CN105939463A - 一种基于gps定位的航拍无人机影像追踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，涉及无人机航拍领域，包括安装在无人机上的拍摄执行终端、安装在地面目标上的信息采集终端和用户控制终端；所述信息采集终端包括第一单片机，所述第一单片机输入端分别连接第一GPS定位模块和第一气压高度计，所述第一单片机输出端连接数据发射模块；所述拍摄执行终端包括三轴航拍云台，所述三轴航拍云台连接第二单片机输出端，所述第二单片机输入端分别连接第一陀螺仪、电子罗盘、第二GPS定位模块、第二气压高度计和数据收发模块，所述数据收发模块分别与数据发射模块和用户控制终端通信连接，本发明能够将所述三轴航拍云台始终对准拍摄目标，确保拍摄的精度和清晰度。

Description

一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统

技术领域

本发明涉及无人机航拍领域，具体的说，是一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统。

背景技术

航拍又称空中摄影或航空摄影，是指从空中拍摄地球地貌，获得俯视图，此图即为空照图。航拍的摄像机可以由摄影师控制，也可以自动拍摄或远程控制。航拍所用的平台包括航空模型、飞机、直升机、热气球、小型飞船、火箭、风筝、降落伞等。航拍图能够清晰的表现地理形态，因此除了作为摄影艺术之外，也被运用于军事、交通建设、水利工程、生态研究、城市规划等方面。现实运用中考虑到拍摄成本和可行性问题，普遍采用成本最低，技术要求最简单，最容易实现的无人机进行拍摄，但是由于无人机的智能化还完善，拍摄的照片或者视频往往都不能将需要拍摄的目标进行清晰完整的呈现，不能将镜头始终对准被拍摄物体。

为了解决这一技术问题，中国发明专利公布号CN 103047971 A公开了“一种经济型机载倾斜数码航空摄影系统”，该系统通过在无人机上安装一个镜头支架，并在支架的前、后、左、右均安装一定倾角的摄影单元且在中部安装一个垂直的摄影单元，各个摄影单元通过单独的CCD工作相机与控制器连接进行工作，该发明通过增设摄影单元可以实现多角度的拍摄，拍摄覆盖范围更广，克服了传统航拍影响立面数据缺乏，拍摄覆盖面狭窄的问题，但是通过增加多个摄影单元的方式扩大摄影范围也会带来如下弊端：其一，设备的成本会相应增加，设备重量会增加，重量的增加对无人机的运载能力要求也会相应提高，造成小微型无人机无法进行拍摄。其二，由于采用多摄影单元，多角度的拍摄，这样会造成大面积的拍摄影像脱离拍摄目标，造成拍摄影像的报废，同时，部分角度拍摄的目标容易造成影像不全，无法获取清晰完整的目标影像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，用于解决背景技术中所述的现有无人机航拍无法精准对准拍摄目标，导致拍摄影像不完整的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，包括安装在无人机上的拍摄执行终端、安装在地面目标上的信息采集终端和用户控制终端；所述信息采集终端包括第一单片机，所述第一单片机输入端分别连接第一GPS定位模块和第一气压高度计，所述第一单片机输出端连接数据发射模块；所述拍摄执行终端包括三轴航拍云台，所述三轴航拍云台连接第二单片机输出端，所述第二单片机输入端分别连接第一陀螺仪、电子罗盘、第二GPS定位模块、第二气压高度计和数据收发模块，所述数据收发模块分别与数据发射模块和用户控制终端通信连接。

优选地，所述用户控制终端包括输入单元、数据传输单元和显示单元，所述数据传输单元分别连接输入单元和显示单元，所述数据传输单元与所述数据收发模块通信连接。

优选地，所述数据发射模块基于2.4G无线模块技术分别与数据收发模块和数据传输单元通信连接。2.4G无线模块（英文：2.4Ghz RF transceiver / receiver module）工作在全球免申请ISM频道2400M-2483M范围内，实现开机自动扫频功能，共有50个工作信道，可以同时供50个用户在同一场合同时工作，无需使用者人工协调、配置信道，通信范围为0-600米，最高速率250kbps完全能够满足无人机拍摄所需的通信条件。

优选地，所述拍摄执行终端还包括空速管和压力传感器，所述空速管与压力传感器连接，所述压力传感器与所述第二单片机连接。所述压力传感器将检测到的空速管中的压力差转化为电信号发送至第二单片机，所述第二单片机将来自于压力传感器中的电信号进行处理并转化为数字信号输出，并通过所述数据收发模块发送至用户控制终端的数据传输单元，数据传输单元将数字信号发送到显示单元进行显示。

优选地，所述三轴航拍云台包括内置第二陀螺仪的防抖镜头，所述防抖镜头连接有存储装置；所述第二陀螺仪用于稳定防抖镜头，使防抖镜头在拍摄过程中能够获取更为高清的成像画面，所述存储装置可以为包括存储卡、U盘在内的便携式存储装置。

优选地，所述拍摄执行终端还包括飞行记录仪，所述飞行记录仪与第二单片机连接，用于记录包括无人机在飞行过程中的飞行高度、速度、方位、轨迹在内的信息，所述飞行记录仪可以拆卸并与PC连接，实现数据的提取和分析。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过GPS定位和气压高度计的配合使用采集数据，利用单片机进行数据处理，达到了信息采集终端与拍摄执行终端的三维模型的建立，使安装在无人机上的拍摄执行终端上的三轴航拍云台始终对准信息采集终端所在的拍摄目标，解决了现有无人机容易丢失拍摄目标，不能完全对准目标进行拍摄，导致拍摄的影像不完整的问题。

（2）由于本发明在拍摄执行终端上安装有第一陀螺仪，使得拍摄执行终端对来自无人机的振动进行了过滤，为三轴航拍云台创造了良好的拍摄环境，进一步地，在防抖镜头中安装有第二陀螺仪进一步的提高了防抖镜头拍摄的影像清晰度。

（3）通过在用户控制终端中增设了显示单元，用户在操作无人机的同时可以对无人机的飞行状态、方位、位置信息进行查看，方便用户对无人机的把控和操作，提高了拍摄的可靠性和效率。

附图说明

图1为本发明信息采集终端的结构框图；

图2为本发明拍摄执行终端的结构框图；

图3为本发明用户控制终端的结构框图；

图4为本发明拍摄工作原理的流程示意图；

其中1-信息采集终端；11-数据发射模块；12-第一单片机；13-第一GPS定位模块；14-第一气压高度计；2-拍摄执行终端；21-数据收发模块；22-第二单片机；23-第一陀螺仪；24-电子罗盘；25-第二GPS定位模块；26-第二气压高度计；27-三轴航拍云台；271-防抖镜头；272-存储装置；28-压力传感器；29-空速管；30-飞行记录仪；3-用户控制终端；31-数据传输单元；311-输入单元；312-显示单元。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1-4所示，一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，包括安装在无人机上的拍摄执行终端2、安装在地面目标上的信息采集终端1和用户控制终端3；所述信息采集终端1包括第一单片机12，所述第一单片机12输入端分别连接第一GPS定位模块13和第一气压高度计14，所述第一单片机12输出端连接数据发射模块11；所述拍摄执行终端2包括三轴航拍云台27，所述三轴航拍云台27连接第二单片机22输出端，所述第二单片机22输入端分别连接第一陀螺仪23、电子罗盘24、第二GPS定位模块25、第二气压高度计26和数据收发模块21，所述数据收发模块21分别与数据发射模块11和用户控制终端3通信连接。

工作原理：

开启信息采集终端1、拍摄执行终端2和用户控制终端3，并将信息采集终端1放置于需要拍摄的目标区域，将拍摄执行终端2固定安装到执行无人机的下部，遥控无人机升空。第一GPS定位模块13将采集的信息采集终端1所在的经纬度信息和第一气压高度计14将采集的信息采集终端1所在的高度信息发送至第一单片机12，第一单片机12将信息进行处理，并形成信息采集终端1所在的位置信息通过数据发射模块11发送至数据收发模块21，所述收发模块21将信息采集终端1所在的位置信息（即拍摄目标位置信息）发送至第二单片机22；所述第二单片机22将来自于第二GPS定位模块25采集的拍摄执行终端2所在的经纬度信息和第二气压高度计26将采集的拍摄执行终端2所在的高度信息处理形成拍摄执行终端2的位置信息（即无人机位置信息），所述第二单片机22将信息采集终端1所在的位置信息（即拍摄目标位置信息）与拍摄执行终端2的位置信息（即无人机位置信息）进行对比和逻辑运算，得出无人机位置与拍摄目标位置的三维关系，同时计算得出在该时刻无人机位置相对于拍摄目标位置的俯仰角；同时，电子罗盘24将无人机飞行的方位信息实时传送给所述第二单片机22，所述第二单片机22根据无人机飞行方位的改变实时调整俯仰角的角度值，并将该时刻的俯仰角角度值形成指令发送至三轴航拍云台27，所述三轴航拍云台27按照第二单片机22发出的指令实时调整防抖镜头271的俯仰角度，从而实现防抖镜头271始终对准拍摄目标进行自动或者手动拍摄。自动拍摄可以通过预设在第二单片机22中的拍摄规则实现拍摄，手动拍摄则是通过用户控制终端3进行手动操作拍摄，从而解决了现有无人机在拍摄过程中不容易获取比较完整的目标影像，拍摄量大，造成不必要的浪费，甚至丢失目标的问题。

实施例2：

如图1-4所示，一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，为了进一步提高拍摄的效率和准确性，在实施例1的基础上，所述用户控制终端3包括输入单元311、数据传输单元31和显示单元312，所述数据传输单元31分别连接输入单元311和显示单元312，所述数据传输单元31与所述数据收发模块21通信连接。

为了使本发明数据传输更为高效可靠，本实施例中所述数据发射模块11通过2.4G无线模块技术分别与数据收发模块21和数据传输单元31通信连接。

工作原理：

在实施例1的工作原理的基础上，所述用户控制终端3中的输入单元311用于编辑输入拍摄、停止拍摄、自动拍摄的命令，并通过数据传输单元31发送到数据收发模块21，所述数据收发模块21将指令直接发送到三轴航拍云台27，并由防抖镜头271执行拍摄、停止拍摄、自动拍摄。所述显示单元312用于显示来自于数据收发模块21的所有信息，包括：无人机方位信息、无人机经纬度信息、无人机海拔高度信息、拍摄目标经纬度信息和拍摄目标海拔高度信息。

实施例3：

如图1-4所示，一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，为了更进一步增加本发明的拍摄效果和用户对无人机的状态把控，在上述任意一个实施例的基础上，所述拍摄执行终端2还包括空速管29和压力传感器28，所述空速管29与压力传感器28连接，所述压力传感器28与所述第二单片机22连接。所述压力传感器28将检测到的空速管29中的压力差转化为电信号发送至第二单片机22，所述第二单片机22将来自于压力传感器28中的电信号进行处理并转化为数字信号输出，并通过所述数据收发模块21发送至用户控制终端3的数据传输单元31，数据传输单元31将数字信号发送到显示单元312进行显示。

进一步地，所述三轴航拍云台2包括内置第二陀螺仪的防抖镜头271，所述防抖镜头271连接有存储装置272；所述第二陀螺仪用于稳定防抖镜头271，使防抖镜头271在拍摄过程中能够获取更为高清的成像画面，所述储装置272用于存储所述防抖镜头271拍摄的照片或者视频，本实施例中所述存储装置272为存储卡，所述存储卡中的文件可用于PC机直接读取。

为了更进一步的了解无人机的飞行状态，以便进一步的为提高拍摄效果和效率进行分析，所述拍摄执行终端2还包括飞行记录仪30，所述飞行记录仪30与第二单片机22连接，用于记录包括无人机在飞行过程中的飞行高度、速度、方位、轨迹在内的信息，所述飞行记录仪30可以拆卸并与PC连接，实现数据的提取和分析。PC电脑可以直接读取所述飞行记录仪30中记录的数据，并可将数据转化为可视图像进行分析。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，其特征在于，包括安装在无人机上的拍摄执行终端、安装在地面目标上的信息采集终端和用户控制终端；所述信息采集终端包括第一单片机，所述第一单片机输入端分别连接第一GPS定位模块和第一气压高度计，所述第一单片机输出端连接数据发射模块；所述拍摄执行终端包括三轴航拍云台，所述三轴航拍云台连接第二单片机输出端，所述第二单片机输入端分别连接第一陀螺仪、电子罗盘、第二GPS定位模块、第二气压高度计和数据收发模块，所述数据收发模块分别与数据发射模块和用户控制终端通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，其特征在于，所述用户控制终端包括输入单元、数据传输单元和显示单元，所述数据传输单元分别连接输入单元和显示单元，所述数据传输单元与所述数据收发模块通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，其特征在于，所述数据发射模块基于2.4G无线模块技术分别与数据收发模块和数据传输单元通信连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，其特征在于，所述拍摄执行终端还包括空速管和压力传感器，所述空速管与压力传感器连接，所述压力传感器与所述第二单片机连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，其特征在于，所述三轴航拍云台包括内置第二陀螺仪的防抖镜头，所述防抖镜头连接有存储装置。

6.根据权利要求1所述的一种基于GPS定位的航拍无人机影像追踪系统，其特征在于，所述拍摄执行终端还包括飞行记录仪，所述飞行记录仪与第二单片机连接。