CN105763783A - 一种无人机用红外双光拍摄系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机用红外双光拍摄系统，本系统包括可见光拍摄系统、红外拍摄系统和遥控切换系统；其中可见光拍摄系统包括：摄像机、可见光透镜、CCD或者CMOS芯片、第一信号放大器、第一A/D转换器、数字信号处理器、数字图像存储器、显示器、第二信号放大器、总控电路和分控电路；红外拍摄系统包括：红外透镜、滤光片、红外探测仪、放大电路、转换电路、处理器和译码驱动；遥控切换系统包括：遥控器、接收机、电子切换器、信号处理CPU、图像输出装置和电源电路。本无人机用红外双光拍摄系统能够将可见光和红外合二为一同时拍照或录取视频，同时可以做到可见光拍摄图像和红外拍摄图像的实时切换。

Description

一种无人机用红外双光拍摄系统

技术领域

本发明属于无人机摄像技术领域，具体涉及一种无人机用红外双光拍摄系统。

背景技术

红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应；照相机利用光的直线传播性质和光的折射与反射规律，以光子为载体，把某一瞬间的被摄景物的光信息量，以能量方式经照相镜头传递给感光材料，最终成为可视的影像。而在高压设备出现故障电离放电时，根据电场强度(或高压差)的不同，会产生不同红外辐射能量，电离过程中，空气中的电子不断获得和释放能量，根据上述原理，使得红外检测电力线路运行中的故障点成为可能。

目前，随着无人机造价降低，无人机逐渐进入民用领域，由于无人机上可设置拍摄装置，通过遥控无人机用户可以实现航拍，不仅能为用户提供全新的拍摄角度，无论拍摄人像还是拍摄风景都可以适用，同时，在电网的日常运维中，经常要通过巡线来保证户外的架空线路的正常运行，因为架空线路为保证安全，离地面都有一定的高度，人凭肉眼很难观察，特别是线路或绝缘子只出现可细微的变化时，很难察觉，给安全留下了隐患。而使用带红外热成像和航拍功能的巡线无人机时，只要在线路下方，操控无人机即可近距离观察，并把实时航拍图像传至工作人员手中的电脑中，并且该无人机带有红外热成像摄像头，能轻易发现线路运行中的故障点。同时人员不用登高亲自查验，减少了坠落和触电的可能，同时保障了线路的稳定运行和人员的安全。

中国专利申请CN201420674359.2公开了“一种带红外热成像和航拍功能的巡线无人机”，该无人机上搭载了红外成像设备，能近距离视察电网线路等设备，通过红外热成像摄像头快速发现故障点，能大大提高巡线效率，降低风险，但是该无人机搭载的红外热成像设备无法实现正常摄影和红外成像之间的快速切换。中国专利申请CN201420139613.9公开了“一种小型四旋翼无人机电力线路红外巡检系统”，该红外巡检系统其将微控制器与高性能热红外成像仪TAU-640传感器结合在一起，热红外相机作为可见光载荷的有效补充手段，将其搭载在无人机上用于目标区域的热红外视频图像采集并通过视频图像传输设备传输给地面控制站，但是该系统无法做到将可见光和红外合二为一同时拍照或录取视频，也无法做到可见光和红外图像实时相互切换。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明设计了一种无人机用红外双光拍摄系统，本系统能够将可见光和红外合二为一同时拍照或录取视频，同时可以做到可见光拍摄图像和红外拍摄图像的实时切换。

为实现上述技术方案，本发明提供了一种无人机用红外双光拍摄系统，包括：可见光拍摄系统、红外拍摄系统和遥控切换系统；

其中可见光拍摄系统包括，

用于采集图像的摄像机；

安装在摄像机上的可见光透镜；

与可见光透镜信号输出端相连接的CCD或者CMOS芯片，所述CCD或者CMOS芯片用于将可见光透镜中收集的光学信号转换成电学信号；

与CCD或者CMOS芯片信号输出端相连接的第一信号放大器，所述第一信号放大器用于放大CCD或者CMOS芯片转换的电学信号；

与第一信号放大器信号输出端相连接的第一A/D转换器，所述第一A/D转换器用于将电学信号转换成数字信号；

与第一A/D转换器信号输出端连接的数字信号处理器，所述数字信号处理器将数字信号进行压缩并转化为特定的图像文件格式；

分别与数字信号处理器信号输出端连接的数字图像存储器和显示器，所述数字图像存储器用于对数字信号的存储，显示器用于数字信号的显示，以及

与CCD或者CMOS芯片信号输出端相连接的第二信号放大器；

与第二信号放大器信号输出端连接的总控电路，所述总控电路用于控制摄像机本体的各项功能；

与总控电路信号输出端连接的分控电路，所述分控电路的信号输出端与数字信号处理器连接；

红外拍摄系统包括，

安装在摄像机上的红外透镜；

安装在红外透镜后端的滤光片，所述滤光片用于筛选红外光；

安装在滤光片后端的红外探测仪，所述红外探测仪用于将红外光信号转换成电学信号；

与红外探测仪信号输出端连接的放大电路，所述放大电路用于放大红外探测仪转换的电学信号；

与放大电路信号输出端连接的转换电路，所述转换电路将电学信号转换成数字信号；

与转换电路连接的处理器，所述处理器用于处理数字信号；

与处理器信号输出端连接的译码驱动，所述译码驱动用于锁存经过处理器处理过的数字信号；

遥控切换系统包括，

遥控器，所述遥控器用于输出控制信息；

接收机，所述接收机用于接收遥控器输出的控制信息；

与接收机信号输出端连接的电子切换器和信号处理CPU，所述电子切换器用于实现可见光图像和红外图像的信号切换，信号处理CPU用于处理接收机接收的控制信号，所述电子切换器的信号输入端分别与可见光拍摄系统中的显示器和红外拍摄系统中的译码驱动连接，所述信号处理CPU的信号输出端分别与可见光拍摄系统中的分控电路和红外拍摄系统中的处理器连接；

与电子切换器信号输出端连接的图像输出装置，所述图像输出装置用于图像的无线传输；

以及为总控电路、信号处理CPU和处理器提供电源的电源电路。

在上述技术方案中，摄像机通过可见光透镜收集普通拍摄的光学信号，光学信号通过CCD或者CMOS芯片转换成电学信号，电学信号经过第一信号放大器的放大以后，经由第一A/D转换器转换成数字信号，数字信号经过数字信号处理器的处理，将数字信号进行压缩并转化为特定的图像文件格式，可存储在数字图像存储器或者显示在显示器中，显示器通过电子切换器将数字图像传输至图像输出装置，图像输出装置可以将图像无线传输到相应的接受设备，从而实现无人机拍摄画面的实时传送。同时摄像机也通过红外透镜收集光学信号，经过滤光片的滤光筛选后，将红外光输送进入红外探测仪，红外探测器上光敏源利用电子扫描电路对被测物的红外热像进行扫描转换成电学信号，电学信号经放大电路的放大处理后进入转换电路，转换电路将电学信号转换成数字信号，数字信号进入处理器处理后，锁存于译码驱动中，译码驱动通过电子切换器将红外成像的数字图像传输至图像输出装置，图像输出装置再将红外成像的图像无线传输到相应的接受设备，从而实现无人机红外成像画面的实时传送。

在上述技术方案中，通过安装在相机上的接收机可以接收遥控器的遥控指令，接收机可以直接将遥控指令传输给电子切换器，实现可见光拍摄图像和红外拍摄图像的实时切换，同时遥控指令也可传输至信号处理CPU，信号处理CPU对相应的指令进行识别处理，然后将相应的指令发送给可见光拍摄系统中的分控电路或者红外拍摄系统中的处理器，从而实现遥控器对可见光拍摄系统和红外拍摄系统中各功能的调节。

优选的，所述红外拍摄系统中设置有环境温度补偿电路，所述环境温度补偿电路的信号输出端与转换电路信号输入端连接。由于红外摄像时极易受到温度的影响，设置环境温度补偿电路可以有效补偿摄像机的补光圈，稳定摄像机的红外摄像功能。

优选的，所述红外拍摄系统中设置有用于与红外对比显示的参考黑体，所述参考黑体的信号输出端直接与处理器连接。由于红外波长为热辐射线，容易受到一些发热物质的干扰，设置参考黑体可以减少发热物质对本红外拍摄系统的干扰。

优选的，所述转换电路的信号输出端分别与处理器和第二A/D转换器的信号输入端连接，所述第二A/D转换器的信号输出端连接到处理器的信号输入端。正常情况下转换电路输出的信号可以直接传输给处理器进行处理，一旦摄像机收集到的红外信号较弱，则可通过遥控器控制转换电路输出的信号经由第二A/D转换器输入处理器，由于第二A/D转换器的转换效率优于转换电路，一旦红外信号较弱时也可以保证红外信号的转换强度。

与现有技术相比，本发明采用的技术方案具有下述有益效果：

1)本系统可以应用于无人机电力巡检系统，实现无人机可见光成像画面和红外成像画面的实时传送；

2)本系统能够将可见光和红外合二为一同时拍照或录取视频，同时可以做到可见光拍摄图像和红外拍摄图像的实时切换；

2)本系统通过设置环境温度补偿电路可以有效补偿摄像机的补光圈，稳定相机的红外摄像功能，提高电力巡检的精确性；

3)本系统通过设置参考黑体可以有效减少发热物质对本红外拍摄系统的干扰，提高电力巡检的精确性。

附图说明

图1为本发明中各部件的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

实施例：一种无人机用红外双光拍摄系统。

参照图1所示，一种无人机用红外双光拍摄系统，包括可见光拍摄系统100、红外拍摄系统200和遥控切换系统300；

其中可见光拍摄系统100包括，

用于采集图像的摄像机101；

安装在摄像机101上的可见光透镜102；

与可见光透镜102信号输出端相连接的CCD或者CMOS芯片103，所述CCD或者CMOS芯片103用于将可见光透镜102中收集的光学信号转换成电学信号；

与CCD或者CMOS芯片103信号输出端相连接的第一信号放大器104，所述第一信号放大器104用于放大CCD或者CMOS芯片103转换的电学信号；

与第一信号放大器104信号输出端相连接的第一A/D转换器106，所述第一A/D转换器106用于将电学信号转换成数字信号；

与第一A/D转换器106信号输出端连接的数字信号处理器108，所述数字信号处理器108将数字信号进行压缩并转化为特定的图像文件格式；

分别与数字信号处理器(108)信号输出端连接的数字图像存储器109和显示器110，所述数字图像存储器109用于对数字信号的存储，显示器110用于数字信号的显示，以及

与CCD或者CMOS芯片103信号输出端相连接的第二信号放大器114；

与第二信号放大器114信号输出端连接的总控电路105，所述总控电路105用于控制摄像机101本体的各项功能；

与总控电路105信号输出端连接的分控电路107，所述分控电路107的信号输出端与数字信号处理器108连接；

红外拍摄系统200包括，

安装在摄像机101上的红外透镜201；

安装在红外透镜201后端的滤光片202，所述滤光片202用于筛选红外光；

安装在滤光片202后端的红外探测仪203，所述红外探测仪203用于将红外光信号转换成电学信号；

与红外探测仪203信号输出端连接的放大电路204，所述放大电路204用于放大红外探测仪203转换的电学信号；

与放大电路204信号输出端连接的转换电路206，所述转换电路206将电学信号转换成数字信号；

与转换电路206连接的处理器208，所述处理器208用于处理数字信号；

与处理器208信号输出端连接的译码驱动209，所述译码驱动209用于锁存经过处理器208处理过的数字信号；

遥控切换系统300包括，

遥控器301，所述遥控器301用于输出控制信息；

接收机302，所述接收机302用于接收遥控器301输出的控制信息；

与接收机302信号输出端连接的电子切换器305和信号处理CPU303，所述电子切换器305用于实现可见光图像和红外图像的信号切换，信号处理CPU303用于处理接收机302接收的控制信号，所述电子切换器305的信号输入端分别与可见光拍摄系统100中的显示器110和红外拍摄系统200中的译码驱动209连接，所述信号处理CPU303的信号输出端分别与可见光拍摄系统100中的分控电路107和红外拍摄系统200中的处理器208连接；

与电子切换器305信号输出端连接的图像输出装置306，所述图像输出装置306用于图像的无线传输；以及

为总控电路105、信号处理CPU303和处理器208提供电源的电源电路304。

参照图1所示，摄像机101通过可见光透镜102收集普通拍摄的光学信号，光学信号通过CCD或者CMOS芯片103转换成电学信号，电学信号经过第一信号放大器104的放大以后，经由第一A/D转换器106转换成数字信号，数字信号经过数字信号处理器108的处理，将数字信号进行压缩并转化为特定的图像文件格式，可存储在数字图像存储器109或者显示在显示器110中，显示器110通过电子切换器305将数字图像传输至图像输出装置306，图像输出装置306可以将图像307无线传输到相应的接受设备，从而实现无人机拍摄画面的实时传送。同时摄像机101也通过红外透镜201收集光学信号，经过滤光片202的滤光筛选后，将红外光输送进入红外探测仪203，红外探测仪203上光敏源利用电子扫描电路对被测物的红外热像进行扫描转换成电学信号，电学信号经放大电路204的放大处理后进入转换电路206，转换电路206将电学信号转换成数字信号，数字信号进入处理器208处理后，锁存于译码驱动209中，译码驱动209通过电子切换器305将红外成像的数字图像传输至图像输出装置306，图像输出装置306再将红外成像的图像无线传输到相应的接受设备，从而实现无人机红外成像画面的实时传送。

本实施例中，通过安装在摄像机101上的接收机302可以接收遥控器301的遥控指令，接收机302可以直接将遥控指令传输给电子切换器305，实现可见光拍摄图像和红外拍摄图像的实时切换，同时接收机302也可将遥控指令传输至信号处理CPU303，信号处理CPU303对相应的指令进行识别处理，然后将相应的指令发送给可见光拍摄系统100中的分控电路107或者红外拍摄系统200中的处理器208，从而实现遥控器301对可见光拍摄系统100和红外拍摄系统200中各功能的调节。

参照图1所示，所述红外拍摄系统200中设置有环境温度补偿电路205，所述环境温度补偿电路205的信号输出端与转换电路206信号输入端连接。由于红外摄像时极易受到温度的影响，设置环境温度补偿电路205可以有效补偿摄像机101的补光圈，稳定摄像机101的红外摄像功能。

参照图1所示，所述红外拍摄系统200中设置有用于与红外对比显示的参考黑体210，所述参考黑体210的信号输出端直接与处理器208连接。由于红外波长为热辐射线，容易受到一些发热物质的干扰，设置参考黑体210可以减少发热物质对本红外拍摄系统的干扰。

参照图1所示，所述转换电路206的信号输出端分别与处理器208和第二A/D转换器207的信号输入端连接，所述第二A/D转换器207的信号输出端连接到处理器208的信号输入端。正常情况下转换电路206输出的信号可以直接传输给处理器208进行处理，一旦摄像机101收集到的红外信号较弱，则可通过遥控器301控制转换电路206输出的信号经由第二A/D转换器207输入处理器208，由于第二A/D转换器207的转换效率优于转换电路206，一旦红外信号较弱时也可以保证红外信号的转换强度。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种无人机用红外双光拍摄系统，其特征在于包括：可见光拍摄系统(100)、红外拍摄系统(200)和遥控切换系统(300)；

其中可见光拍摄系统(100)包括，

用于采集图像的摄像机(101)；

安装在摄像机(101)上的可见光透镜(102)；

与可见光透镜(102)信号输出端相连接的CCD或者CMOS芯片(103)，所述CCD或者CMOS芯片(103)用于将可见光透镜(102)中收集的光学信号转换成电学信号；

与CCD或者CMOS芯片(103)信号输出端相连接的第一信号放大器(104)，所述第一信号放大器(104)用于放大CCD或者CMOS芯片(103)转换的电学信号；

与第一信号放大器(104)信号输出端相连接的第一A/D转换器(106)，所述第一A/D转换器(106)用于将电学信号转换成数字信号；

与第一A/D转换器(106)信号输出端连接的数字信号处理器(108)，所述数字信号处理器(108)将数字信号进行压缩并转化为特定的图像文件格式；

分别与数字信号处理器(108)信号输出端连接的数字图像存储器(109)和显示器(110)，所述数字图像存储器(109)用于对数字信号的存储，显示器(110)用于数字信号的显示；

以及

与CCD或者CMOS芯片(103)信号输出端相连接的第二信号放大器(114)；

与第二信号放大器(114)信号输出端连接的总控电路(105)，所述总控电路(105)用于控制摄像机(101)本体的各项功能；

与总控电路(105)信号输出端连接的分控电路(107)，所述分控电路(107)的信号输出端与数字信号处理器(108)连接；

红外拍摄系统(200)包括，

安装在摄像机(101)上的红外透镜(201)；

安装在红外透镜(201)后端的滤光片(202)，所述滤光片(202)用于筛选红外光；

安装在滤光片(202)后端的红外探测仪(203)，所述红外探测仪(203)用于将红外光信号转换成电学信号；

与红外探测仪(203)信号输出端连接的放大电路(204)，所述放大电路(204)用于放大红外探测仪(203)转换的电学信号；

与放大电路(204)信号输出端连接的转换电路(206)，所述转换电路(206)将电学信号转换成数字信号；

与转换电路(206)连接的处理器(208)，所述处理器(208)用于处理数字信号；

与处理器(208)信号输出端连接的译码驱动(209)，所述译码驱动(209)用于锁存经过处理器(208)处理过的数字信号；

遥控切换系统(300)包括，

遥控器(301)，所述遥控器(301)用于输出控制信息；

接收机(302)，所述接收机(302)用于接收遥控器(301)输出的控制信息；

与接收机(302)信号输出端连接的电子切换器(305)和信号处理CPU(303)，所述电子切换器(305)用于实现可见光图像和红外图像的信号切换，信号处理CPU(303)用于处理接收机(302)接收的控制信号，所述电子切换器(305)的信号输入端分别与可见光拍摄系统(100)中的显示器(110)和红外拍摄系统(200)中的译码驱动(209)连接，所述信号处理CPU(303)的信号输出端分别与可见光拍摄系统(100)中的分控电路(107)和红外拍摄系统(200)中的处理器(208)连接；

与电子切换器(305)信号输出端连接的图像输出装置(306)，所述图像输出装置(306)用于图像的无线传输；以及

为总控电路(105)、信号处理CPU(303)和处理器(208)提供电源的电源电路(304)。

2.如权利要求1所述的无人机用红外双光拍摄系统，其特征在于：所述红外拍摄系统(200)中设置有环境温度补偿电路(205)，所述环境温度补偿电路(205)的信号输出端与转换电路(206)信号输入端连接。

3.如权利要求1或2所述的无人机用红外双光拍摄系统，其特征在于：所述红外拍摄系统(200)中设置有用于与红外对比显示的参考黑体(210)，所述参考黑体(210)的信号输出端直接与处理器(208)连接。

4.如权利要求3所述的无人机用红外双光拍摄系统，其特征在于：所述转换电路(206)的信号输出端分别与处理器(208)和第二A/D转换器(207)的信号输入端连接，所述第二A/D转换器(207)的信号输出端连接到处理器(208)的信号输入端。