且具有不超过100cm的最大尺寸。
所述视觉图案中的形状的顶点可以被检测并用于计算相对于所述一个或多个视
觉标记的定位。所述视觉标记可以是具有包括正方形的唯一视觉图案的带。所述唯一视觉
图案可以包括不同颜色的正方形。所述唯一视觉图案可以包括AprilTag。所述唯一视觉图
案可以包括QR码。所述唯一视觉图案可以包括条形码。
所述响应可以独立于所述UAV的飞行。所述响应可以包括调整所述UAV的负载的位
置。所述负载可以是所述UAV机载的相机。所述响应可以包括捕捉选定主体的图像。所述响
应可以发生在辨别和区分所述视觉图案之后的预定时间量内。所述响应可以发生在辨别和
区分所述视觉图案之后的预定距离内。所述响应可以包括改变所述UAV的姿态。所述响应可
以包括使所述UAV在特定的方向上和/或以特定的速度飞行。所述响应可以包括使所述UAV
飞上楼梯或飞下楼梯。所述响应可以影响所述UAV的飞行。所述响应可以包括使所述UAV的
飞行遵循一组预设指令。在一些情况下，所述视觉标记是带，并且所述响应包括使所述UAV
的飞行遵循所述带。
当所述一个或多个视觉传感器捕捉所述图像时，所述UAV可以自主地巡逻所述环
境。所述方法还可以包括借助于所述UAV机载的一个或多个传感器来检测障碍物；以及调整
所述UAV的飞行方向以避开所述障碍物。还可以借助于红外检测器或雷达检测器来确定定
位。
通过考察说明书、权利要求书和附图，本发明的其他目的和特征将会变得清楚。
援引并入
本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用而并入本文，其程
度犹如具体地和个别地指出要通过引用而并入每一单个出版物、专利或专利申请。
附图说明
在所附权利要求书中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考对在其中利用到本
发明原理的说明性实施方式加以阐述的以下详细描述和附图，将会对本发明的特征和优势
获得更好的理解；在附图中：
图1示出了被配置用于在环境中进行监视的UAV。
图2示出了视觉标记的示例。
图3示出了可以由UAV检测到的视觉标记的顶点的示例。
图4示出了具有机载部件的UAV。
图5示出了UAV从两个垂直位置检测视觉标记。
图6示出了UAV从两个水平位置检测视觉标记。
图7示出了UAV通过基于对视觉标记的检测来确定位置而检测和避开障碍物。
图8示出了UAV排除对视觉标记的误检事件。
图9示出了视觉标记，所述视觉标记包括标志以将指令传递给UAV。
图10示出了UAV沿着一路径遵循视觉标记带。
图11示出了UAV响应于来自多个视觉标记的位置指令。
图12示出了UAV根据编码于视觉标记上的信息来解译环境。
图13示出了UAV响应于由视觉标记编码的指令而调整负载的位置。
图14示出了根据本发明实施方式的无人飞行器。
图15示出了根据本发明实施方式的包括载体和负载的可移动物体。
图16是根据本发明实施方式的用于控制可移动物体的系统的示意图，所述示意图
通过框图来说明。
具体实施方式
本发明的系统、装置和方法提供了用于自动辅助无人飞行器(UAV)在环境中导航
的定位方法。对UAV的描述可适用于任何其他类型的无人载运工具或者任何其他类型的可
移动物体。
可以提供UAV用于巡逻环境，以收集关于所述环境或者所述环境中一个或多个主
体的信息。UAV可以遵循穿过环境的限定路径，或者UAV可以遵循非结构化路径。UAV可以自
主地或半自主地跟随感兴趣的主体并且收集关于所述感兴趣的主体的传感数据。传感数据
可以是视觉数据、音频数据、位置数据和/或移动数据。位于监视环境中的UAV可以通过通信
网络而从机外控制中心接收命令。通信网络可以是有线的或无线的。在一些情况下，UAV可
以从图案识别机构接收通信，所述图案识别机构对放置于环境中的视觉标记上所编码的指
令进行解译。
UAV可以收集环境中的视觉信息。可以使用视觉传感器来收集视觉信息。在一些情
况下，视觉传感器可以是相机。视觉传感器还可以用于检测视觉标记，以确定UAV在环境中
的位置。在一些情况下，一个视觉传感器可以用于检测视觉标记和收集环境中的视觉信息
二者。在其他情况下，UAV可以具有至少两个视觉传感器，以使得第一视觉传感器被配置用
于检测视觉标记而第二视觉传感器被配置用于收集环境中的视觉信息。视觉传感器可以位
于UAV的机身中，或者视觉传感器可以是附着至UAV的外部负载。UAV还可以使用音频传感器
(例如，麦克风)来收集环境中的音频信息。所收集的信息可以被收集并存储在位于UAV机载
或机外的存储器存储装置上。所收集的信息可以由用户实时地监控。备选地，所收集的信息
可以在收集之后由用户存储在存储器存储装置上并审查。在一些情况下，UAV可以发出音频
或视觉信号作为对所述UAV已经进入或离开指定位置的警告或指示。
可由UAV的一个或多个视觉传感器检测的视觉标记可以分布在环境中。视觉标记
可以是或者可以不是可在视觉上彼此区分的。视觉标记可以位于已知位置处，并且可以用
于确定UAV位置。视觉标记还可以用于辅助UAV在环境中导航和/或在所述环境内执行任务。
UAV可被配置用于在环境中执行监视任务，以进行安全评估。UAV可以使用多个传
感器在环境中收集信息，所述多个传感器与UAV机载或机外的一个或多个处理器通信。所述
处理器可以解译所收集的信息，以便确定可以指示出危险或不安全条件的事件。当由处理
器检测到危险或不安全条件时，所述处理器可以指令UAV产生警报。
图1示出了无人飞行器(UAV)101的示例。UAV 101可以具有一个或多个传感器。UAV
101可以包括一个或多个视觉传感器102，诸如图像传感器。例如，图像传感器可以是单目相
机、立体视觉相机、雷达、声呐或红外相机。UAV 101还可以包括可以用于确定UAV的位置的
其他传感器，诸如全球定位系统(GPS)传感器、可以用作惯性测量单元(IMU)的一部分或者
与其分开的惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、磁力计)、激光雷达、超声传感器、声传感
器、WiFi传感器。UAV可以具有UAV机载的传感器，所述传感器直接从环境中收集信息，而不
为了附加信息或处理来联系UAV机外的附加部件。例如，直接在环境中收集数据的传感器可
以是视觉传感器或音频传感器。备选地，UAV可以具有UAV机载但与UAV机外的一个或多个部
件联系以收集关于环境的数据的传感器。例如，联系UAV机外的部件以收集关于环境的数据
的传感器可以是GPS传感器或依赖于到另一装置(诸如卫星、塔、路由器、服务器或其他外部
装置)的连接的另一传感器。传感器的各种示例可以包括但不限于位置传感器(例如，全球
定位系统(GPS)传感器、支持位置三角测量法的移动装置发射器)、视觉传感器(例如，能够
检测可见光、红外光或紫外光的成像装置，诸如相机)、接近度或范围传感器(例如，超声传
感器、激光雷达、飞行时间相机或深度相机)、惯性传感器(例如，加速度计、陀螺仪、惯性测
量单元(IMU))、高度传感器、姿态传感器(例如，罗盘)、压力传感器(例如，气压计)、音频传
感器(例如，麦克风)或场传感器(例如，磁力计、电磁传感器)。可以使用任何合适数目和组
合的传感器，诸如一个、两个、三个、四个、五个或更多个传感器。可选地，可以从不同类型
(例如，两种、三种、四种、五种或更多种类型)的传感器接收数据。不同类型的传感器可以测
量不同类型的信号或信息(例如，位置、定向、速度、加速度、接近度、压力等)和/或利用不同
类型的测量技术来获取数据。例如，传感器可以包括主动式传感器(例如，生成和测量来自
其自身能源的能量的传感器)和被动式传感器(例如，检测可用能量的传感器)的任何合适
的组合。又例如，一些传感器可以生成依据全局坐标系提供的绝对测量数据(例如，由GPS传
感器提供的位置数据、由罗盘或磁力计提供的姿态数据)，而其他传感器可以生成依据局部
坐标系提供的相对测量数据(例如，由陀螺仪提供的相对角速度；由加速度计提供的相对平
移加速度；由视觉传感器提供的相对姿态信息；由超声传感器、激光雷达或飞行时间相机提
供的相对距离信息)。UAV机载或机外的传感器可以收集信息，诸如UAV的位置、其他物体的
位置、UAV 101的定向或者环境信息。单个传感器可以能够在环境中收集完整的一组信息，
或者一组传感器可以共同工作以在环境中收集完整的一组信息。传感器可以用于位置的映
射、位置之间的导航、障碍物的检测或者目标的检测。传感器可以用于对环境或感兴趣的主
体103的监视。
本文对UAV 101的任何描述均可适用于任何类型的可移动物体。对UAV的描述可以
适用于任何类型的无人可移动物体(例如，其可以穿越天空、陆地、水或空间)。UAV可以能够
响应于来自遥控器的命令。遥控器可以不连接至UAV，所述遥控器可以从一距离与所述UAV
无线通信。在一些情况下，UAV可以能够自主地或半自主地操作。UAV可以能够遵循一组预编
程的指令。在一些情况下，UAV可以通过响应于来自遥控器的一个或多个命令而半自主地操
作，而否则自主地操作。例如，来自遥控器的一个或多个命令可以根据一个或多个参数而发
起由UAV进行的一系列自主或半自主动作。
所述UAV 101可以是飞行器。UAV可以具有可允许所述UAV在空中四处移动的一个
或多个动力单元。所述一个或多个动力单元可以使得UAV能够关于一个或多个、两个或更多
个、三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、六个或更多个自由度移动。在一些情况
下，UAV可以能够围绕一个、两个、三个或更多个旋转轴旋转。旋转轴可以彼此正交。旋转轴
可以在UAV的整个飞行过程中保持彼此正交。旋转轴可以包括俯仰轴、横滚轴和/或偏航轴。
UAV可以能够沿着一个或多个维度移动。例如，UAV可以能够由于一个或多个旋翼所生成的
升力而向上移动。在一些情况下，UAV可以能够沿着Z轴(其可以是相对于UAV的定向而向上
的)、X轴和/或Y轴(其可以是横向的)移动。UAV可以能够沿着一个、两个或三个可彼此正交
的轴移动。
UAV 101可以是旋翼飞机。在一些情况下，UAV可以是可包括多个旋翼的多旋翼飞
机。所述多个旋翼可以能够旋转以便为UAV生成升力。旋翼可以是动力单元，其可以使得UAV
能够在空中自由移动。旋翼可以按同一速率旋转和/或可以生成等量的升力或推力。旋翼可
以可选地以不同的速率旋转，这可以生成不等量的升力或推力和/或允许UAV旋转。在一些
情况下，可以在UAV上提供一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多
个旋翼。可以布置旋翼以使得它们的旋转轴彼此平行。在一些情况下，旋翼可以具有相对于
彼此成任何角度的旋转轴，这可以影响UAV的运动。
所示的UAV可以具有多个旋翼。所述旋翼可以连接至UAV的机身，所述机身可以包
括控制单元、一个或多个传感器、处理器和电源。传感器可以包括视觉传感器和/或可以收
集关于UAV环境的信息的其他传感器。来自传感器的信息可以用于确定UAV的位置。旋翼可
以经由可从机身的中心部分分出的一个或多个臂或延伸物而连接至所述机身。例如，一个
或多个臂可以从UAV的中央机身径向延伸，并且在所述臂的末端或所述末端附近可以具有
旋翼。
通过维持和/或调整对UAV的一个或多个动力单元的输出，可以控制所述UAV的垂
直位置和/或速度。例如，增大UAV的一个或多个旋翼的旋转速度可以辅助使所述UAV增加高
度或者以更快的速率增加高度。增大所述一个或多个旋翼的旋转速度可以增大旋翼的推
力。减小UAV的一个或多个旋翼的旋转速度可以辅助使UAV降低高度或以更快的速率降低高
度。减小所述一个或多个旋翼的旋转速度可以减小所述一个或多个旋翼的推力。当UAV起飞
时，可以将可以提供给动力单元的输出从其先前的已降落状态增大。当UAV降落时，可以将
提供给动力单元的输出从其先前的飞行状态减小。UAV可被配置成以实质垂直的方式起飞
和/或降落。
通过维持和/或调整对UAV的一个或多个动力单元的输出，可以控制所述UAV的横
向位置和/或速度。UAV的高度和UAV的一个或多个旋翼的旋转速度可以影响UAV的横向移
动。例如，UAV可以于特定的方向上倾斜以在所述方向上移动，而UAV的旋翼的速度可以影响
横向移动的速度和/或移动轨迹。可以通过改变或维持UAV的一个或多个旋翼的旋转速度来
控制UAV的横向位置和/或速度。
UAV 101可以具有小尺寸。UAV可以能够由人类搬运和/或携带。UAV可以能够由人
类单手携带。
UAV 101可以具有不超过100cm的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、对角线、直
径)。在一些情况下，所述最大尺寸可以小于或等于1mm、5mm、1cm、3cm、5cm、10cm、12cm、
15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm、80cm、85cm、
90cm、95cm、100cm、110cm、120cm、130cm、140cm、150cm、160cm、170cm、180cm、190cm、200cm、
220cm、250cm或300cm。可选地，UAV的最大尺寸可以大于或等于本文所描述的值中的任一。
UAV可以具有落在本文所描述的值中任何两个之间的范围内的最大尺寸。
UAV 101可以是轻型的。例如，UAV的重量可以小于或等于1mg、5mg、10mg、50mg、
100mg、500mg、1g、2g、3g、5g、7g、10g、12g、15g、20g、25g、30g、35g、40g、45g、50g、60g、70g、
80g、90g、100g、120g、150g、200g、250g、300g、350g、400g、450g、500g、600g、700g、800g、
900g、1kg、1.1kg、1.2kg、1.3kg、1.4kg、1.5kg、1.7kg、2kg、2.2kg、2.5kg、3kg、3.5kg、4kg、
4.5kg、5kg、5.5kg、6kg、6.5kg、7kg、7.5kg、8kg、8.5kg、9kg、9.5kg、10kg、11kg、12kg、13kg、
14kg、15kg、17kg或20kg。UAV可以具有大于或等于本文所描述的值中的任一的重量。UAV可
以具有落在本文所描述的值中任何两个之间的范围内的重量。
UAV 101可以包括视觉传感器，诸如单目相机、立体视觉相机、雷达、声呐或红外相
机。UAV 101还可以包括传感器，诸如GPS、IMU、激光雷达或本文别处所描述的任何其他类型
的传感器。UAV机载的传感器可以收集信息，诸如UAV的位置、其他物体的位置、UAV 101的定
向或者环境信息。单个传感器可以能够完全确定上述参数中的任一个，或者一组传感器可
以共同工作以确定所列参数之一。传感器可以用于位置的映射、位置之间的导航、障碍物的
检测、目标的检测或者对感兴趣的物体或环境的监视。
传感器可以位于UAV机上或机外。机载传感器可以位于UAV 101的机身上。传感器
可以附着至UAV 101的机身外部和/或传感器可以附着至UAV 101的机身内部。传感器可以
位于机身上的单一区域中心。备选地，传感器可以位于机身上的不同位置。传感器可以永久
地或可移除地附着至UAV 101。UAV 101可以具有可被配置用于携带负载的载体。传感器可
以附着至所述载体。
传感器可以以一个或多个传感器参数为特征。传感器参数可以是固有参数或外部
参数。固有参数可以涉及传感器的内部配置。固有参数的示例可以包括焦距、比例因子、径
向畸变系数和切向畸变系数。固有参数可以是取决于硬件配置的任何参数，在一些情况下，
可以通过传感器的出厂设置来设定固有参数。外部参数可以涉及任何两个或更多个传感器
之间的空间关系。每个传感器可以具有独立于UAV机载的其他传感器的相对坐标系。外部特
性对于传感器融合(组合来自UAV上不同位置处的传感器的数据)可能是重要的。传感器融
合可以涉及变换给定传感器的相对坐标以匹配另一传感器的参考系的过程。
UAV可被配置用于在空间或环境中进行监视。所述空间可以是室外空间或室内空
间或者室内空间和室外空间的组合。UAV可以自动地或半自动地在空间中定位其自身。UAV
可以用位置传感器(例如，GPS传感器)来定位其自身。备选地，UAV可以通过解译视觉标记的
图像来定位其自身。视觉标记可以是用于在定位传感器不可靠的环境中对定位传感器的备
选定位机制。视觉标记可以与一种或多种类型的定位传感器组合使用。视觉标记可以具有
定位标记。视觉标记可以粘附或附着至空间或环境中的一个或多个表面。
关于UAV飞行的数据可以与用于监视的UAV的一个或多个传感器所捕捉的数据相
关。例如，可以存储UAV的位置(例如，纬度、经度、高度或任何其他坐标系)、UAV的姿态(例
如，关于横滚轴、俯仰轴和/或偏航轴的角度)。诸如位置和姿态等关于UAV的信息可以与定
时数据相关。例如，时钟可以提供于UAV机上或者外部装置上，其可记录时间用于UAV定位。
时间数据可以与UAV的对应位置和/或姿态相关联。此基于时间的数据可以与UAV的一个或
多个传感器所捕捉的数据(诸如由UAV机载的相机捕捉的图像数据)相关。可选地，相机数据
(例如，相机相对于UAV的姿态和/或定时信息)可以与其他数据相关。在一些实施方式中，
UAV可以能够围绕本文所描述的轴中的任一自由旋转至少约45度、90度、180度、270度、360
度或720度。负载(例如，相机)可以能够相对于UAV围绕本文所描述的轴中的任一自由旋转
至少约45度、90度、180度、270度、360度或720度。在监视期间，此数据可以用于确定UAV的定
位以及理解由传感器捕捉的区域(例如，由相机捕捉的视野)的定位。
图2示出了定位标记的示例。定位标记可以存在于室内环境中，诸如在建筑物内。
建筑物的内部可能具有微弱的GPS信号或者没有GPS信号。定位标记可以粘附至环境中的表
面。在整个环境中，可以存在一个或多个定位标记和/或定位标记的连续带。一个或多个定
位标记和/或定位标记的连续带可以粘附至房间、走廊、壁龛、壁橱或其他围绕物中的一个
表面或多个表面。环境可以是室内环境。定位标记可以具有离散形状。例如，定位标记可以
是正方形、矩形、圆形、三角形、六边形或者具有任何其他形状。定位标记可以粘附至室内环
境中的天花板、墙壁、支撑梁、物体或地板。定位标记可以是连续带。定位标记可以是具有统
一或不统一尺寸的一系列不连接的标记。定位标记可以是黑色的和白色的，或者定位标记
可以是多种颜色的。定位标记可以包括具有可识别顶点的多种几何形状。所述多种几何形
状可以包括视觉图案。几何形状可以是三角形、正方形、五边形、六边形或任何其他规则或
不规则的多边形。定位标记视觉图案可以包括至少一种类型的多边形。定位标记可以包括
重复图案、棋盘、成行和/或成列的重复多边形或者多边形阵列。定位标记可以具有在一致
的重复图案中的颜色交替的形状。在图2中所示的示例中，标记包括一组正方形。图2中的示
例标记示出了黑色的和白色的正方形，备选地，所述正方形可以是其他颜色。
在备选实施方式中，标记可以不是视觉标记。标记可以通过另一传感交互来检测。
在一些情况下，标记可以是音频标记。当UAV离开或进入指定位置时，标记可以提供音频或
视觉警告。标记可以发出可由UAV检测到的频率范围内的声干扰。发出的声干扰的频率范围
可以处于人类检测到的频率范围之外的频率范围中。UAV可以通过分析声干扰中的畸变来
确定其位置。声干扰可以指令UAV移动以执行任务。在另一情况下，标记可以发出RFID、无线
电或WiFi信号，所述信号可以由UAV检测到并由UAV处理以确定位置。在一些实施方式中，标
记可以发出可检测的物质，例如气体。所述可检测物质对于由人类和其他动物吸入和消耗
可以是安全的。UAV可以使用所述气体在UAV检测到所述气体的位置处的浓度以及所述气体
的扩散特性来确定其相对于标记的位置。
不同位置处的不同标记可以彼此区分。例如，不同的标记可以发出不同的信号。在
一个示例中，由第一音频标记发出的声音可以不同于由第二音频标记发出的声音。所述声
音可以具有不同的频率、谐波或模式。因此，通过识别声音模式，UAV可以能够区分所述UAV
是靠近第一位置处的第一音频标记还是第二位置处的第二音频标记。类似地，不同的无线
电可以发出不同的信号，或者不同的气体标记可以发出不同组成的气体。UAV可以能够基于
辨别出的标记以及辨别出的标记的已知位置来确定其位置。
本文对视觉标记或定位标记的任何描述均可适用于包括非视觉标记在内的任何
其他类型的标记，并且反之亦然。
定位标记可以由纸或塑料材料制成。定位标记可以是屏幕显示器(例如，液晶显示
器(LCD)、触摸屏、LED屏、OLED屏或等离子屏幕显示器)。备选地，定位标记可以从安装在环
境中的投影仪投影到表面上。定位标记可以是与计算机单元通信的屏幕显示器或投影仪。
定位标记可以是静态(例如，不变的)的或动态的(例如，可变的)。计算机单元可以改变定位
标记上的图案。改变图案可以改变UAV与定位标记的交互。可以用胶、树脂、磁体或硬件部件
(例如，螺钉、紧固件、Velcro、铆钉、钉或卡扣)将定位标记粘附至表面。定位标记可以永久
地或可移除地附着至表面。
在环境中，视觉标记可以是统一的。环境可以仅包含一种类型的视觉标记，其中视
觉标记的类型可以是指视觉标记上的特定图案。视觉标记上的图案的差异可以是图案中形
状类型、图案中形状数目、图案中形状颜色、图案中形状大小比例中的差异和/或者编码图
案中的差异。在一些情况下，环境可以包含一种以上类型的视觉标记。环境中的不同视觉标
记可以由不同的UAV所识别。UAV机载或机外的处理器可被配置用于在不同的视觉标记之间
进行区分。在示例中，不同的UAV可以是具有不同任务、具有不同功能或属于不同公司的
UAV。在一些实施方式中，UAV可被配置成仅识别并遵循一种类型的视觉标记。
例如，第一UAV可被配置成识别第一类型的视觉标记，而不识别第二类型的视觉标
记。第二UAV可被配置成识别第二类型的视觉标记，而不识别第一类型的视觉标记。例如，第
一视觉标记类型可以包括交替的黑色正方形和白色正方形。第二视觉标记类型可以包括交
替的红色圆形和绿色圆形。第一UAV可以仅将黑色正方形和白色正方形图案识别为视觉标
记，而忽略红色圆形和绿色圆形图案。类似地，第二UAV可以仅将红色圆形和绿色圆形图案
识别为视觉标记，而忽略黑色正方形和白色正方形图案。
UAV可以识别静态图案。例如，UAV可以将静止图像识别为视觉标记。所述静止图像
可以从第一静止图像变成第二静止图像。例如，可以将视觉标记实现为可以示出第一静止
图像并继而变成第二静止图像的屏幕。在一些情况下，UAV可以将两个静止图像都识别为标
记，或者不同的UAV可以将静止图像识别为标记(例如，第一UAV可以将第一静止图像识别为
标记，而第二UAV可以将第二静止图像识别为标记)。在一些情况下，UAV可以识别可以改变
的视觉标记。改变的实际变化或序列可以是允许UAV识别视觉标记之物的一部分。UAV可以
识别视觉标记随时间推移的改变，以辨别所述视觉标记。例如，可以将视觉标记实现为可以
示出视频序列的屏幕。
视觉标记可由UAV解译，以确定所述UAV在环境中的定位或位置。在全球定位系统
(GPS)信号不可靠的情况下，可以使用视觉标记在环境中定位UAV。在示例中，GPS信号在室
内环境和在远程位置中可能是不可靠的。UAV可以能够局部地或全局地在环境内确定其位
置。局部位置可以是指相对于物体、地标或环境中已知定位的位置。在示例中，局部位置可
以是环境的基本方向极限(例如，建筑物的北端)或者距物体或地标的上方距离以及角度
(例如，方位角为30°、姿态为45°以及距地标的径向距离为10英尺)。备选地，UAV可以确定其
在环境中的全局位置。全局位置可以是空间中的位置，例如经度和纬度。UAV可以在环境中
进行监视。此外，视觉标记可以向UAV传达指令。指令可以是与UAV位置、UAV任务、UAV传感
器、信息处理有关和/或与环境中的人、物体或载运工具的交互有关的命令。UAV可以在接收
到命令之后的指定时间间隔内执行所述命令。UAV可以在行进与传达命令的标记距离指定
距离之后执行所述命令。命令可以涉及控制UAV的运动。在示例中，指令可以是增加或减小
高度、改变定向航向、降落在表面上、开启或关闭传感器、用传感器捕捉数据、向机外服务器
或处理器传输传感器数据或者与环境中的另一载运工具或物体交互。指令可以引发来自
UAV的响应。在示例中，响应可以是调整负载的位置、负载的调换、捕捉选定主体的图像、使
UAV在特定的方向上以特定速度或加速度和/或高度飞行或前进或者使UAV飞上楼梯或飞下
楼梯。切换负载的指令可以包括拾取负载、卸载负载和/或添加附加负载的指令。指令可以
指定特定的位置以带来负载。在一些情况下，指令可以使提供于UAV机上的警报响起。
视觉标记可以由UAV机载的视觉传感器来检测。图4示出了UAV400机上可能存在的
可能部件的框图。UAV 400可以具有一个或多个传感器401。所述一个或多个传感器可以包
括视觉传感器，诸如单目相机。所述一个或多个传感器可以通过有线或无线连接而与处理
器402电子通信或网络通信。所述处理器可被配置用于对传感器数据进行分析。分析可以包
括使用传感器数据来确定或计算UAV的位置。UAV还可以包括机载存储器存储装置403。存储
器存储装置可以通过有线或无线连接而与处理器和/或一个或多个传感器电子或网络通
信。存储器存储装置可以具有关于环境的存储信息。所述关于环境的存储信息可以与全局
坐标系中环境的地理位置、环境的布局、环境中一个或多个空间的尺寸、环境中的特征和/
或环境中物体的位置和尺寸有关。在示例中，所述存储信息可以是蓝图、地图或平面图。所
述存储信息还可以包括视觉标记的位置。标记的位置可以与蓝图、地图或平面图有关。存储
在存储器存储装置上的信息可以周期性地更新或者当环境中发生改变时更新。存储在存储
器存储装置上的信息可以由无线地或通过有线连接而与存储器存储装置通信的装置来更
新。在备选实施方式中，可以从UAV机外的存储装置为UAV提供关于环境的信息。UAV 400还
可以包括UAV机载的电源404，例如电池。UAV可被配置用于携带负载405，所述负载可以是附
加传感器、货物或备用电池。可以旋转和平移负载405以实现相对于UAV 400的多个定向。
视觉传感器可以通过图案识别机构向UAV传达指令。图案识别可以由UAV上的处理
器执行。所述处理器可被配置用于识别图案并且可以确定所述图案传达针对功能或动作的
命令。在一些情况下，所述图案可以是QR码、AprilTag或条形码。图案可以包括任何形状、图
像、图标、字母、符号、数字或图案。图案可以是一维图案、二维图案或三维图案。例如，图案
可以包括脊或突起，其可以突出并且可由UAV识别。
UAV可以获知每个视觉标记或视觉标记带的位置。视觉标记的位置可以存储在UAV
机上或机外的存储器装置中。每个视觉标记或视觉标记带可以具有唯一的位置。UAV可被配
置用于定位特定的视觉标记以及获知所述视觉标记的位置。
UAV可被配置用于对所述定位标记上的一个多边形或多个多边形的顶点进行定
位。图3示出了可以由UAV检测的顶点。UAV可以检测正方形或其他多边形的顶点，并计算视
觉图案的尺寸。可以解译视觉图案的尺寸以确定UAV的位置。可以在三维坐标系中确定UAV
的位置。所述三维坐标系可以是全局坐标系或者相对或局部坐标系。
UAV可以用相机来检测视觉图案并捕捉所述视觉图案的图像。UAV可以捕捉视觉图
案的一部分或整个视觉图案的图像。UAV可以具有被配置用于处理视觉图案的图像的一个
或多个处理器。所述一个或多个处理器可以在UAV机上或机外。处理器可以与一个或多个存
储器存储装置通信。视觉图案的图像可以存储在存储器存储装置上。UAV可以使用所述一个
或多个处理器来确定两个或更多个顶点之间的距离。UAV可以使用所述一个或多个处理器
来确定一个或多个顶点之间的角度。顶点之间的距离和角度可以包括视觉标记的尺寸。视
觉标记的尺寸可以用作输入，以计算UAV与标记的距离以及UAV相对于标记的角度。
UAV对视觉标记的尺寸感知可以是UAV相对于视觉标记的位置的函数。感知到的视
觉标记的大小可以随着UAV与视觉标记之间的距离而变化。标记的大小可被描述为标记上
的多边形的检测到的顶点之间的距离。基于相对于已知标记大小的标记表观大小，UAV可以
确定其高度或其与标记的垂直距离。当UAV与标记的垂直距离相对较大时，标记可能显得小
于其实际尺寸。图5中示出了作为UAV垂直位置(高度)的函数的、标记的视觉感知的改变的
示例。在第一位置501上，UAV垂直地相对远离于视觉标记。UAV可以垂直地接近视觉标记，使
得在第二位置502上视觉标记显得相对较大。表观标记大小中的改变作为与标记的垂直距
离的函数可以是已知的，并且可以存储在UAV机上或机外的存储器存储装置中。表观标记大
小中的改变作为与标记的垂直距离的函数可以通过校准或者通过已知的数学关系来确定。
UAV可以检测标记形状中的畸变作为从所述标记的偏移或者从所述标记的水平位
移的函数。可以测量畸变作为标记多边形的检测到的顶点的坐标之间的角度差异。在所述
多边形是正方形的情况下，UAV可以预期正方形具有相对于彼此成90°角的四个顶点。当UAV
从包含正方形或其他多边形的标记偏移时，顶点之间的角度可能出现畸变。在UAV从包含正
方形的标记偏移的情况下，正方形的形状可能畸变而使得其对于UAV显现为菱形。类似的畸
变可发生在其他形状中。图6中描述了所述畸变检测的示例，UAV可以水平地接近标记。顶点
的角度可以作为与标记的水平距离的函数而变化。当UAV距标记某一距离时，顶点之间的角
度可能畸变。在第一种情况601中，当UAV远离标记一水平距离时，顶点之间的角度对于UAV
可能显得缩短。当UAV水平地接近标记使得UAV处于标记的正上方时，顶点之间的角度可伸
长至真正的无畸变角度602。
可以分析视觉标记的感知到的畸变以确定UAV相对于所述标记的水平和垂直位
置。基于视觉标记，一个或多个处理器可以确定UAV在三维坐标系中的位置或定位。在UAV飞
行时，所述一个或多个处理器可以基于视觉标记确定UAV在三维坐标系中的位置或定位。在
三维空间中的标记位置可以是已知的，因此确定UAV相对于标记的位置可以导致对UAV在三
维空间中的位置的确定。
雷达或红外检测器也可以辅助确定UAV在三维空间中的位置。在雷达检测的情况
下，UAV可以发出雷达信号或者标记可以发出雷达信号。UAV可以解译发出的或反射的雷达
信号，以确定其与表面或障碍物之间的距离。UAV可以使用对表面或障碍物的检测并对比于
存储的平面图或蓝图以确定UAV在环境中的位置。类似地，UAV可以包括红外检测器来检测
环境中的表面或障碍物。UAV可以将检测到的障碍物和/或表面与已知的环境布局相对比，
以确定其在环境中的位置。
UAV在三维空间中的位置可以是全局或局部三维空间中的位置。UAV可以使用UAV
机载的视觉传感器来捕捉视觉标记的图像。UAV机载的视觉传感器可以是用于环境监视的
视觉传感器，或者视觉传感器可以是被配置用于检测视觉标记的单独的视觉传感器。视觉
传感器可以是单目相机、立体视觉相机、雷达、声呐或红外相机。在一些情况下，视觉传感器
可以捕捉图像。图像可以存储在UAV机载或机外的存储器存储装置上。视觉传感器图像可以
由UAV机载或机外的处理器来分析。所述处理器可以分析视觉传感器图像以确定视觉传感
器的外部特性。在视觉传感器为相机的情况下，相机的外部特性可以是所述相机相对于视
觉标记的旋转(R)和所述相机相对于视觉标记的位置(t)。可以使用N-点透视(n点透视)算
法来计算外部特性，所述算法可以基于从三维点到二维点的对应关系来求解相机的位置。
在这种情况下，三维点可以是视觉标记顶点的已知位置。二维点可以是一个或多个相机图
像中对应于视觉标记的顶点的点。相机图像可以表示三维视觉标记的二维投影。所述算法
还可以包括对应于相机的固有特性的变量。固有特性(K)可以是特定于相机设计或部件的
参数。固有特性可以改变或漂移，并且可以在UAV的监视任务开始之前被预校准或重新校
准。相机的固有特性可以是焦距、主点和/或镜头畸变。用下列方程使得图像顶点在三维空
间中的已知位置(Xi)与相机图像中的顶点位置(xi)之间的误差最小化，可以求解由R和t定
义的相机位置作为三维点、二维点以及相机固有特性(K)的函数，
n点透视算法可以确定UAV机载的相机或其他视觉传感器的位置。UAV机载的相机
相对于UAV的质心和/或相对于UAV机载的其他传感器或部件的位置可以是已知的。相机相
对于UAV机载的其他部件或传感器的位置可以与相机的已确定位置相组合，以确定UAV机载
的部件或传感器的位置。
基于对UAV机载的相机的确定对UAV位置的确定可以用于避障。视觉标记可以粘附
至障碍物，例如，墙壁、柱、门或其他物体。UAV可以自动识别障碍物，或者视觉标记可以具有
特定图案，所述特定图案向UAV传达视觉标记被粘附至障碍物。UAV可以捕捉并分析视觉标
记，以确定与障碍物的距离。响应于确定的距离，UAV可以调整其航向和/或高度以避开检测
到的障碍物。UAV可以在其接近障碍物时收集一系列图像，以确定当其改变其航向和/或高
度时所述UAV与障碍物之间的相对位置的改变。图7中示出了用视觉标记进行障碍物检测和
避障事件的示例。在第一位置701上，UAV 703可以检测到视觉标记704。视觉标记704可以具
有可向UAV 703指示出视觉标记704被粘附至障碍物705的图案。UAV可以捕捉视觉标记的图
像，并且可以分析所述图像以确定UAV相对于视觉标记位置的位置。UAV可以调整其位置以
达到第二位置702。在调整位置之后，UAV 703可以捕捉视觉标记704的第二图像，以确定新
位置并证实所述新位置将会避开与障碍物705的碰撞或相互作用。在第二位置不足以避开
障碍物的情况下，UAV可以再次改变位置并且捕捉另一图像，以确认UAV处于避开障碍物的
轨迹上。可以重复捕捉图像并确定UAV位置的过程，直到成功地避开障碍物。
在备选实施方式中，UAV可以自动地检测和避开障碍物。UAV可以使用诸如单目相
机、立体视觉相机、雷达、声呐或红外相机等视觉传感器来检测障碍物。UAV机载或机外的处
理器可被配置用于解译来自图像传感器的数据以便检测障碍物。UAV可以自动地调整其路
线，以避开检测到的障碍物。在一些情况下，UAV可以具有对障碍物位置的先验知识。在一些
情况下，这些障碍物可能是永久建筑物特征，诸如墙壁、梁或柱。UAV可以从存储在UAV机载
或机外的存储器存储装置上的环境地图或平面图知晓这些永久建筑物特征。UAV可以自动
地调整其路线以避开可能是障碍物的永久建筑物特征。UAV可以遵循视觉标记的连续带或
者一系列连续的离散视觉标记。当遵循视觉标记时，UAV可能遇到障碍物。通过重新制定UAV
路径绕开障碍物并继而返回至视觉标记的路径，UAV可以避开所述障碍物。在一些情况下，
视觉标记可以通知UAV障碍物正在阻碍沿着视觉标记带或一系列视觉标记的路径，视觉标
记可以指令所述UAV移动以避开障碍物并沿着所述路径继续。
UAV可以检测环境中的视觉标记。所述环境可具有其他物体和图案，UAV可以将其
与所述标记相区分。UAV可被配置用于排除误检事件。当UAV检测到具有与UAV可能感兴趣的
视觉标记相似的视觉结构的图案或物体时，可能发生误检事件。UAV可被配置用于分析检测
到的图案或物体，以确定它是感兴趣的视觉标记还是被错误辨别的假视觉标记。在环境中，
UAV可以尝试通过扫描环境中具有预期视觉标记的颜色和/或形状的区域来辨别视觉标记。
扫描预期形状和颜色图案或其组合的方法可以产生一组检测区域。UAV可以进一步分析检
测到的区域以排除误检事件。图8示出了环境中的UAV 801的示例。UAV 801被配置用于识别
视觉标记，所述视觉标记包括具有给定的一种或多种颜色的一组形状(例如，正方形)的重
复图案。UAV可以即时检测一组可能的视觉标记802、803和804。UAV可以进一步分析检测到
的可能的视觉标记802、803和804以排除误检事件。所述进一步分析可以包括处理视觉标记
的确切颜色、图案、形状和/或所述标记中相对形状的一个或多个大小。通过进一步分析，
UAV可以确定802和804不是感兴趣的视觉标记并因此表示误检事件。
当UAV检测视觉标记时，UAV可以基于所述视觉标记的一个或多个图像来确定其位
置，和/或接收由所述视觉标记编码的指令。所述指令可以引发由UAV进行的导航响应。视觉
标记可以包括可由UAV辨别的差别图案。当UAV飞行时，所述UAV可以检测具有视觉差别图案
的视觉标记并且可以使用视觉传感器来捕捉所述视觉标记的图像。视觉图案的图像可以由
UAV机载或机外的处理器来解译。所述处理器可以从多个可能的视觉图案中区分和辨别视
觉图案，并且确定所辨别出的视觉图案引发了与多个其他可能的视觉图案所引发的响应不
同的来自UAV的响应。处理器可以发起由检测到的视觉图案引发的响应。
包括差别图案的视觉标记可以具有与没有差别图案的视觉标记相似的元素。除了
具有可以将命令或一条信息传达给UAV的图案之外，包括差别图案的视觉标记还可以具有
处于重复图案中的彩色形状。UAV可以知晓包括差别图案的视觉标记在环境中的位置。在一
些情况下，差别图案可以是Apriltag、QR码或条形码。图9示出了具有差别图案的视觉标记
的示例。UAV可以将包括差别图案的视觉标记与看起来类似于包括差别图案的视觉标记的
标志加以区分，以避免误检事件。
差别图案可以指令UAV执行任务或者执行导航响应。任务或导航响应可以是沿着
从一个地点到另一地点的路径行进、移动传感器、改变UAV的姿态、以指定的或特定的方向
飞行、飞上楼梯或飞下楼梯、调整负载的位置、根据预设的飞行命令飞行、开启或关闭传感
器、以指定方向引导传感器或者捕捉物体。指令可以包括UAV在执行所述任务或导航响应之
前应当等待的指定时间间隔。指令可以包括UAV在执行所述任务或导航响应之前应当距视
觉标记的预定距离。差别图案可以指令UAV遵循沿着路径的视觉标记带或者沿着路径的一
系列离散的视觉标记。当UAV遵循沿着路径的带或一系列离散的视觉标记时，差别图案可以
指令所述UAV距所述带指定的距离。所述路径可以是在室内、室外或者同时在室内和室外环
境中。图10示出了可由UAV 1002遵循的视觉标记带1001的示例。视觉标记带1001可以粘附
于表面上，以使得UAV 1002可以遵循带1001而不碰撞或遇到障碍物。UAV可被配置成在遵循
标记时保持处于距视觉标记附着距离。在示例中，所述附着距离可以是至少1cm、5cm、10cm、
20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、70cm、80cm、90cm或100cm。UAV可以在遵循视觉标记时相对于
所述视觉标记保持处于附着定向。例如，UAV可以保持在与视觉标记齐平的高度上(例如，大
约90度)。备选地，UAV可以按预定的度数或在预定的度数范围内(例如，在30度-60度内)在
视觉标记下方或视觉标记上方飞行。UAV可以在其遵循标记时通过分析视觉标记1001的图
像而连续地确定其位置，以检测并避开由视觉传感器检测到的障碍物或者从环境地图知晓
的障碍物。在图10中所示的情况下，视觉标记带1001可以引导UAV 1002上楼梯。在另一情况
下，差别图案可以通过指令UAV在指定的方向和距离上移动而指令UAV遵循路径。差别图案
可以指令UAV在三维空间中以一角度移动。差别图案可以指令UAV移动指定距离。通过可位
于UAV机上或机外的速度和时间传感器的分析，UAV可以计算行进的距离。图11示出了示例，
其中包括差别图案的所述一个或多个视觉标记通过向UAV提供在离散方向和距离上移动的
指令来指令UAV沿着路径移动。在图11中，UAV 1101可以检测具有差别图案1102的第一视觉
标记。差别图案1102可以指令UAV向上和向右移动指定距离1103。由UAV检测到的具有差别
图案1104的下一视觉标记可以指令UAV 1101以30°角向上移动1105。由UAV检测到的具有差
别图案1106的下一视觉标记可以指令UAV 1101水平地移动指定的距离1107。
在另一示例中，差别图案可以通知UAV关于环境的布局。差别图案可以通知UAV在
环境中存在特征。特征可以是开口、过道、角落、障碍物、斜坡、斜面或物体。在图12中所示的
示例中，具有差别图案1201的视觉标记可以通知UAV 1202环境具有诸如过道开口1203等特
征。
差别图案可以指令UAV执行监视任务。监视任务可以涉及移动传感器以捕捉关于
感兴趣的主体的数据。在图13中所示的示例中，在第一位置1301上，UAV 1302可以具有用于
在环境中收集监视数据的传感器，例如，被配置用于在环境中收集监视数据的相机1303，所
述相机具有被引导远离感兴趣主体1305的视野1304。UAV 1302可以使用被配置用于检测视
觉标记的第一视觉传感器来检测具有差别图案1306的视觉标记。差别图案1306可以指令
UAV 1302将相机1303移动或旋转至第二位置1302，以使得相机的视野1304包含感兴趣的主
体1305。差别图案还可以指令UAV对感兴趣的主体1305执行特定的监视任务。监视任务可以
包括从一个或多个传感器收集关于感兴趣的主体1305的数据并且存储或传输所述数据至
机外计算机系统。
UAV可以用于对环境的监视。例如，UAV可以巡逻环境。当执行对环境的监视时，UAV
可以使用一个或多个传感器来收集关于环境的信息。UAV可以遵循用于巡逻环境的预定或
常规路径。备选地，UAV可以遵循随机的飞行路径。UAV可以检测和/或跟随感兴趣的主体，诸
如人、动物或载运工具。UAV可以响应于在环境内的一个或多个检测到的事件并进行进一步
调查。
如前文所讨论，UAV可以通过在环境内收集一个或多个图像来巡逻所述环境。UAV
可以将收集到的图像发送至外部装置。可以在UAV机外发送所述图像。在一些情况下，图像
可以存储在UAV机外的一个或多个存储器单元中。图像可以显示在远离UAV的显示装置上。
例如，安全监视器可以示出从UAV流传输的图像。人类查看者可以查看来自巡逻所述区域的
UAV的即时馈送。
在一些实施方式中，所述环境可以是室内环境。室内环境可以包括建筑物或建筑
物群的内部。室内环境可以包括多层建筑物。UAV可以通过沿一层或多层楼梯上行或下行或
者直接飞上或飞下楼梯井来穿越多层建筑物。UAV还可以能够通过使用电梯或者飞上或飞
下电梯井来穿越多层建筑物。UAV还可以能够通过从一个楼层上的窗户离开并经过另一楼
层上的窗户进入来穿越多层建筑物。室内建筑物的一些示例可以包括住宅、办公建筑物、购
物商场、医院、学校或任何其他类型的建筑物。UAV可以用于巡逻所述环境。
如本文所描述的视觉标记可以辅助UAV巡逻环境。视觉标记可以在环境内定向
UAV。UAV可以能够确定相对于环境的各个部分的UAV位置。例如，UAV可以能够确定所述UAV
在哪个楼层上。UAV还可以能够告知其在哪个房间或走廊中。UAV可以能够确定其定向(例
如，相对于基本方向或其他类型的方向)。UAV可以能够确定其相对于环境的其他房间或走
廊的位置。UAV可以能够确定其局部或全局坐标。UAV可以能够将其坐标确定至大约50m、
30m、20m、15m、10m、7m、5m、3m、2m、1.5m、1m、50cm、30cm、10cm、5cm或1cm内的准确度水平。
视觉标记可以可选地向UAV提供用于在环境内导航的指令。例如，视觉标记可以分
布于环境内。多个视觉标记可以分布在整个环境中。可以将视觉标记定位成使得其处于彼
此的视线内，或者可以不如此定位。在巡逻期间，UAV可能遇到第一视觉标记。UAV可以辨别
并响应于使用视觉标记所显示的指令。如本文别处所描述，所述指令可以被编码到视觉标
记的视觉图案中。第一视觉标记可以引导UAV以将会把UAV带至第二视觉标记的某种方式飞
行。当UAV到达第二视觉标记时，所述UAV可以辨别并响应于第二视觉标记中的指令。第二视
觉标记可以引导UAV以将会把UAV带至第三视觉标记的某种方式飞行，并依此类推。这可以
为UAV提供点到点导航。在一些情况下，点到点导航可以引导UAV在环境内循环，以定期地巡
逻环境。在一些情况下，点到点导航可以允许UAV确定其相对于视觉标记的位置。UAV可以确
定其到标记的相对位置，而不必确定其全局位置(例如，全局坐标)。UAV可以能够巡逻一区
域而不计算或确定其全局位置。
在一些情况下，视觉标记可以改变，或者与视觉标记相关联的飞行指令可以改变。
例如，可以在屏幕上显示视觉标记，所述屏幕可以动态地改变视觉标记。在另一情况下，视
觉标记可以是静态的，但是可以将与视觉标记相关联的新飞行指令与所述视觉标记相关
联。可以将新飞行指令下载至UAV。在一些情况下，UAV可以具有与特定的视觉标记相关联的
多组飞行指令，并且可以根据其他参数来选择关联的飞行指令。例如，UAV可以随机地、基于
由UAV的时钟指示出的时间(例如，如果时间在下午3点与下午6点之间，则UAV将会遵循第一
组指令，而在下午6点与午夜之间，则UAV将会遵循第二组指令)、基于感测到的环境条件(例
如，基于温度、光量、检测到的运动、检测到的声音)或者任何其他因素从与视觉标记相关联
的多个飞行指令中选择一组飞行指令。不同组的飞行路径可以引导UAV到达相同的视觉标
记或不同的视觉标记。例如，在第一情景中，可以经由第一飞行路径将UAV从第一视觉标记
引导至第二视觉标记。在第二情景中，可以经由第二飞行路径将UAV从第一视觉标记引导至
第二视觉标记。备选地，在所述第二情景中，可以将UAV从第一视觉标记引导至第三视觉标
记。这可以允许UAV根据不同的飞行指令遵循不同的飞行路径。这可以向UAV巡逻路径提供
一些改变或不可预测性，所述改变或不可预测性可以在一些情况下提供提高的巡逻效能。
这还可以允许UAV巡逻路径以可以适应不同检测到的情景的方式改变。
使用用于点到点导航的视觉标记可以允许UAV以不需要来自远程用户的输入的方
式执行监视或巡逻。UAV可以能够使用视觉标记在环境中飞行导航而不接收来自外部装置
(例如，遥控器、卫星、塔、路由器)的任何信号。UAV机载的传感器(诸如视觉传感器)可以检
测足够的信息来允许UAV导航。
如前文所讨论，可以将各种类型的指令视觉编码到视觉标记中。可以将飞行指令
编码到视觉标记中或者将其与视觉标记相关联。可以包括其他指令，诸如关于传感器的操
作或移动的指令、为UAV充电的指令或者关于待传输的数据的指令。关于传感器的指令的示
例可以包括用于操作载体的指令，所述载体可以使传感器移动。视觉标记可以使UAV关于一
个、两个、三个或更多个轴来重新定向传感器(诸如相机)。视觉标记可以直接控制传感器
(例如，开启传感器、关闭传感器、变焦、改变传感器模式)。这可以辅助UAV安全巡逻，并且允
许UAV使用一个或多个传感器执行数据收集而无需来自外部源或装置的指令。可以单独地
或者与来自单个视觉标记的飞行指令相组合地提供传感器指令或其他指令。
借助于所述视觉标记，UAV可以能够自主地或半自主地巡逻环境。UAV可以能够自
主地巡逻环境而无需人类干预。视觉标记可以辅助UAV在环境中导航而无需来自人类操作
者的输入。UAV可以确定如何飞行而无需人类手动引导UAV的飞行。视觉标记可以允许UAV对
其自身进行定向而不使用GPS或需要外部通信的其他位置传感器。UAV可以能够在环境内对
其自身进行定向而无需与外部装置的任何通信。UAV可以能够在环境内飞行而无需与外部
装置的通信。UAV可以能够在进行环境监视而无需与外部装置的通信。
在一些实施方式中，人类操作者可以经由遥控器与UAV通信，或者可以不进行通
信。在一些实施方式中，UAV可以自主地操作而不经由遥控器接收来自人类的任何输入。在
一些情况下，人类可以能够使用遥控器来进行干预。例如，如果人类通过由UAV捕捉到的即
时馈送目击一事件，则所述人类可以能够使用遥控器来进行干预。在不存在人类干预时，
UAV可以能够在没有来自人类操作者的输入的情况下继续其巡逻。
本文所描述的系统、装置和方法可以适用于众多可移动物体。如前文所提及，本文
对飞行器(诸如UAV)的任何描述均可适用于和用于任何可移动物体。本文对飞行器的任何
描述均可具体适用于UAV。本发明的可移动物体可被配置用于在任何合适的环境内移动，诸
如在空中(例如，附着翼航空器、旋转翼航空器或者既不具有附着翼也不具有旋转翼的航空
器)、在水中(例如，船舶或潜艇)、在地面上(例如，机动车，诸如轿车、卡车、公交车、厢式货
车、摩托车、自行车；可移动结构或框架，诸如棒、钓鱼竿；或者火车)、在地下(例如，地铁)、
在太空(例如，太空飞机、卫星或探测器)或者这些环境的任何组合。可移动物体可以是载运
工具，诸如本文别处所描述的载运工具。在一些实施方式中，可移动物体可以由诸如人类或
动物等活体所携带，或者从活体起飞。合适的动物可以包括禽类、犬类、猫类、马类、牛类、羊
类、猪类、海豚、啮齿类或昆虫。
可移动物体可以能够在所述环境内关于六个自由度(例如，三个平移自由度和三
个旋转自由度)自由移动。备选地，可移动物体的移动可能关于一个或多个自由度受到约
束，诸如由预定路径、轨迹或定向所约束。所述移动可以由诸如引擎或马达等任何合适的致
动机构所致动。可移动物体的致动机构可以由任何合适的能源提供动力，所述能源诸如为
电能、磁能、太阳能、风能、引力能、化学能、核能或者其任何合适的组合。可移动物体可以如
本文别处所述经由动力系统自推进。所述动力系统可以可选地依靠能源运行，所述能源诸
如为电能、磁能、太阳能、风能、引力能、化学能、核能或者其任何合适的组合。备选地，可移
动物体可以由生物所携带。
在一些情况下，所述可移动物体可以是飞行器。例如，飞行器可以是附着翼航空器
(例如，飞机、滑翔机)、旋转翼航空器(例如，直升机、旋翼飞机)、同时具有附着翼和旋转翼
的航空器或者既无附着翼又无旋转翼的航空器(例如，飞艇、热气球)。飞行器可以是自推进
式，诸如在空中自推进。自推进式飞行器可以利用动力系统，诸如包括一个或多个引擎、马
达、轮子、轮轴、磁体、旋翼、螺旋桨、桨叶、喷嘴或者其任何合适组合的动力系统。在一些情
况下，动力系统可以用于使可移动物体能够从表面起飞、降落到表面上、维持其当前位置
和/或定向(例如，悬停)、改变定向和/或改变位置。
可移动物体可以由用户遥控或者由可移动物体之内或之上的乘员在本地控制。可
移动物体可以经由单独的载运工具内的乘员来遥控。在一些实施方式中，可移动物体是无
人可移动物体，诸如UAV。无人可移动物体，诸如UAV，可以不具有乘员在所述可移动物体上。
可移动物体可以由人类或自主控制系统(例如，计算机控制系统)或者其任何合适的组合来
控制。可移动物体可以是自主式或半自主式机器人，诸如配置有人工智能的机器人。
可移动物体可以具有任何合适的大小和/或尺寸。在一些实施方式中，可移动物体
可以具有使人类乘员身处载运工具之内或之上的大小和/或尺寸。备选地，可移动物体可以
具有比能够使人类乘员身处载运工具之内或之上的大小和/或尺寸更小的大小/或尺寸。可
移动物体可以具有适合于由人类搬运或携带的大小和/或尺寸。备选地，可移动物体可以大
于适合由人类搬运或携带的大小和/或尺寸。在一些情况下，可移动物体可以具有的最大尺
寸(例如，长度、宽度、高度、直径、对角线)小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或
10m。所述最大尺寸可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。例如，可移动
物体的相对旋翼的轴之间的距离可以小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。
备选地，相对旋翼的轴之间的距离可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或
10m。
在一些实施方式中，可移动物体可以具有小于100cm x 100cm x 100cm、小于50cm
x 50cm x 30cm或小于5cm x 5cm x 3cm的体积。可移动物体的总体积可以小于或等于约：
1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、
150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3或
10m3。相反地，可移动物体的总体积可以大于或等于约：1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、
30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、
750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3或10m3。
在一些实施方式中，可移动物体可以具有的占地面积(这可以指由所述可移动物
体所包围的横截面面积)小于或等于约：32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、
500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。相反地，所述占地面积可以大于或等于约：32,000cm2、
20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。
在一些情况下，可移动物体可以为不超过1000kg重。可移动物体的重量可以小于
或等于约：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、
35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、
0.1kg、0.05kg或0.01kg。相反地，所述重量可以大于或等于约：1000kg、750kg、500kg、
200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、
12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。
在一些实施方式中，可移动物体相对于所述可移动物体所携带的负荷可以较小。
如本文别处进一步详述，所述负荷可以包括负载和/或载体。在一些示例中，可移动物体重
量与负荷重量之比可以大于、小于或等于约1:1。在一些情况下，可移动物体重量与负荷重
量之比可以大于、小于或等于约1:1。可选地，载体重量与负荷重量之比可以大于、小于或等
于约1:1。当需要时，可移动物体重量与负荷重量之比可以小于或等于：1:2、1:3、1:4、1:5、
1:10或者甚至更小。相反地，可移动物体重量与负荷重量之比还可以大于或等于：2:1、3:1、
4:1、5:1、10:1或者甚至更大。
在一些实施方式中，可移动物体可以具有低能耗。例如，可移动物体可以使用小于
约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。在一些情况下，可移动物体的载体可以具有低能
耗。例如，所述载体可以使用小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。可选地，可移动物
体的负载可以具有低能耗，诸如小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更小。
图14图示了根据本发明的实施方式的无人飞行器(UAV)1400。所述UAV可以是本文
所述的可移动物体的示例。UAV 1400可以包括具有四个旋翼1402、1404、1406和1408的动力
系统。可以提供任何数目的旋翼(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个)。无人
飞行器的旋翼、旋翼组件或其他动力系统可使所述无人飞行器能够悬停/维持位置、改变定
向和/或改变位置。相对旋翼的轴之间的距离可以是任何合适的长度1410。例如，长度1410
可以小于或等于2m，或者小于或等于5m。在一些实施方式中，长度1410可以在从40cm到1m、
从10cm到2m或者从5cm到5m的范围内。本文对UAV的任何描述均可适用于可移动物体，诸如
不同类型的可移动物体，并且反之亦然。UAV可以使用如本文所描述的辅助起飞系统或方
法。
在一些实施方式中，可移动物体可以被配置用于携带负荷。所述负荷可以包括乘
客、货物、器材、仪器等之中的一种或多种。所述负荷可以提供在外壳内。所述外壳可以与可
移动物体的外壳相分离，或者是可移动物体的外壳的一部分。备选地，负荷可以具备外壳，
而可移动物体不具有外壳。备选地，负荷的部分或者整个负荷可以在不具有外壳的情况下
提供。负荷相对于所述可移动物体可以刚性附着。可选地，负荷相对于可移动物体可以是可
移动的(例如，相对于可移动物体可平移或可旋转)。如本文别处所描述，所述负荷可以包括
负载和/或载体。
在一些实施方式中，可移动物体、载体和负载相对于附着参考系(例如，周围环境)
和/或相对于彼此的移动可以由终端来控制。所述终端可以是处于远离所述可移动物体、载
体和/或负载的位置处的遥控装置。终端可以安置于支撑平台上或者附着至支撑平台。备选
地，终端可以是手持式或可穿戴式装置。例如，终端可以包括智能电话、平板计算机、膝上型
计算机、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或者其合适的组合。终端可以包括用户接口，诸如
键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏或显示器。任何合适的用户输入均可用于与终端交互，诸如手动
输入命令、语音控制、手势控制或位置控制(例如，经由终端的移动、位置或倾斜)。
终端可以用于控制可移动物体、载体和/或负载的任何合适的状态。例如，终端可
以用于控制可移动物体、载体和/或负载相对于附着参考物从和/或相对于彼此的位置和/
或定向。在一些实施方式中，终端可以用于控制可移动物体、载体和/或负载的单独元件，诸
如载体的致动组件、负载的传感器或者负载的发射体。终端可以包括适于与可移动物体、载
体或负载中的一个或多个通信的无线通信装置。
终端可以包括用于查看可移动物体、载体和/或负载的信息的合适的显示单元。例
如，终端可被配置用于显示可移动物体、载体和/或负载关于位置、平移速度、平移加速度、
定向、角速度、角加速度或其任何合适的组合的信息。在一些实施方式中，终端可以显示由
负载提供的信息，诸如由功能性负载提供的数据(例如，由相机或其他图像捕捉装置记录的
图像)。
可选地，同一终端可以同时控制可移动物体、载体和/或负载或者所述可移动物
体、载体和/或负载的状态，以及接收和/或显示来自所述可移动物体、载体和/或负载的信
息。例如，终端可以控制负载相对于环境的定位，同时显示由负载捕捉的图像数据，或者关
于负载的位置的信息。备选地，不同的终端可以用于不同的功能。例如，第一终端可以控制
可移动物体、载体和/或负载的移动或状态，而第二终端可以接收和/或显示来自可移动物
体、载体和/或负载的信息。例如，第一终端可以用于控制负载相对于环境的定位，而第二终
端显示由所述负载捕捉的图像数据。可以在可移动物体与同时控制所述可移动物体并接收
数据的集成式终端之间或者在可移动物体与同时控制所述可移动物体并接收数据的多个
终端之间利用各种通信模式。例如，可以在可移动物体与同时控制所述可移动物体并接收
来自所述可移动物体的数据的终端之间形成至少两种不同的通信模式。
图15图示了根据实施方式的包括载体1502和负载1504的可移动物体1500。虽然可
移动物体1500被描绘为航空器，但此描绘并不旨在成为限制性的，并且如本文前文所述可
以使用任何合适类型的可移动物体。本领域技术人员将会理解，本文在航空器系统的情景
下描述的实施方式中的任一均可适用于任何合适的可移动物体(例如，UAV)。在一些情况
下，可以在可移动物体1500上提供负载1504而无需载体1502。可移动物体1500可以包括动
力机构1506、感测系统1508和通信系统1510。
如前文所述，动力机构1506可以包括旋翼、螺旋桨、桨叶、引擎、马达、轮子、轮轴、
磁体或喷嘴中的一种或多种。可移动物体可以具有一个或多个、两个或更多个、三个或更多
个或者四个或更多个动力机构。动力机构可以全都是同一类型。备选地，一个或多个动力机
构可以是不同类型的动力机构。动力机构1506可以使用任何合适的手段安装在可移动物体
1500上，诸如为本文别处所述的支撑元件(例如，驱动轴)。动力机构1506可以安装在可移动
物体1500的任何合适的部分上，诸如顶部、底部、前面、后面、侧面或其合适的组合。
在一些实施方式中，动力机构1506可以使得可移动物体1500能够从表面垂直地起
飞或者垂直地降落在表面上而无需可移动物体1500的任何水平移动(例如，无需沿着跑道
行进)。可选地，动力机构1506可以可操作地允许可移动物体1500以指定位置和/或定向悬
停于空中。动力机构1500中的一个或多个可以独立于其他动力机构得到控制。备选地，动力
机构1500可被配置成同时受到控制。例如，可移动物体1500可以具有多个水平定向的旋翼，
所述旋翼可以向所述可移动物体提供升力和/或推力。可以致动所述多个水平定向的旋翼
以向可移动物体1400提供垂直起飞、垂直降落以及悬停能力。在一些实施方式中，所述水平
定向的旋翼中的一个或多个可以在顺时针方向上旋转，同时所述水平旋翼中的一个或多个
可以在逆时针方向上旋转。例如，顺时针旋翼的数目可以等于逆时针旋翼的数目。水平定向
的旋翼中每个的旋转速率可独立地改变，以便控制由每个旋翼产生的升力和/或推力，并从
而调整可移动物体1500的空间布局、速度和/或加速度(例如，关于多达三个平移自由度和
多达三个旋转自由度)。
感测系统1508可以包括一个或多个传感器，所述传感器可以感测可移动物体1500
的空间布局、速度和/或加速度(例如，关于多达三个平移自由度和多达三个旋转自由度)。
所述一个或多个传感器可以包括全球定位系统(GPS)传感器、运动传感器、惯性传感器、接
近度传感器或图像传感器。由感测系统1508提供的感测数据可以用于控制可移动物体1500
的空间布局、速度和/或定向(例如，使用合适的处理单元和/或控制模块，如下文所述)。备
选地，感测系统1508可以用于提供关于可移动物体周围环境的数据，诸如气象条件、至潜在
障碍物的接近度、地理特征的位置、人造结构的位置等。
通信系统1510支持经由无线信号1516与具有通信系统1514的终端1512的通信。通
信系统1510、通信系统1514可以包括任何数目的适合于无线通信的发射器、接收器和/或收
发器。所述通信可以是单向通信，使得数据只能在一个方向上传输。例如，单向通信可以仅
涉及可移动物体1500向终端1512传输数据，或者反之亦然。数据可以从通信系统1510的一
个或多个发射器传输至通信系统1512的一个或多个接收器，或者反之亦然。备选地，所述通
信可以是双向通信，使得数据在可移动物体1500与终端1512之间的两个方向上均可传输。
双向通信可以涉及从通信系统1510的一个或多个发射器向通信系统1514的一个或多个接
收器传输数据，并且反之亦然。
在一些实施方式中，终端1512可以向可移动物体1500、载体1502和负载1504中的
一个或多个提供控制数据，以及从可移动物体1500、载体1502和负载1504中的一个或多个
接收信息(例如，可移动物体、载体或负载的位置和/或运动信息；由负载感测的数据，诸如
由负载相机捕捉的图像数据)。在一些情况下，来自终端的控制数据可以包括针对可移动物
体、载体和/或负载的相对位置、移动、致动或控制的指令。例如，控制数据可以导致可移动
物体的位置和/或定向的修改(例如，经由动力机构1506的控制)，或者负载相对于可移动物
体的移动(例如，经由载体1502的控制)。来自终端的控制数据可以导致对负载的控制，诸如
对相机或其他图像捕捉装置的操作的控制(例如，拍摄静止或移动图片、放大或缩小、开启
或关闭、切换成像模式、改变图像分辨率、改变聚焦、改变景深、改变曝光时间、改变视角或
视野)。在一些情况下，来自可移动物体、载体和/或负载的通信可以包括来自(例如，感测系
统1508的或负载1504的)一个或多个传感器的信息。所述通信可以包括来自一个或多个不
同类型的传感器(例如，GPS传感器、运动传感器、惯性传感器、接近度传感器或图像传感器)
的感测到的信息。这样的信息可以关于可移动物体、载体和/或负载的定位(例如，位置、定
向)、移动或加速度。来自负载的这样的信息可以包括由所述负载捕捉的数据或所述负载的
感测到的状态。由终端1512提供并传输的控制数据可被配置用于控制可移动物体1500、载
体1502或负载1504中的一个或多个的状态。备选地或组合地，载体1502和负载1504还可以
每个包括通信模块，所述通信模块被配置用于与终端1512通信，以使得所述终端可独立地
与可移动物体1500、载体1502和负载1504中的每一个通信和对其加以控制。
在一些实施方式中，可移动物体1500可被配置用于与除终端1512以外或代替终端
1512的另一远程装置通信。终端1512也可被配置用于与另一远程装置以及可移动物体1500
通信。例如，可移动物体1500和/或终端1512可以与另一可移动物体或者另一可移动物体的
载体或负载通信。当需要时，所述远程装置可以是第二终端或其他计算装置(例如，计算机、
膝上型计算机、平板计算机、智能电话或其他移动装置)。远程装置可被配置用于向可移动
物体1500传输数据、从可移动物体1500接收数据、向终端1512传输数据和/或从终端1512接
收数据。可选地，远程装置可以连接至因特网或其他电信网络，以使得从可移动物体1500
和/或终端1512接收的数据可被上传至网站或服务器。
图16是根据实施方式的用于控制可移动物体的系统1600的通过框图来说明的示
意图。系统1600可以与本文所公开的系统、装置和方法的任何合适的实施方式组合使用。系
统1600可以包括感测模块1602、处理单元1604、非暂时性计算机可读介质1606、控制模块
1608和通信模块1610。
感测模块1602可以利用以不同方式收集与可移动物体有关的信息的不同类型的
传感器。不同类型的传感器可以感测不同类型的信号或者来自不同来源的信号。例如，所述
传感器可以包括惯性传感器、GPS传感器、接近度传感器(例如，激光雷达)或视觉/图像传感
器(例如，相机)。感测模块1602可以可操作地耦合至具有多个处理器的处理单元1604。在一
些实施方式中，感测模块可以可操作地耦合至传输模块1612(例如，Wi-Fi图像传输模块)，
所述传输模块被配置用于向合适的外部装置或系统直接传输感测数据。例如，传输模块
1612可以用于向远程终端传输由感测模块1602的相机捕捉的图像。
处理单元1604可以具有一个或多个处理器，诸如可编程处理器(例如，中央处理单
元(CPU))。处理单元1604可以可操作地耦合至非暂时性计算机可读介质1606。非暂时性计
算机可读介质1606可以存储可由处理单元1604执行的逻辑、代码和/或程序指令，用以执行
一个或多个步骤。非暂时性计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如，可移动
介质或外部存储装置，诸如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在一些实施方式中，来自感测模
块1602的数据可直接传送至并存储于非暂时性计算机可读介质1606的存储器单元内。非暂
时性计算机可读介质1606的存储器单元可以存储可由处理单元1604执行的逻辑、代码和/
或程序指令，用以执行本文所描述的方法的任何合适的实施方式。例如，处理单元1604可被
配置用于执行指令，从而使处理单元1604的一个或多个处理器分析由感测模块产生的感测
数据。存储器单元可以存储待由处理单元1604处理的来自感测模块的感测数据。在一些实
施方式中，非暂时性计算机可读介质1606的存储器单元可以用于存储由处理单元1604产生
的处理结果。
在一些实施方式中，处理单元1604可以可操作地耦合至控制模块1608，所述控制
模块1608被配置用于控制可移动物体的状态。例如，控制模块1608可被配置用于控制可移
动物体的动力机构以调整可移动物体关于六个自由度的空间布局、速度和/或加速度。备选
地或组合地，控制模块1608可以控制载体、负载或感测模块中的一个或多个的状态。
处理单元1604可以可操作地耦合至通信模块1510，所述通信模块被配置用于传输
和/或接收来自一个或多个外部装置(例如，终端、显示装置或其他遥控器)的数据。可以使
用任何合适的通信手段，诸如有线通信或无线通信。例如，通信模块1610可以利用局域网
(LAN)、广域网(WAN)、红外线、无线电、WiFi、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等之中的
一种或多种。可选地，可以使用中继站，诸如塔、卫星或移动台。无线通信可以依赖于接近度
或独立于接近度。在一些实施方式中，通信可能需要或者可能不需要视线。通信模块1610可
以传输和/或接收来自感测模块1602的感测数据、由处理单元1604产生的处理结果、预定控
制数据、来自终端或遥控器的用户命令等之中的一个或多个。
系统1600的部件可以按任何合适的配置来布置。例如，系统1600的部件中的一个
或多个可以位于可移动物体、载体、负载、终端、感测系统或与上述的一个或多个通信的附
加外部装置上。此外，虽然图16描绘了单一处理单元1604和单一非暂时性计算机可读介质
1606，但本领域技术人员将会理解，这并不旨在成为限制性的，并且系统1600可以包括多个
处理单元和/或非暂时性计算机可读介质。在一些实施方式中，多个处理单元和/或非暂时
性计算机可读介质中的一个或多个可以位于不同的位置，诸如在可移动物体、载体、负载、
终端、感测模块、与上述的一个或多个通信的附加外部装置上或其合适的组合上，以使得由
系统1600执行的处理和/或存储器功能的任何合适的方面可以发生于上述位置中的一个或
多个处。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员明显
的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供的。本领域技术人员现将会在不偏离本发明
的情况下想到许多变化、改变和替代。应当理解，在实践本发明的过程中可以采用对本文所
描述的本发明实施方式的各种备选方案。所附权利要求旨在限定本发明的范围，并因此覆
盖这些权利要求及其等效项的范围内的方法和结构。