一種微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)及設(shè)備

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一種微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)及設(shè)備\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及一種微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)及設(shè)備。\n背景技術(shù)\n[0002] 無人機遙感系統(tǒng)具有體積小、重量輕、低成本、低損耗、可重復(fù)使用且風險小等諸多優(yōu)勢，其應(yīng)用領(lǐng)域從最初的偵察、早期預(yù)警等軍事領(lǐng)域擴大到氣象海洋觀測、資源勘測及處理突發(fā)事件等非軍事領(lǐng)域。無人機遙感的高時效、高分辨率等性能，是傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感所無法比擬的，越來越受到研究者和生產(chǎn)者的青睞，大大擴大了遙感的應(yīng)用范圍和用戶群，具有廣闊的應(yīng)用前景。\n[0003] 目前國內(nèi)外全景成像技術(shù)的研究主要集中在地面采集，對于空中全景圖像采集研究較少。歸納起來，為獲得全景成像主要有兩種方法:圖像拼接法和魚眼鏡頭法。基于圖像拼接的全景成像方法之一是使相機繞通過其光心的垂直軸線旋轉(zhuǎn)對多個方向的場景成像，再將這些不同方向的場景圖像拼接成一幅全景圖。這種方法，雖然成像分辨力高，但成像速度慢，拼接算法復(fù)雜，一般只能拼接出柱面全景圖像，不滿足單一視點要求，且成本高、系統(tǒng)復(fù)雜，不能滿足實時全景成像的需要。另外，無人機載拼接圖像還有以下幾個問題：第一，圖像的傾角過大而無規(guī)律、航向重疊度有的過小(小于20％)、灰度不一致，使得圖像匹配難度大、精度低，給后續(xù)處理造成不利影響；第二，圖像像幅小、數(shù)量多，造成工作量大、效率低，需要研究高效的、自動化程度高的處理方法；第三，飛行航線呈曲線，圖像的旁向重疊度不規(guī)則、過小(許多小于10％)，這給連接點的提取和布設(shè)帶來困難，影響到空中三角測量的精度。同時，由于多數(shù)的無人機成像平臺使用的是非量測型相機，成像質(zhì)量較差，圖像畸變大、不規(guī)則、輻射信息差異明顯，這些不利因素給圖像拼接帶來直接的挑戰(zhàn)。\n[0004] 魚眼鏡頭在獲得大視場的同時又有其缺點，即會產(chǎn)生嚴重的桶形畸變，很難校正，且成像分辨力低。高質(zhì)量的魚眼透鏡通常采用10片以上的結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量的光學材料，因此系統(tǒng)復(fù)雜，造價成本昂貴。\n[0005] 如上所述，概括起來目前無人機成像技術(shù)存在以下問題：成像速度慢，實時性差，不能同時獲得完整的全景圖像，更不能獲得動態(tài)全景圖像，且獲取圖像的數(shù)據(jù)量大，拼接算法復(fù)雜，還具有不能滿足單一視點要求、成本高、系統(tǒng)復(fù)雜。\n發(fā)明內(nèi)容\n[0006] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、實時性好，同時具有高成像分辨力、結(jié)構(gòu)簡單、成本低的微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)及設(shè)備。\n[0007] 本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：一種微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)，包括實時全景成像設(shè)備、無線信號傳輸與控制板；實時全景成像設(shè)備包括連接件、光學保護罩、外殼、反射鏡、高清攝像頭；高清攝像頭還連接無線信號傳輸與控制板，無線信號傳輸與控制板與無線天線相接；光學保護罩為透明圓柱形罩，反射鏡為圓錐曲面形鏡，高清攝像頭置于圓錐曲面形鏡形成的光學焦點處；無線天線裝在外殼外部。\n[0008] 圓錐曲線面鏡采用拋物線面鏡(采用拋物線鏡面型)。拋物線面鏡，采集面積大，且易于拼圖。場景和像素更豐富，成像效果更好。\n[0009] 攝像機水平視場角：360度,鏡頭焦距6mm。\n[0010] 拋物面反射鏡口徑為DM＝52mm,要求設(shè)計的全景系統(tǒng)具有大于半球視場成像(θmax＝143°)\n[0011] 由式 得本設(shè)備的拋物面反射鏡面形參數(shù)(即攝像機光\n心到鏡面邊緣的距離)H＝13mm；\n[0012] 由式 得本設(shè)備的拋物面反射鏡面高度為h＝26mm；\n[0013] 由式 得本設(shè)備的拋物面反射鏡面形(拋物線)的解析幾何表達式為\n[0014] 光學保護罩與(鋁合金)外殼固接。所述的無線信號(視頻)傳輸模塊采用無線通信方式與地面接收控制模塊實現(xiàn)雙向通信。所述的地面接收控制模塊用于實時接收視頻，并對微型旋翼式無人機、可收放起落架、實時全景成像設(shè)備和無線視頻傳輸模塊進行實時控制。所述的連接件將成像主體連接至可收放起落架，所述的光學保護罩和鋁合金外殼用來保護成像裝置，所述的反射鏡用來將周圍空間的光線匯集到反射鏡上，所述的高清攝像頭用來采集匯集到反射鏡上的全景圖像，所述的信號傳輸與控制板用來對設(shè)備進行控制和對信號進行處理，所述的無線天線用來傳輸信息。無線視頻傳輸模塊包括射頻發(fā)射功率放大器，用于連接無線天線，無線天線可以為兩根無線天線，可同時進行發(fā)射和接收信號。\n[0015] 微型旋翼式無人機、可收放起落架、地面接收控制模塊是本發(fā)明工作的基礎(chǔ)。\n[0016] 所述的微型旋翼式無人機為實時全景成像設(shè)備的空中搭載平臺。所述的可收放起落架為無人機起飛和降落的支撐架，可收放起落架用于避免將起落架影像落入采集的視頻中。所述的實時全景成像設(shè)備采用拋物面折反射方式獲取實時全景圖像。\n[0017] 所述可收放起落架在無人機起飛時伸平起落架與無人機機體平行，降落時放下起落架與無人機機體垂直，避免將起落架影像落入采集的視頻中。\n[0018] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述微型旋翼式無人機采用大疆S800型微型六旋翼無人機。\n[0019] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述可收放起落架采用大疆DJI?S800?EVO型可收放起落架。可收放起落架在無人機起飛時伸平起落架與無人機機體平行，降落時放下起落架與無人機機體垂直，避免將起落架影像落入采集的視頻中。\n[0020] 本發(fā)明所述一種微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)及設(shè)備采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：\n[0021] (1)本發(fā)明設(shè)計的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，可以防止全景相機進行全景圖像采集時無人機起落架落入圖像內(nèi)，提高了圖像采集要素的完整性和的圖像質(zhì)量；\n[0022] (2)本發(fā)明設(shè)計的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)，可以根據(jù)無人機的起落距離，對全景相機進行翻轉(zhuǎn)收放，避免鏡頭與地面相接觸，有效保護了鏡頭。\n[0023] 與此相應(yīng)，針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于本發(fā)明設(shè)計的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)，能夠靈活地根據(jù)離地距離和無人機飛行狀態(tài)調(diào)節(jié)全景相機鏡頭的位置，獲取全方位無起落架干擾的全景圖像。所述的無線視頻傳輸模塊采用無線通信方式與地面接收控制模塊實現(xiàn)雙向通信。所述的地面接收控制模塊用于實時接收視頻，并對微型旋翼式無人機、可收放起落架、實時全景成像設(shè)備和無線視頻傳輸模塊進行實時控制。\n基于本發(fā)明設(shè)計的微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)及設(shè)備無需進行圖像拼接，即可得到實時大場景圖像，實時性好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低，可以為機器人導航、偵查、計算機視覺、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。\n附圖說明\n[0024] 圖1是本發(fā)明設(shè)計的微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)的功能模塊構(gòu)成示意圖；\n[0025] 圖2是本發(fā)明設(shè)計的微型無人機載實時全景成像設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。\n具體實施方式\n[0026] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細的說明。\n[0027] 如圖1所示，包括連接件1、反射鏡2、光學保護罩3、高清攝像頭4、信號傳輸與控制板5、外殼6、無線天線7。無人機8、起落架9、無線網(wǎng)10、成像系統(tǒng)A、地面控制設(shè)備11。\n[0028] 本發(fā)明設(shè)計了一種微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)，包括微型旋翼式無人機平臺、無人機的起落架為可收放起落架；實時全景成像設(shè)備主要指實時全景光學成像、無線視頻傳輸模塊和與全景成像系統(tǒng)進行通訊聯(lián)系的地面接收控制模塊。\n[0029] 所述的微型旋翼式無人機為實時全景成像設(shè)備的空中搭載平臺。所述的可收放起落架為無人機起飛和降落的支撐架，可收放起落架用于避免將起落架影像落入采集的視頻中。所述的實時全景成像設(shè)備采用拋物面折反射方式獲取實時全景圖像。所述的無線視頻傳輸模塊采用無線通信方式與地面接收控制模塊實現(xiàn)雙向通信。所述的地面接收控制模塊用于實時接收視頻，并對微型旋翼式無人機、可收放起落架、實時全景成像設(shè)備和無線視頻傳輸模塊進行實時控制。\n[0030] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述微型旋翼式無人機采用大疆S800型微型六旋翼無人機(深圳市大疆創(chuàng)新科技)。\n[0031] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述可收放起落架采用大疆DJI?S800?EVO型可收放起落架?？墒辗牌鹇浼茉跓o人機起飛時伸平起落架與無人機機體平行，降落時放下起落架與無人機機體垂直，避免將起落架影像落入采集的視頻中。\n[0032] 如圖2所示，本發(fā)明設(shè)計了一種微型無人機載實時全景成像設(shè)備，包括連接件、光學保護罩、鋁合金外殼、反射鏡、高清攝像頭、信號傳輸與控制板和無線天線。所述的連接件將成像主體連接至可收放起落架，所述的光學保護罩和鋁合金外殼用來保護成像裝置，所述的反射鏡用來將周圍空間的光線匯集到反射鏡上，所述的高清攝像頭用來采集匯集到反射鏡上的全景圖像，所述的信號傳輸與控制板用來對設(shè)備進行控制和對信號進行處理，所述的無線天線用來傳輸信息。\n[0033] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述反射鏡采用拋物面鏡面線型，由黃銅加工而成?？梢詫崟r獲取水平360度，垂直方向286度的大場景圖像。光學保護罩、(鋁合金)外殼的直徑為5-15cm，反射鏡的外徑同光學保護罩的內(nèi)徑或小于內(nèi)徑；高清攝像頭裝在反射鏡的焦距倍位置、無線信號傳輸與控制板在(鋁合金)外殼內(nèi)，無線天線裝在外殼外部。\n[0034] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述連接件為螺紋連接，將全景實時成像設(shè)備連接至無人機機身上。\n[0035] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述實時全景成像設(shè)備外觀尺寸為長135mm，直徑70mm，反射鏡開口直徑為52mm，反射鏡面形參數(shù)(即攝像機光心到鏡面邊緣的距離)H＝\n13mm；反射鏡面高度為h＝26mm；作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述實時全景成像設(shè)備預(yù)留鋰電池、外接直流電源適配器接口。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述光學保護罩材質(zhì)為高透光率石英玻璃或PC材料。\n[0036] 綜上，通過建立并實施本發(fā)明設(shè)計的微型無人機載實時全景成像系統(tǒng)及實時全景成像設(shè)備，能夠一次性實時獲取空中對地觀測的全景圖像，系統(tǒng)和設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、體積小、功耗低，可方便移植到有人飛機、微型飛行器、機器人等平臺，以及海關(guān)、銀行等其它社會安全監(jiān)測場所，構(gòu)成實時全方位監(jiān)控系統(tǒng)，對于促進監(jiān)控技術(shù)水平的提高有重大意義，具有廣闊的市場應(yīng)用前景與經(jīng)濟價值。\n[0037] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。