CN103630119A - 一种无人机航测用像移补偿装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机航测用像移补偿装置，包括水平设置在机舱内的转轴，所述转轴垂直于机身轴线，还包括安装在所述转轴上且可绕所述转轴旋转的相机安装平台、以及用于与无人机飞行控制计算机连接的电机，所述电机与相机安装平台连接，上述装置具有体积小、重量轻、结构简单、能耗低等特点，便于在航测无人机上应用；本发明还公开了一种无人机航测用像移补偿方法，通过无人机飞行控制计算机控制电机带动相机安装平台绕转轴产生一定的角速度，带动相机转动，使相机光轴锁定（跟随）地面某点，当相机光轴与机舱底面垂直时，快门拍照，同时相机安装平台继续以所述角速度转动至少至拍照完成，上述方法可减小无人机航测中航向像移量，提高测量精度。

Description

一种无人机航测用像移补偿装置及方法
技术领域
本发明涉及无人机航测领域，具体地，涉及一种无人机航测用像移补偿装置及方法。
背景技术
随着无人机技术的发展，无人机航测技术得到了广泛的应用。在航测过程中，由于无人机飞行相对航高较低（一般为300-1000米），速度快（一般为30米/秒），使用的相机大部分为民用单反照相机，一般都固定于机身上，快门速度约为1/1000秒。在航摄过程中，相机曝光瞬间会产生较大前进方向像移，一般会占到1/3到1个象元，致使测量误差急剧增大。且无人机在飞行过程中是以空速为准，受风速及风向的影响，顺逆风时，地速（gps速度）也会随之加大或减小，像移量也随之变化。
传统的像移补偿办法均应用于大型的载人航测飞机上，如改造专业航测相机的ccd电子线路的行扫方式，或者通过机械装置推动相机产生与地速相反的后移速度，使拍照瞬间相机相对地面速度为近似为0。上述方式结构复杂，成本高，只适用于大型航测飞机。小型无人机采用的相机一般为成品民用相机，很难改变其电子线路；如采用相机后移方式，后移的动力，滑轨，制动都需要较多的能量储备和运动空间，由于无人机整体重量轻，机舱小，难以搭载。且由于后移过程中，相机的惯性很大，会对飞机的姿态产生严重影响。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种无人机航测用像移补偿装置，具有体积小、重量轻、结构简单、能耗低等特点，便于在航测无人机上应用。
本发明的另一个目的是提供一种无人机航测用像移补偿方法，可以减小无人机航测中航向像移量，提高测量精度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无人机航测用像移补偿装置，包括水平设置在机舱内的转轴，所述转轴垂直于机身轴线，还包括安装在所述转轴上且可绕所述转轴旋转的相机安装平台、以及用于与无人机飞行控制计算机连接的电机，所述电机与相机安装平台连接。
进一步地，所述电机为步进电机，所述步进电机通过丝杠及丝杠螺母与相机安装平台连接。
进一步地，所述转轴为Ω轴。
进一步地，所述转轴通过平台支座安装在机舱内。
一种无人机航测用像移补偿方法，包括：
（1）无人机起飞进入航测区域后，无人机飞行控制计算机实时采集地速，通过设定航高，计算出无人机相对航线方向的地面某点的角速度ω，ω=地速/航高，将此值发送给电机并发送启动命令，使电机带动相机安装平台绕转轴产生相等的角速度，带动相机转动，使相机光轴与航线方向的地面某点相对静止；
（2）当相机安装平台转至使相机光轴与机舱底面垂直时，无人机飞行控制计算机发出拍照指令，控制相机快门拍照；且所述无人机飞行控制计算机控制相机安装平台继续以角速度ω转动至少至拍照完成；
（3）无人机飞行控制计算机控制电机进行反转，带动相机安装平台回到初始位置，完成一个拍摄周期，此时电机停转锁住，等待下一个启动命令。
进一步地，在所述步骤（1）中，所述电机为步进电机，所述步进电机通过丝杠及丝杠螺母带动相机安装平台转动；且所述无人机飞行控制计算机发送启动命令给步进电机时，所述丝杠螺母位于其行程的起始位置；在所述步骤（2）中，相机光轴与机舱底面垂直时，即为丝杠螺母位于其行程的中间位置时；且所述无人机飞行控制计算机控制相机安装平台继续以角速度ω转动到丝杠螺母的行程终点位置。
进一步地，在所述步骤（3）中，所述电机反转速度大于其正转速度。
本发明通过采用以上技术方案，其具有以下有益效果：
1、可减小无人机航测中航向像移量，提高测量精度；
2、可根据拍照前的地速（gps速度），调整电机转速，使像移量减至最小；
3、由无人机飞行控制计算机控制电机的速度和方向，使电机的速度和精度达到最高；
4、结构简单、重量轻、惯性小、成本低，适合无人机搭载；
5、此平台可作为某些相机云台的底座，在减小航向像移的同时减少姿态像移。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的无人机航测用像移补偿装置的结构示意图（转动起始姿态）；
图2为本发明的无人机航测用像移补偿装置的结构示意图（曝光点姿态）；
图3为本发明的无人机航测用像移补偿装置的结构示意图（转动终点姿态）。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的无人机航测用像移补偿装置只针对航向像移补偿，当无人机飞行时，由于相机固定于机身上，会产生航向像移（俯仰动作产生的像移暂不考虑）。
如图1、2、3所示，本发明的一种无人机航测用像移补偿装置，包括水平设置在机舱1内的转轴2（Ω轴），转轴2通过平台支座3安装在机舱1内，且转轴2垂直于机身轴线，还包括安装在转轴2上且可绕转轴2旋转的相机安装平台4、以及用于与无人机飞行控制计算机连接的步进电机5，步进电机5通过丝杠6及丝杠螺母7与相机安装平台4连接。相机8安装在相机安装平台上。
无人机起飞进入航测区域后，无人机飞行控制计算机实时采集地速（ｇｐｓ速度），通过设定航高，计算出无人机相对航线方向的地面某点的角速度ω（一般为4°/S以内），ω=地速/航高，将此值发送给步进电机5并发送启动命令，步进电机5通过丝杠6及丝杠螺母7带动相机安装平台4绕转轴2产生相等的角速度，带动相机8转动，使相机光轴与航线方向的地面某点相对静止；当相机安装平台4转至使相机光轴与机舱底面垂直时，无人机飞行控制计算机发出拍照指令，控制相机快门拍照，且无人机飞行控制计算机控制相机安装平台4继续以角速度ω转动至少至拍照完成；然后无人机飞行控制计算机控制步进电机5进行反转，带动相机安装平台4回到初始位置，完成一个拍摄周期，此时步进电机5停转锁住，等待下一个启动命令。当无人机飞行控制计算机发出第二个拍照指令后，系统重复上述周期，依此类推，完成拍照任务。
具体以丝杠螺母7的行程为-5mm至+5mm为例（此行程可调整），当无人机飞行控制计算机发送启动命令给步进电机5时，丝杠螺母7位于其行程的起始位置-5mm（如图1所示）；当丝杠螺母7位于其行程的中间0点位置时，相机快门拍照（如图2所示）；拍照后无人机飞行控制计算机控制相机安装平台4以角速度ω继续转动到丝杠螺母7的行程终点位置+5mm（如图3所示），然后再控制步进电机5进行反转，反向转动速度可通过设置提高，使丝杠螺母7快速返回到其行程的起始位置（-5mm），此过程为一完整动作周期。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无人机航测用像移补偿装置，其特征在于，包括水平设置在机舱内的转轴，所述转轴垂直于机身轴线，还包括安装在所述转轴上且可绕所述转轴旋转的相机安装平台、以及用于与无人机飞行控制计算机连接的电机，所述电机与相机安装平台连接。
2.根据权利要求1所述的无人机航测用像移补偿装置，其特征在于，所述电机为步进电机，所述步进电机通过丝杠及丝杠螺母与相机安装平台连接。
3.根据权利要求1或2所述的无人机航测用像移补偿装置，其特征在于，所述转轴为Ω轴。
4.根据权利要求1或2所述的无人机航测用像移补偿装置，其特征在于，所述转轴通过平台支座安装在机舱内。
5.一种无人机航测用像移补偿方法，其特征在于，包括：
（1）无人机起飞进入航测区域后，无人机飞行控制计算机实时采集地速，通过设定航高，计算出无人机相对航线方向的地面某点的角速度ω，ω=地速/航高，将此值发送给电机并发送启动命令，使电机带动相机安装平台绕转轴产生相等的角速度，带动相机转动，使相机光轴与航线方向的地面某点相对静止；
（2）当相机安装平台转至使相机光轴与机舱底面垂直时，无人机飞行控制计算机发出拍照指令，控制相机快门拍照；且所述无人机飞行控制计算机控制相机安装平台继续以角速度ω转动至少至拍照完成；
（3）无人机飞行控制计算机控制电机进行反转，带动相机安装平台回到初始位置，完成一个拍摄周期，此时电机停转锁住，等待下一个启动命令。
6.根据权利要求5所述的无人机航测用像移补偿方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述电机为步进电机，所述步进电机通过丝杠及丝杠螺母带动相机安装平台转动；且所述无人机飞行控制计算机发送启动命令给步进电机时，所述丝杠螺母位于其行程的起始位置；
在所述步骤（2）中，相机光轴与机舱底面垂直时，即为丝杠螺母位于其行程的中间位置时；且所述无人机飞行控制计算机控制相机安装平台继续以角速度ω转动到丝杠螺母的行程终点位置。
7.根据权利要求5或6所述的无人机航测用像移补偿方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述电机反转速度大于其正转速度。
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