CN105763815B - 一种自动调整拍摄间隔的摄像设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航拍技术领域，具体公开了一种自动调整拍摄间隔的摄像设备及其控制方法；自动调整拍摄间隔的摄像设备包括摄像头组件本体，所述摄像头组件本体还有自动调整拍摄间隔模块，所述自动调整拍摄间隔模块包括传感器模块和控制器，所述传感器模块包括姿态传感器、速度传感器和高度传感器，姿态传感器、速度传感器和高度传感器分别设置在壳体内；本发明在摄像头组件上安装传感器模块获取摄像头组件的实时状态信息，控制器计算出达到所需最低图片重合度的拍摄时间间隔，这个时间可随着摄像设备的不同状态而做出相应调整，在保证图片质量的前提下，优化了存储空间，提高后续处理效率。

Description

一种自动调整拍摄间隔的摄像设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及航拍技术领域，具体涉及一种自动调整拍摄间隔的摄像设备及其控制方法。
背景技术
在无人机携带摄像设备对地面勘测的应用中，为了利用软件将航拍的多张照片拼接成一整张图片，软件对于各张照片之间的重合度有一定要求，通常情况下，需要各张照片之间水平重合度>70％，垂直重合度>70％；
无人机携带摄像设备执行任务中，摄像设备的控制方式主要有两种，一是由地面操作人员手动触发拍摄；二是设置固定拍摄时间间隔。
第一种情况下容易受人为干扰，无法获取符合质量的图片，而且极度依赖操作人员的经验。第二种情况下，如果无人机飞行速度过快，会造成拍摄的图片重合度不够，如果无人机飞行速度过慢，则照片之间重合度过高，浪费宝贵的存储空间，也增加了系统能耗。
照片之间重合度不足，软件无法进行拼接，要么交由人工处理，花费大量时间和精力，要么让无人机重新回到现场再执行一次任务。照片之间重合度过高，白白增加了后续软件处理的时间，降低了效率。
目前可行的保证照片间重合度的方案是缩小自动拍摄时间间隔，最大化照片之间的重合度，但这个方法会造成以下问题：
1.大量拍摄产生的图片会对存储空间提出很高要求：容量大，写入速度快；
2.一般后续软件处理对图片的重合度要求为60％-70％，重合度过高不会带来更多优势，反而降低了处理效率。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种自动调整拍摄间隔的摄像设备及其控制方法。
本发明一种自动调整拍摄间隔的摄像设备包括摄像头组件本体，所述摄像头组件本体由镜头、壳体、图像传感器和数字信号处理模块组成，所述镜头安装在壳体的一端，所述图像传感器和数字信号处理模块设置在壳体内，数字信号处理模块与图像传感器通信相连，所述摄像头组件本体还有自动调整拍摄间隔模块，所述自动调整拍摄间隔模块包括传感器模块和控制器，所述传感器模块包括姿态传感器、速度传感器和高度传感器，所述姿态传感器、速度传感器和高度传感器分别设置在壳体内，所述控制器分别与姿态传感器、速度传感器和高度传感器通信相连，并控制镜头的拍摄动作。
还有重合度输入模块，所述重合度输入模块是液晶屏或拨盘，重合度输入模块与控制器通信相连。
所述图像传感器是CCD或CMOS。CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器,也叫图像控制器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为电信号；CMOS，英文全称：Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。
所述控制器是微处理器、DSP或FPGA芯片。FPGA(Field－Programmable GateArray)，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
所述姿态传感器是6轴或9轴惯性传感器组件IMU。(英文：Inertial measurementunit，简称IMU)是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。
所述速度传感器是GPS或IMU。
所述高度传感器是激光测距仪或气压计。
所述重合度输入模块通过无线传输模块或有线传输方式与控制器通信相连。
一种自动调整拍摄间隔的摄像设备的控制方法，包括以下步骤：
①.姿态传感器得到摄像头组件本体的移动方向信息，并传输给控制器；
②.速度传感器得到摄像头组件本体的移动速度v，并传输给控制器；
③.高度传感器得到摄像头组件本体的高度h，并传输给控制器；
④.控制器根据摄像头组件镜头的焦距计算出视场角FOV；
⑤.由以上参数，根据预设水平X％和垂直Y％重合度要求，计算所允许的最大拍摄间隔时间tx和ty，取两者之间小的数值为下次拍摄触发时间间隔；
⑥.重复以上步骤1-5，直至拍摄任务结束。
本发明具有以下有益效果：本发明通过自动调整拍摄时间间隔，在确保图片之间重合度符合要求的同时，优化了存储空间的利用，提高了后续处理的效率。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图1中：1、镜头；2、壳体；3、图像传感器；4、数字信号处理模块；5、姿态传感器；6、速度传感器；7、高度传感器；8、控制器；9、重合度输入模块。
图2是本发明图像高宽比示意图。
图3是本发明投影计算示意图。
图4是本发明飞行速度计算示意图。
图5是本发明地面投影重合度示意图。
图6是本发明流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、2、3、4、5、6所示，本发明一种自动调整拍摄间隔的摄像设备包括摄像头组件本体，所述摄像头组件本体由镜头1、壳体2、图像传感器3和数字信号处理模块4组成，所述镜头1安装在壳体2的一端，所述图像传感器3和数字信号处理模块4设置在壳体2内，数字信号处理模块4与图像传感器3通信相连，所述摄像头组件本体还有自动调整拍摄间隔模块，所述自动调整拍摄间隔模块包括传感器模块和控制器8，所述传感器模块包括姿态传感器5、速度传感器6和高度传感器7，所述姿态传感器5、速度传感器6和高度传感器7分别设置在壳体2内，所述控制器8分别与姿态传感器5、速度传感器6和高度传感器7通信相连，并控制镜头1的拍摄动作。
还有重合度输入模块9，所述重合度输入模块9是液晶屏或拨盘，重合度输入模块9与控制器8通信相连。
所述图像传感器3是CCD或CMOS。
所述控制器8是微处理器、DSP或FPGA芯片。
所述姿态传感器5是6轴或9轴惯性传感器组件IMU。
所述速度传感器6是GPS或IMU。
所述高度传感器7是激光测距仪或气压计。
所述重合度输入模块9通过无线传输模块或有线传输方式与控制器8通信相连。
一种自动调整拍摄间隔的摄像设备的控制方法，包括以下步骤：
①.姿态传感器5得到摄像头组件本体的移动方向信息，并传输给控制器8；
②.速度传感器6得到摄像头组件本体的移动速度v，并传输给控制器8；
③.高度传感器7得到摄像头组件本体的高度h，并传输给控制器8；
④.控制器8根据摄像头组件镜头的焦距计算出视场角FOV；
⑤.由以上参数，根据预设水平X％和垂直Y％重合度要求，计算所允许的最大拍摄间隔时间tx和ty，取两者之间小的数值为下次拍摄触发时间间隔；
⑥.重复以上步骤1-5，直至拍摄任务结束。
工作方式及原理：根据摄像设备移动方向，速度V、高度h、视场角FOV以及预设的重合度数值获取拍摄时间间隔的具体计算公式是：
如图2所示，拍摄的图像宽高比(水平：垂直)为a：b，宽高比在拍摄开始前设定；
如图3所示，投影在地面的a可由
计算得出；
b可由宽高比计算得出
如图4所示，由姿态传感器得到无人机飞行方向和水平夹角α，由速度传感器得到飞行速度V，计算出无人机水平飞行速度Vx和垂直飞行速度Vy，
飞行方向及速度
其中Vx＝V×cosα -公式(2)
Vy＝V×sinα -公式(3)
设拍摄时间间隔为t，在t时间内
无人机水平移动距离为Sx＝Vx×t -公式(4)
垂直移动距离Sy＝Vy×t -公式(5)
如图5所示，则水平重合度
垂直重合度
如图5所示，假设预设的最小水平重合度为Px，最小垂直重合度为Py。
结合公式(2)，(4)，公式(6)可变为
要求得到Ox≥Px，则
同理Oy≥Py，得到
比较tx和ty，取较小的数值为拍摄间隔t。
本发明在摄像头组件上安装传感器模块(姿态传感器、速度传感器、高度传感器)获取摄像头组件的实时状态信息，控制器计算出达到所需最低图片重合度的拍摄时间间隔，这个时间可随着摄像设备的不同状态而做出相应调整，在保证图片质量的前提下，优化了存储空间，提高后续处理效率。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种自动调整拍摄间隔的摄像设备，包括摄像头组件本体，所述摄像头组件本体由镜头(1)、壳体(2)、图像传感器(3)和数字信号处理模块(4)组成，所述镜头(1)安装在壳体(2)的一端，所述图像传感器(3)和数字信号处理模块(4)设置在壳体(2)内，数字信号处理模块(4)与图像传感器(3)通信相连，其特征在于所述摄像头组件本体还有自动调整拍摄间隔模块，所述自动调整拍摄间隔模块包括传感器模块和控制器(8)，所述传感器模块包括姿态传感器(5)、速度传感器(6)和高度传感器(7)，所述姿态传感器(5)、速度传感器(6)和高度传感器(7)分别设置在壳体(2)内，所述控制器(8)分别与姿态传感器(5)、速度传感器(6)和高度传感器(7)通信相连，并控制镜头(1)的拍摄动作，对如上的自动调整拍摄间隔的摄像设备的控制方法，包括以下步骤：
①.姿态传感器(5)得到摄像头组件本体的移动方向信息，并传输给控制器(8)；
②.速度传感器(6)得到摄像头组件本体的移动速度v，并传输给控制器(8)；
③.高度传感器(7)得到摄像头组件本体的高度h，并传输给控制器(8)；
④.控制器(8)根据摄像头组件镜头的焦距计算出视场角FOV；
⑤.根据预设水平和垂直重合度要求，计算所允许的最大拍摄间隔时间tx和ty，取两者之间小的数值为下次拍摄触发时间间隔；
⑥.重复以上步骤1-5，直至拍摄任务结束；
根据摄像设备移动方向，速度V、高度h、视场角FOV以及预设的重合度数值获取拍摄时间间隔的具体计算公式是：
拍摄的图像宽高比(水平：垂直)为a：b，宽高比在拍摄开始前设定；
投影在地面的a可由
计算得出；b可由宽高比计算得出；
由姿态传感器得到无人机飞行方向和水平夹角α，由速度传感器得到飞行速度V，计算出无人机水平飞行速度Vx和垂直飞行速度Vy，
飞行方向及速度
其中Vx＝V×cosα (2)
Vy＝V×sinα (3)
设拍摄时间间隔为t，在t时间内
无人机水平移动距离为Sx＝Vx×t (4)
垂直移动距离Sy＝Vy×t (5)
水平重合度
垂直重合度
假设预设的最小水平重合度为Px，最小垂直重合度为Py，
结合公式(2)，(4)，公式(6)可变为
要求得到Ox≥Px，则
同理Oy≥Py，得到
比较tx和ty，取较小的数值为拍摄间隔t。
2.根据权利要求1所述的自动调整拍摄间隔的摄像设备，其特征在于还有重合度输入模块(9)，所述重合度输入模块(9)是液晶屏或拨盘，重合度输入模块(9)与控制器(8)通信相连。
3.根据权利要求1所述的自动调整拍摄间隔的摄像设备，其特征在于所述图像传感器(3)是CCD或CMOS。
4.根据权利要求1所述的自动调整拍摄间隔的摄像设备，其特征在于所述控制器(8)是微处理器、DSP或FPGA芯片。
5.根据权利要求1所述的自动调整拍摄间隔的摄像设备，其特征在于所述姿态传感器(5)是6轴或9轴惯性传感器组件IMU。
6.根据权利要求1所述的自动调整拍摄间隔的摄像设备，其特征在于所述速度传感器(6)是GPS或IMU。
7.根据权利要求1所述的自动调整拍摄间隔的摄像设备，其特征在于所述高度传感器(7)是激光测距仪或气压计。
8.根据权利要求2所述的自动调整拍摄间隔的摄像设备，其特征在于所述重合度输入模块(9)通过无线传输模块或有线传输方式与控制器(8)通信相连。
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