CN105758384A - 一种无人机摇摆式倾斜摄影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：其包括有六旋翼无人机，所述六旋翼无人机上搭载有摇摆式倾斜摄影装置，所述摇摆式倾斜摄影装置包括有光学相机、摇摆云台、系统控制器及GPS天线，所述六旋翼无人机包括有无人机飞行平台装置、GPS导航器、飞行控制器及信号传输器，所述无人机飞行平台装置包括有多个连接杆及设置于所述连接杆上部的螺旋桨，所述连接杆与所述螺旋桨之间均设置有一驱动电机，所述六旋翼无人机的下部设置有所述摇摆式倾斜摄影装置。

Description

一种无人机摇摆式倾斜摄影系统

技术领域

本发明涉及无人机测绘遥感技术领域，尤其是一种无人机摇摆式倾斜摄影系统。

背景技术

三维数字城市模型是智慧城市的重要基础数据，在管理、规划、消防、公安等各种城市相关的应用中具有重要的价值。但是三维城市数字模型的建设工作成本高，速度慢，耗费大量人力和物力。近年来，国际地理信息领域将传统航空摄影技术和数字地面采集技术结合起来，发展了一种称为机载多角度倾斜摄影的高新技术，简称倾斜摄影技术，逐步成为三维城市的重要技术手段之一。倾斜摄影技术通过在同一飞行平台上搭载多台或多种传感器，同时从多个角度采集地面影像，从而克服了传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够更加真实地反映地物的实际情况，弥补了正射影像的不足，通过整合POS，DSM及矢量等数据，实现基于影像密集匹配的三维建模技术。目前，国内外有多种多镜头倾向相机产品，包括有徕卡公司的ADS40、ADS80三线阵数码相机、美国Pictometry公司多角度相机、Trimble公司的3个相机组成的航空倾斜摄影系统以及国内的刘先林院士的SWDC-5相机、上海航遥公司AMC580相机、中测新图公司的TOPDC-5倾斜相机。以上相机大部分采用5个数码相机经过摆列组合而成，由于相机数量多，载荷大，只能安装在有人驾驶的大飞机上，在进行实际三维建模生产时，需要申请空域，数据获取的时间周期长，数据采集成本很高。

近年来，无人机搭载的倾斜摄影系统，基本上采用的为传统大飞机上5相机的倾斜摄影系统的相机组装模式，如：发明专利“一种数字航空倾斜摄影测量装置（公开号：CN203231750U）”，这种倾斜摄影测量系统由5个相机固定在一起构成，相机采用轻小型低分辨率相机组合而成。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种无人机摇摆式倾斜摄影系统将摇摆式倾斜云台与无人机系统集成在一起，通过使用两个、或者三个相机的在空中作业时的相机摇摆来达到拍摄多角度图像的效果。

本发明的技术方案是提供一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：其包括有六旋翼无人机，所述六旋翼无人机上搭载有摇摆式倾斜摄影装置，所述摇摆式倾斜摄影装置包括有光学相机、摇摆云台、系统控制器及GPS天线，所述六旋翼无人机包括有无人机飞行平台装置、GPS导航器、飞行控制器及信号传输器，所述无人机飞行平台装置包括有多个连接杆及设置于所述连接杆上部的螺旋桨，所述连接杆与所述螺旋桨之间均设置有一驱动电机，所述六旋翼无人机的下部设置有所述摇摆式倾斜摄影装置。

优选的，所述摇摆云台包括一连接框，所述连接框包括相对设置的内边框和外边框，所述内边框上旋接一横梁，所述横梁上分别设置有所述系统控制器、伺服电机及传动装置。

优选的，所述外边框上分别设置有多个连接轴，所述连接轴上套接所述光学相机。

优选的，所述横梁一角设置有一安装框，所述安装框内设置所述伺服电机。

优选的，所述传动装置连接所述伺服电机，所述连接框来控制所述光学相机摆动。

优选的，所述光学相机由小型CCD成像装置和高像质定焦镜头组成。

优选的，所述系统控制器包括有触发模块、存储模块和供电模块。

本发明提供的一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，搭载摇摆式倾斜摄影装置的用于航测的六旋翼无人机，通过在连接框上多次摆动光学相机任意约定次数、角度，能够同时获取地物的多角度影像数据，并获取曝光瞬间的地理信息，从而克服了传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够更加真实地反映地物的实际情况，弥补了正射影像的不足，通过整合POS，DSM及矢量等数据，建立基于影像密集匹配的三维建模技术，快速高效的建立数字城市模型，大大降低了三维建模工作成本。通过该技术建立的实景三维模型可广泛应用于城市规划、建筑景观设计、资源管理、军事战场演习、城镇管理、三维导航以及城市旅游管理系统、反恐维稳、安保警戒、抢险救灾等国防和国民经济建设各个领域。

此外，本发明采用的六旋翼无人机通过航空摄影，野外布置像控点和摄影测量内业，只需一天时间即可完成地形图绘制，减轻了测量外业人员劳动强度，提高了工作效率；采用本发明通过在多旋翼无人机上飞行平台上搭载摇摆式倾斜摄影装置，同时从多个角度采集地面影像，整合POS，DSM及矢量等数据，利用影像密集匹配的三维建模自动生成物体密集点云数据，通过自动纹理映射，快速创建大规模三维模型，真实感强，速度快，降低了项目实施成本。本发明采用非量测相机，体积轻，通过相机检校仍然可以用于航空摄影测量，成本低，通过搭载多旋翼无人机，无需特别场地，垂直起降，无需申请空域，通过密集匹配，能够快速创建大规模数字城市三维模型和制作4D测量产品，在小范围的航空摄影作业中，其快速反应能力和与传统航空摄影相比产生的经济效益等方面具有明显的优势。

附图说明

图1是本发明最佳实施例的的结构示意图；

图2是本发明最佳实施例的的摇摆式倾斜摄影装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的摇摆式倾斜摄影装置使用状态示意图；

图4是本发明施例的摇摆式倾斜摄影装置的工作流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1和图2所示，本发明的一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：其包括有六旋翼无人机1，六旋翼无人机1上搭载有摇摆式倾斜摄影装置3，摇摆式倾斜摄影装置3包括有光学相机49、摇摆云台4、系统控制器31及GPS天线，光学相机49设置有两台或三台，用于获取地物的多角度影像数据；摇摆云台4上设置有光学相机49，用于为摇摆式倾斜摄影装置3与无人机连接提供稳定支撑、带动光学相机49前后摆动工作；系统控制器31设置于摇摆云台4上，用于控制摇摆云台4多次摆动、控制光学相机49曝光、为光学相机49和摇摆云台4转动装置供电、获取和存储实时地理信息数据；GPS天线与系统控制器31连接，用于提供光学相机49曝光瞬间位置信息数据；摇摆式倾斜摄影装置3通过系统控制器31，操控相机多次摆动任意约定次数、角度、自动控制相机多次曝光的方式工作。

摇摆云台4包括一连接框41，连接框41包括相对设置的内边框42和外边框43，内边框42上旋接一横梁44，横梁44上分别设置有系统控制器31、伺服电机46及传动装置47；外边框43上分别设置有多个连接轴48，连接轴48上套接光学相机49，光学相机49由小型CCD成像装置和高像质定焦镜头组成，光学相机49包括左视、右视两台光学相机49倾斜排列，或左视、右视、下视三台光学相机49，一台垂视、两台倾斜排列；同步摆动曝光，用于获取地物的多角度影像数据，拼接成用于常规摄影量测的宽幅影像，进行真三维模型建立。

横梁44一角设置有一安装框45，安装框45内设置伺服电机46；传动装置47连接伺服电机46，连接框41来控制光学相机49摆动。

六旋翼无人机1包括有无人机飞行平台装置2、GPS导航器12、飞行控制器13及信号传输器15，无人机飞行平台装置2包括有六个连接杆21及设置于连接杆21上部的螺旋桨22，连接杆21与螺旋桨22之间均设置有一驱动电机23，六旋翼无人机1的下部设置有摇摆式倾斜摄影装置3。

无人机飞行平台装置2由六个螺旋桨22组成，通过调节六个驱动电机23转速来改变旋翼转速，实现升力变化，从而控制飞行器姿态和位置；GPS导航器12利用GPS/INS组合导航，测定出无人机中心点位置坐标，配合飞控系统，让无人按照规划航线进行飞行，从而实现无人机自动控制；飞行控制器13用于完成无人机的内外回路航迹控制、无人机的导航、制导、飞行任务管理、任务规划管理、曝光信号控制，对无人机实现全权限控制与管理；信号传输器15用于实现所述地面控制系统与无人机飞行控制系统之间的通讯；六旋翼无人机1还于地面控制的地面控制器相联通，地面控制器通过自动测向设备、制导计算机、无线电信号发射机和遥控接收机、飞行控制计算机、自动驾驶仪、舵机系统，由无人机发射信号作为辐射源，地面站使用无线电测向设备测得无人机姿态，采用无线电应答方式，测得无人机距离，利用高度传感器和遥测信道测得无人机高度，从无人机的姿态、距离和高度确定无人机飞行参数。

系统控制器31包括有触发模块、存储模块和供电模块；触发模块用于接收外部触发信号，同步触发两台倾斜或一台垂视和两台倾斜的相机曝光并向外部设备反馈触发信号；存储模块用于曝光瞬间地理信息数据截获、存储；供电模块由直流电源转换器、相机供电器组成，通过直流电源转换器将外接电流进行滤波稳压转换后给相机和伺服电机46供电。

本发明的光学相机49安装在连接框41上；内边框42通过螺丝与外边框43相连接；可在内边框42和外边框43上调节光学相机49安装角度；内边框42通过转轴螺丝与横梁44连接；横梁44上设有安装伺服电机46的安装框45；伺服电机46旋接于安装框45内；伺服电机46通过传动装置47与内边框42连接，从而控制光学相机49摆动；系统控制器31与横梁44相连接，并与光学相机49和伺服电机46电源接口电联，系统控制器31还与光学相机49伺服电机46控制接口电联，从而控制伺服电机46通过传动装置47摆动同时控制光学相机49曝光。系统控制器31与GPS天线相连接，捕获并储存曝光瞬间地理位置信息。

本发明通过通过安装两台或者三台光学相机49在同一平台上，通过系统控制器31控制伺服电机46，控制连接框41摆动任意约定次数、角度，同时控制光学相机49摆动并曝光约定次数、角度，来实现获取地面的多个图像数据，记录储存与获得图像数据对应的地理信息。

本发明提供的一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，搭载摇摆式倾斜摄影装置3的用于航测的六旋翼无人机1，通过在连接框41上多次摆动光学相机49任意约定次数、角度，能够同时获取地物的多角度影像数据，并获取曝光瞬间的地理信息，从而克服了传统航空摄影技术只能从垂直角度进行拍摄的局限性，能够更加真实地反映地物的实际情况，弥补了正射影像的不足，通过整合POS，DSM及矢量等数据，建立基于影像密集匹配的三维建模技术，快速高效的建立数字城市模型，大大降低了三维建模工作成本。通过该技术建立的实景三维模型可广泛应用于城市规划、建筑景观设计、资源管理、军事战场演习、城镇管理、三维导航以及城市旅游管理系统、反恐维稳、安保警戒、抢险救灾等国防和国民经济建设各个领域。

此外，本发明采用的六旋翼无人机1通过航空摄影，野外布置像控点和摄影测量内业，只需一天时间即可完成地形图绘制，减轻了测量外业人员劳动强度，提高了工作效率；采用本发明通过在多旋翼无人机上飞行平台上搭载摇摆式倾斜摄影装置3，同时从多个角度采集地面影像，整合POS，DSM及矢量等数据，利用影像密集匹配的三维建模自动生成物体密集点云数据，通过自动纹理映射，快速创建大规模三维模型，真实感强，速度快，降低了项目实施成本。本发明采用非量测相机，体积轻，通过相机检校仍然可以用于航空摄影测量，成本低，通过搭载多旋翼无人机，无需特别场地，垂直起降，无需申请空域，通过密集匹配，能够快速创建大规模数字城市三维模型和制作4D测量产品，在小范围的航空摄影作业中，其快速反应能力和与传统航空摄影相比产生的经济效益等方面具有明显的优势。

无人机通过地面站规划好任务，自主起飞进入作业区域后，开始执行拍摄任务。以摇摆云台4转动三次为例，当达到曝光点A时，无人机飞行控制系统发出控制指令给系统控制器31，系统控制器31控制摇摆云台4向前、向下、向后转动并控制相机曝光，曝光完成后摇摆云台4回到初始位置。在整个曝光过程中，两台倾斜相机在一个曝光点获得了六张倾斜影像；两台倾斜相机、一台正射相机，在一个曝光点获得了九张影像，其中六张为倾斜影像，另外三张为正射影像。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：其包括有六旋翼无人机，所述六旋翼无人机上搭载有摇摆式倾斜摄影装置，所述摇摆式倾斜摄影装置包括有光学相机、摇摆云台、系统控制器及GPS天线，所述六旋翼无人机包括有无人机飞行平台装置、GPS导航器、飞行控制器及信号传输器，所述六旋翼无人机的下部设置有所述摇摆式倾斜摄影装置。

2.根据权利要求1所述的一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：所述摇摆云台包括一连接框，所述连接框包括相对设置的内边框和外边框，所述内边框上旋接一横梁，所述横梁上分别设置有所述系统控制器、伺服电机及传动装置。

3.根据权利要求2所述的一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：所述外边框上分别设置有多个连接轴，所述连接轴上套接所述光学相机。

4.根据权利要求2所述的一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：所述横梁一角设置有一安装框，所述安装框内设置所述伺服电机。

5.根据权利要求2所述的一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：所述传动装置连接所述伺服电机，所述连接框来控制所述光学相机摆动。

6.根据权利要求1所述的一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：所述光学相机由小型CCD成像装置和高像质定焦镜头组成。

7.根据权利要求2所述的一种无人机摇摆式倾斜摄影系统，其特征在于：所述系统控制器包括有触发模块、存储模块和供电模块。