CN105277177A - 多旋翼无人机倾斜摄影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多旋翼无人机倾斜摄影系统，包括云台挂载组件，在云台挂载组件上固定的主碳管，还包括：万向轴组件，用于连接主碳管与倾斜摄影云台；与倾斜摄影云台固定连接的摄影装置；倾斜摄影云台，包括横滚轴挂载付、上支撑板、下支撑架、下支撑架挂载框架，所述横滚轴挂载付设置在万向轴组件的横滚轴两侧、且与横滚轴枢接，所述上支撑板固定在横滚轴挂载付的下方，所述下支撑板挂载框架搭接在上支撑板的两侧，在下支撑板挂载框架下方固定连接所述下支撑架，下支撑架呈十字型，下支撑架的四侧设置倾斜安装架，所述摄影装置固定安装在倾斜安装架上。本发明降低了使用倾斜摄影技术的门槛和成本，具有巨大的社会经济效益。

Description

多旋翼无人机倾斜摄影系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，更具体地说，是涉及一种多旋翼无人机倾斜摄影系统。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，二维基础地理信息数据已经很难满足我国城市信息化建设的要求，三维数字城市模型已经成为城市地理信息系统研究的一个重要方向。目前，为构建三维数字城市模型几何建模，主流采用倾斜摄影技术，以解决垂直摄影影像与卫星影像、测量地面设备之间数据不通用、后期数据处理复杂的问题。倾斜摄影是通过在飞行器上搭载多台相机，同时从垂直、倾斜等不同角度拍摄影像，获取地面物体更为完整准确的信息。据此生成的三维模型较传统手工建模周期更短、成本更低、精度更高。倾斜摄影的三维建模，可快速还原真实现状，相对传统垂直航摄具有不争的优势,不仅有效弥补了传统正射影像的不足,还大大提高了快速三维建模技术的数据获取效率。目前，仍在采用大型飞机进行倾斜摄影，其笨重、不灵活的缺点是显而易见的。无人机摄影系统具有近低空、方便灵活、影像分辨率高等特点，是更为理想和易于普及的倾斜摄影方式，但是，相较于大飞机其对云台集成度和重量的要求相对高很多，因此，如何构建质轻、载重大、集成度高的无人机云台成为目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种多旋翼无人机倾斜摄影系统，通过构建质轻、载重大、集成度高的无人机倾斜摄影云台，使倾斜摄影技术与多旋翼无人机相结合，为城市建设三维快速自动建模工程提供强有力技术支持，以克服现有技术的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多旋翼无人机倾斜摄影系统，包括云台挂载组件，在云台挂载组件上固定的主碳管，还包括：万向轴组件，用于连接主碳管与倾斜摄影云台；摄影装置，所述摄影装置与倾斜摄影云台固定连接，用于采集摄影测量数据；倾斜摄影云台，包括横滚轴挂载付、上支撑板、下支撑架、下支撑架挂载框架，所述横滚轴挂载付设置在万向轴组件的横滚轴两侧、且与横滚轴枢接，所述上支撑板固定在横滚轴挂载付的下方，所述下支撑板挂载框架搭接在上支撑板的两侧，在下支撑板挂载框架下方固定连接所述下支撑架，下支撑架呈十字型，下支撑架的四侧设置倾斜安装架，所述摄影装置固定安装在倾斜安装架上。

所述摄影装置包括一个下视相机和四个环视相机，所述下支撑架居中安装一台镜头轴线垂直向下的下视相机，四台倾斜拍摄的环视相机环向安装在倾斜安装架上，所述四台环视相机沿环向均布安装，其轴线与下视相机的镜头轴线夹角相同，方向依次指向四个方向，构成前后左右及下视五个拍摄角度的垂直/倾斜摄影结构。

所述云台挂载组件的下方挂载有内置飞行遥接收机和飞行数据传输发射机的微波盒，所述上支撑板上设置摄影装置控制电路板，所述摄影装置控制电路板包括USB集成电路。

所述摄影装置控制电路板上方设置防护盖板。

所述摄影装置使用定焦距镜头。

所述下支撑架的底部设置四个云台支撑脚；所述下支撑架的底面上设置有纵横交接的加强筋条。

所述倾斜安装架包括倾斜相接的矩形框和支板，所述矩形框和支板分别连接在下支撑架安装单元的两相对边上；所述支板上设置相机安装孔和相机限位板。

多旋翼无人机倾斜摄影系统的控制电路包括电源转换电路、USB集成电路、相机单片机电路、相机控制信号输出电路，所述电源转换电路连接无人机的供电电源；所述USB集成电路用于将五个相机的输出端口集成为一个总输出端口；所述相机单片机电路包括单片机、向所述单片机提供时钟信号的晶振电路、相机控制信号输入接口及适配电路，所述晶振电路、相机控制信号输入接口及适配电路连接单片机；所述相机控制信号输出电路包括分别与单片机连接的相机拍照控制电路、相机对焦控制兼开关机状态检测电路、相机开关机控制电路，相机的对焦信号控制及拍照信号控制均为一个信号输入、统一控制五路输出，使五个相机同步对焦或拍照。

所述USB集成电路包括二级连接的USB集线器Ⅰ电路、USB集线器Ⅱ电路，USB集线器Ⅱ电路的上行端口连接在USB集线器Ⅰ电路的输入端口上，USB集线器Ⅰ电路的上行端口则连接USB集线器Ⅰ上行接口。

所述单片机相邻两次拍照信号输出相隔4S以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明多旋翼无人机倾斜摄影系统让倾斜摄影技术摆脱了大型航测飞机，极大地降低了使用倾斜摄影技术的门槛和成本，系统提供的建模结构、建筑细节清晰度很适合情景再现、应急演练，带给观看者真实而震撼的视觉感受。本发明的多旋翼无人机倾斜摄影系统开创三维地理信息的新时代，为智慧城市的深入应用插上“真实、准确”的翅膀。

附图说明

图1为本发明多旋翼无人机倾斜摄影系统立体图。

图2为本发明多旋翼无人机倾斜摄影系统仰视方向的立体示意图。

图3为本发明多旋翼无人机倾斜摄影系统主视图。

图4为本发明的相机倾斜固定架结构示意图。

图5为本发明的电源转换电路图。

图6为本发明的USB集成电路图。

图7为本发明的相机单片机电路图。

图8为本发明的相机控制信号输出及接口电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

对于无人驾驶的飞行器系统，包括空中和地面两大部分。空中部分包括：无人机、机载电子设备和辅助设备等，主要完成飞行拍摄任务。地面部分包括：飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统以及发射回收系统，主要完成对飞行器的遥控、遥测和导航任务，空中与地面系统通过数据链路建立起紧密联系。

参见图1-4，本发明的多旋翼无人机倾斜摄影系统，包括云台挂载组件10，在云台挂载组件上固定的主碳管14，还包括：万向轴组件21，用于连接主碳管与倾斜摄影云台20；摄影装置，摄影装置与倾斜摄影云台固定连接，用于采集摄影测量数据；倾斜摄影云台20包括横滚轴挂载付22、上支撑板24、下支撑架32、下支撑架挂载框架25，横滚轴挂载付22设置在万向轴组件21的横滚轴两侧、且与横滚轴11枢接，上支撑板24固定在横滚轴挂载付22的下方，下支撑板挂载框架25搭接在上支撑板24的两侧，在下支撑板挂载框架下方固定连接下支撑架32，下支撑架呈十字型，下支撑架的四侧设置倾斜安装架，摄影装置38固定安装在倾斜安装架上。主碳管14通过锁紧铝件12固定在云台挂载组件10上。

摄影装置38包括一个下视相机和四个环视相机，下支撑架居中安装一台镜头轴线垂直向下的下视相机，四台倾斜拍摄的环视相机环向安装在倾斜安装架上，四台环视相机沿环向均布安装，其轴线与下视相机的镜头轴线夹角相同，方向依次指向四个方向，构成前后左右及下视五个拍摄角度的垂直/倾斜摄影结构。

云台挂载组件的下方挂载有内置飞行遥接收机和飞行数据传输发射机的微波盒13，上支撑板上设置摄影装置控制电路板23，摄影装置控制电路板包括USB集成电路。摄影装置控制电路板上设置一键式相机开关机按钮15。摄影装置控制电路板上方设置防护盖板。摄影装置38使用定焦距镜头。

下支撑架的底部设置四个云台支撑脚37。下支撑架的底面上设置有纵横交接的加强筋条36。倾斜安装架包括倾斜相接的矩形框31和支板33，矩形框31和支板33分别连接在下支撑架安装单元的两相对边上。支板上设置相机安装孔34和相机限位板35。倾斜摄影云台由碳纤维材料制得，下支撑架挂载框架上设置加强碳管26。

微波盒13内含飞行遥控接收机和飞行数据传输发射机，负责将飞行数据通过数字信号传输到地面站，微波盒上还有飞行器运行数据接口，通过数据线连接数字电台模块，由数字电台模块直接发回地面。MCU模块通过UART数据线连接数字电台模块与外部UART接口，所述MCU用于接收外部指令及视频输入格式的切换。在地面站，相应设置数字接收模块用于接收来自无人机微波盒发射的数据，经过USB网卡和HUB多端口的转发器，传输到地面站来，可完成遥控指令，飞行记录的存储与显示，充分满足无人机的测控需求。

参见图5-8，多旋翼无人机倾斜摄影系统的控制电路包括电源转换电路，来自无人机的14-30V的电源经过转换，可输出8.4V、5V、3.3V电源电压，向摄影装置（相机）、相机USB电子开关、USB集线器等供电。电源转换电路包括8.4V电源变换电路41，8.4V转3.3V电源变换电路45，还包括顺序连接的5V电源变换电路42、相机USB电源供电电子开关电路43、USB集线器供电电子开关电路44。通过如此设置，使相机的电源使用无人机的电源输出，从而可取消相机的自带电源，减轻倾斜摄影云台的总重量。

8.4V电源变换电路41的输入端连接来自无人机的14-30V电源，输出端分别连接8.4V转5V电源变换电路42、8.4V转3.3V电源变换电路45，以及相机供电输出接口64。8.4V转5V电源变换电路42的输出端分别连接相机USB电源供电电子开关电路43的输入端、USB集线器供电电子开关电路44的输入端，以及系统状态蜂鸣电路57。8.4V转3.3V电源变换电路45输出端分别连接到单片机USB接口适配电路51和单片机58。相机USB电源供电电子开关电路43输出端连接到相机USB信号接口66的各个端口。USB集线器供电电子开关电路44输出端分别连接到USB集线器Ⅰ电路46和USB集线器Ⅱ电路47，以及两集线器的电源滤波电路（48，49）。

如图6所示，多旋翼无人机倾斜摄影控制电路系统包括USB集成电路，USB集成电路包括二级连接的USB集线器Ⅰ电路46、USB集线器Ⅱ电路47，USB集线器Ⅱ电路47的上行端口（芯片U6的DP0与DM0端口）连接USB集线器Ⅰ电路46的输入端口上，USB集线器Ⅰ电路46的芯片U2的上行端口则连接USB集线器Ⅰ上行接口50，两集线器分别连接电源滤波电路（48，49）。

如图7所示，多旋翼无人机倾斜摄影控制电路系统包括相机单片机电路，包括向单片机58提供时钟信号的晶振电路52、相机控制信号输入接口及适配电路53、系统状态指示灯电路55、系统状态蜂鸣电路57，以上电路均与单片机58的端口连接，单片机58还连接有相机一键开关机控制开关54、单片机USB接口适配电路51、单片机电源滤波电路56。由单片机电路可实现相机开关机控制、拍照控制、并能保证两次拍摄时差在4S以上。

如图8所示，多旋翼无人机倾斜摄影控制电路系统包括相机控制信号输出及接口电路，具体包括相机拍照控制电路61、相机对焦控制兼开关机状态检测电路62、相机开关机控制电路63、相机供电输出接口64、相机控制信号输出接口65、相机USB信号接口66、相机供电输出接口滤波电容电路67、相机USB信号接口静电防护电路68。其中，相机对焦控制兼开关机状态检测电路62通过检测相机控制引脚的电平变化，确认当前相机开关机状态与设定状态是否相符。相机对焦控制兼开关状态检测电路62、相机拍照控制电路61分别实现相机的对焦信号控制及拍照信号控制，均为一个信号输入、统一控制五路输出，即五个相机同步对焦或拍照。相机开关机控制电路63实现对五部相机五路单独的开关机控制，从而实现顺序开机机控制。相机拍照控制电路61、相机对焦控制兼开关机状态检测电路62、相机开关机控制电路63的输入端连接单片机，其输出端连接相应的相机端输出端口。

以上公开仅为本发明的具体实施例，并不构成对本发明保护范围的限制，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的整体构思前提下，依据本发明技术方案所作的无需经过创造性劳动的变化和替换，都应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多旋翼无人机倾斜摄影系统，包括云台挂载组件，在云台挂载组件上固定的主碳管，其特征在于：还包括：

万向轴组件，用于连接主碳管与倾斜摄影云台；

摄影装置，所述摄影装置与倾斜摄影云台固定连接，用于采集摄影测量数据；

倾斜摄影云台，包括横滚轴挂载付、上支撑板、下支撑架、下支撑架挂载框架，所述横滚轴挂载付设置在万向轴组件的横滚轴两侧、且与横滚轴枢接，所述上支撑板固定在横滚轴挂载付的下方，所述下支撑板挂载框架搭接在上支撑板的两侧，在下支撑板挂载框架下方固定连接所述下支撑架，下支撑架呈十字型，下支撑架的四侧设置倾斜安装架，所述摄影装置固定安装在倾斜安装架上。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人机倾斜摄影系统，其特征在于：所述摄影装置包括一个下视相机和四个环视相机，所述下支撑架居中安装一台镜头轴线垂直向下的下视相机，四台倾斜拍摄的环视相机环向安装在倾斜安装架上，所述四台环视相机沿环向均布安装，其轴线与下视相机的镜头轴线夹角相同，方向依次指向四个方向，构成前后左右及下视五个拍摄角度的垂直/倾斜摄影结构。

3.根据权利要求2所述的多旋翼无人机倾斜摄影系统，其特征在于：所述云台挂载组件的下方挂载有内置飞行遥接收机和飞行数据传输发射机的微波盒，所述上支撑板上设置摄影装置控制电路板，所述摄影装置控制电路板包括USB集成电路。

4.根据权利要求3所述的多旋翼无人机倾斜摄影系统，其特征在于：所述摄影装置控制电路板上方设置防护盖板。

5.根据权利要求2所述的多旋翼无人机倾斜摄影系统，其特征在于：所述摄影装置使用定焦距镜头。

6.根据权利要求2所述的多旋翼无人机倾斜摄影系统，其特征在于：所述下支撑架的底部设置四个云台支撑脚；所述下支撑架的底面上设置有纵横交接的加强筋条。

7.根据权利要求2所述的多旋翼无人机倾斜摄影系统，其特征在于：所述倾斜安装架包括倾斜相接的矩形框和支板，所述矩形框和支板分别连接在下支撑架安装单元的两相对边上；所述支板上设置相机安装孔和相机限位板。

8.根据权利要求2所述的多旋翼无人机倾斜摄影系统，其特征在于：多旋翼无人机倾斜摄影系统的控制电路包括电源转换电路、USB集成电路、相机单片机电路、相机控制信号输出电路，

所述电源转换电路连接无人机的供电电源；

所述USB集成电路用于将五个相机的输出端口集成为一个总输出端口；

所述相机单片机电路包括单片机、向所述单片机提供时钟信号的晶振电路、相机控制信号输入接口及适配电路，所述晶振电路、相机控制信号输入接口及适配电路连接单片机；

所述相机控制信号输出电路包括分别与单片机连接的相机拍照控制电路、相机对焦控制兼开关机状态检测电路、相机开关机控制电路，相机的对焦信号控制及拍照信号控制均为一个信号输入、统一控制五路输出，使五个相机同步对焦或拍照。

9.根据权利要求8所述的多旋翼无人机倾斜摄影系统，其特征在于：所述USB集成电路包括二级连接的USB集线器Ⅰ电路、USB集线器Ⅱ电路，USB集线器Ⅱ电路的上行端口连接在USB集线器Ⅰ电路的输入端口上，USB集线器Ⅰ电路的上行端口则连接USB集线器Ⅰ上行接口。

10.根据权利要求8所述的多旋翼无人机倾斜摄影系统，其特征在于：所述单片机相邻两次拍照信号输出相隔4S以上。