CN105676864A - 一种无人机航拍规划仿真系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人机航拍规划仿真系统，涉及无人机航拍规划领域，其包括机载相机云台仿真控制模块、航拍轨迹操作模块和机载相机云台自动操控模块。本发明在三维仿真实景中实现了对于机载相机云台的姿态规划，在航拍仿真规划过程中实时显示当前机载相机在三维仿真场景中的拍摄景象，同时记录规划过程，保存为相应的航拍规划文件，可以读取航拍规划文件进行航拍规划重演及调整，能够在实际航拍中根据规划文件自动控制机载相机云台的姿态。能够让使用者对于规划的航拍效果有个直观的参照，并提供完善的辅助规划手段。
Description
技术领域
本发明涉及无人机航拍规划技术领域，具体是一种无人机航拍规划仿真系统。
背景技术
无人机的航拍规划包括无人机航路规划和机载相机云台运动规划。当前无人机航拍的应用方面越来越多，如电影拍摄、地质勘测、灾害监测等。受限于无人机续航时间、飞行环境等因素，事先需要进行合理的无人机的航拍规划，以期能够拍摄到所需的景象，传统的无人机航拍规划系统都是在二维平面上通过设定航点，进行无人机航线规划，但对于实际航拍规划需要，现有技术存在以下不足：
1、缺少对机载相机云台姿态的规划：应用于实际航拍场景的无人机大多载有可调整姿态的相机云台，调整云台姿态来控制相机镜头朝向变化是航拍规划过程中一个重要的内容，现有的技术缺少对于云台姿态的规划，使得规划内容不够完善，需要多次航拍实飞进行调整，加大了工作量和航拍成本；
2、缺少仿真参照：实际航拍效果取决于机载相机所拍摄到的内容，传统技术在规划过程无法直观感受到根据设定路线和相应云台姿态所能拍摄到的效果，很容易导致在实飞过程中才发现航拍效果不理想的情况，不免会进行多次重复工作；
3、缺少航拍记录重演编辑：传统航拍规划技术无法根据航拍规划文件进行航拍效果模拟重演，并且无法对于已有的航拍规划文件进行对应航点的云台姿态调整修改，只能在多次实飞航拍过程中进行调整修改；
4、缺少相机云台自动控制：无人机相机云台的姿态控制直接关系到航拍画面的流畅程度，传统技术无法自动控制机载相机云台，仅能在实飞过程中由云台手配合飞手进行手动调整，增加了无人机航拍的难度。
发明内容为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种航拍规划仿真系统，所解决的技术问题是：能够在三维仿真实景中实现对于机载相机云台的姿态规划，在航拍仿真规划过程中实时显示当前机载相机在三维仿真场景中的拍摄景象，同时记录规划过程，保存为相应的航拍规划文件，可以读取航拍规划文件进行航拍规划重演及调整，能够在实际航拍中根据规划文件自动控制机载相机云台的姿态。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：包括机载相机云台仿真控制模块、航拍轨迹操作模块、机载相机云台自动操控模块，其中：
所述机载相机云台仿真控制模块根据用户操作，设定三维航拍规划的仿真场景中无人机机载相机参数，控制仿真系统中无人机相机云台的姿态，并将相关信息交由场景显示平台显示当前相机拍摄景象；
所述航拍轨迹操作模块记录航拍规划过程中，关键航点的相机云台姿态及变化，保存为航拍规划文件，并提供对于航拍规划文件的读取重演和编辑修改功能；
所述机载相机云台自动操控模块在无人机实飞过程中根据相应的航拍规划文件，并对比接收到的当前无人机所在地理位置及姿态信息，自动控制相机云台进行相应的姿态调整，以满足规划时预期的拍摄要求。
所述的一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：所述机载相机云台仿真控制模块在三维航拍规划的仿真环境中，加入对于机载相机参数及相机云台姿态的控制，机载相机参数包括焦距、光圈大小和画面比例，相机云台姿态包括水平姿态、俯仰姿态和侧倾姿态。
所述的一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：航拍轨迹操作模块中，航拍规划文件内容为完整航线上各关键航点的地理位置信息，包括经纬度、海拔，以及该航点处相机云台姿态信息，包括水平姿态、俯仰姿态、侧倾姿态，其中关键航点的地理位置信息依照航线规划次序顺序存储。
所述的一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：航拍轨迹操作模块中，对于航拍规划文件的编辑修改包括增加、删除和调整其中记录的关键航点相关信息。
所述的一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：机载相机云台自动操控模块中，当无人机当前位置处于规划航线中非关键航点上时，通过插值方式计算当前机载相机云台姿态，并控制相机云台进行姿态调整。
与现有技术相比，本发明的有益效果是加强了对于无人机航拍规划的辅助功能，能够在不用实地放飞无人机的情况下，对于无人机飞行线路和相机云台姿态进行方便快捷的规划和调整。在当前无人机续航能力有限、飞行风险较高的情况下，提供了一种有效方便且成本低廉的模拟航拍仿真规划手段，能够节省大量的人力物力，降低了无人机航拍的准入门槛。本发明能够通过模拟操控的方式实时模拟仿真无人机在当前位置及相机云台姿态下，所拍摄到的实际画面效果，并在对应的窗口中显示出来，帮助使用者直观便捷地了解和感受航拍效果，并以此作为参照，按照实际所需对于航拍轨迹进行调整。同时，本发明所具备的云台自动操控模块，能够在实飞航拍过程中自动比对当前地理位置信息，控制相机云台进行姿态调整，相较于人为操控而言，对于云台的姿态调整更为流畅和精准，大大减弱了航拍工作的操作难度，使得航拍效果更加流畅自然。
附图说明
图1为本发明中的无人机航拍规划仿真系统结构框图。
具体实施方式
为使得本发明的技术方案更加清楚、完善，下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为无人机航拍规划仿真系统结构框图，如图所示，该系统包括：
1、场景显示平台：用于进行三维场景渲染显示，并作为航拍规划的基础平台；
2、机载相机云台仿真控制模块：负责根据用户操作，设定仿真场景中机载相机参数，控制仿真系统中相机云台的姿态，并将相关信息交由场景显示平台显示当前相机拍摄景象；
3、航拍轨迹操作模块：负责记录航拍规划过程中，关键航点的无人机相机云台姿态及变化，保存为航拍规划文件，并提供对于航拍规划文件的读取重演和编辑修改功能。
4、机载相机云台自动操控模块：负责在无人机实飞过程中根据相应的航拍规划文件，并对比接收到的当前无人机所在地理位置及姿态信息，自动控制机载相机云台进行相应的姿态调整，以满足规划时预期的拍摄要求。
本发明中的无人机航拍规划仿真方法基于上述功能模块来实现，其具体步骤如下：
a.机载相机云台仿真控制模块的仿真控制步骤：
a1.用户设定仿真场景中相机参数，包括相机焦距、光圈大小、画面比例等；
a2.根据相机参数，初始化场景中对应相机视图矩阵及视口大小；
a3.接收场景显示平台捕捉到的用户操作；
a4.根据用户操作内容，转化为相应的云台姿态调整信息；
a5.根据云台姿态调整信息，修改仿真航拍输出视口对应的视图矩阵，同时将云台姿态调整信息及当前航点在仿真场景中的世界坐标送到航拍轨迹操作模块中；
a6.将修改后的矩阵信息交由场景显示平台进行处理，场景显示平台根据修改后的矩阵信息，将处于视景体中的场景渲染输出到对应的视口中；
b.航拍轨迹操作模块对航拍轨迹的操作步骤：
b1.记录：
1.根据航点世界坐标将之转化为经纬度及海拔的绝对位置信息；
2.封装航点绝对位置信息和该航点处的云台姿态信息为一条关键航点记录；
3.将关键航点记录写入相应的航拍规划文件中；
b2.重演：
1.读取对应的航拍规划文件；
2.根据文件中记录的航点信息，计算对应的无人机在三维场景中的世界坐标及机载相机云台在场景中的矩阵信息；
3.将计算后的信息送给场景显示平台，由场景显示平台进行相关显示；
b3.编辑：
1.从场景显示平台获取用户操作输入；
2.根据用户操作，选取航点，或添加航点；
3.根据用户操作，对该航点在场景中的世界坐标及相机云台在场景中的矩阵信息进行调整或删除；
4.根据调整后的航点信息，修改相应的航拍规划文件；
c机载相机云台自动操控模块对云台的操作步骤：
c1.读取相应的航拍规划文件；
c2.接收无人机系统发回的当前无人机地理位置信息及姿态信息；
c3.对比航拍规划文件中记录的航点信息，计算当前相机云台应有的姿态信息；
c4.发送机载相机云台姿态调整信号，控制相机云台姿态进行调整。
采用上述方法即可直观有效地辅助航拍规划，并实现实飞中机载相机云台姿态的自动控制。
Claims (5)
1.一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：包括机载相机云台仿真控制模块、航拍轨迹操作模块、机载相机云台自动操控模块，其中：
所述机载相机云台仿真控制模块根据用户操作，设定三维航拍规划的仿真场景中无人机机载相机参数，控制仿真系统中无人机相机云台的姿态，并将相关信息交由场景显示平台显示当前相机拍摄景象；
所述航拍轨迹操作模块记录航拍规划过程中，关键航点的相机云台姿态及变化，保存为航拍规划文件，并提供对于航拍规划文件的读取重演和编辑修改功能；
所述机载相机云台自动操控模块在无人机实飞过程中根据相应的航拍规划文件，并对比接收到的当前无人机所在地理位置及姿态信息，自动控制相机云台进行相应的姿态调整，以满足规划时预期的拍摄要求。
2.根据权利要求1所述的一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：所述机载相机云台仿真控制模块在三维航拍规划的仿真环境中，加入对于机载相机参数及相机云台姿态的控制，机载相机参数包括焦距、光圈大小和画面比例，相机云台姿态包括水平姿态、俯仰姿态和侧倾姿态。
3.根据权利要求1所述的一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：航拍轨迹操作模块中，航拍规划文件内容为完整航线上各关键航点的地理位置信息，包括经纬度、海拔，以及该航点处相机云台姿态信息，包括水平姿态、俯仰姿态、侧倾姿态，其中关键航点的地理位置信息依照航线规划次序顺序存储。
4.根据权利要求1所述的一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：航拍轨迹操作模块中，对于航拍规划文件的编辑修改包括增加、删除和调整其中记录的关键航点相关信息。
5.根据权利要求1所述的一种无人机航拍规划仿真系统，其特征在于：机载相机云台自动操控模块中，当无人机当前位置处于规划航线中非关键航点上时，通过插值方式计算当前机载相机云台姿态，并控制相机云台进行姿态调整。
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