CN106791634A - 一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光机电一体化领域技术领域的一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法及装置，包括中央处理器，所述中央处理器电性输出连接显示单元，所述数据采集系统包括全景拍摄数据采集子系统和无人机飞行数据采集子系统，与现有的无人机拍摄全景图的方法及装置相比，本发明先通过无人机飞行控制子系统对无人机进行远程控制，使得无人机进行上升，通过超声波感应器进行无人机高度的实时监测，当达到五十米时，停止无人机上升，使得无人机悬停，再对其稳定性进行检测，在无人机保持稳定后再进行拍摄工作，这样就可以避免由于无人机的晃动导致拍摄的画质较差的情况发生。
Description
技术领域
本发明涉及光机电一体化领域技术领域，具体为一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法及装置。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等，无人机也被广泛的应用于全景拍摄，无人机进行全景拍摄时由于风力等自然环境对无人机的影像，使得无人机上的摄像机组随着无人机进行偏移和晃动，这样导致拍摄的图像信息画质比较差，为此，我们提出一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法及装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法及装置，以解决上述背景技术中提出的无人机进行全景拍摄时由于风力等自然环境对无人机的影像，使得无人机上的摄像机组随着无人机进行偏移和晃动，这样导致拍摄的图像信息画质比较差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的装置，包括中央处理器，所述中央处理器电性输出连接显示单元，所述中央处理器电性输入连接输入单元，所述中央处理器电性双向连接数据采集系统，所述数据采集系统包括全景拍摄数据采集子系统和无人机飞行数据采集子系统，所述中央处理器电性输出连接数据分析系统，所述数据分析系统包括全景拍摄数据分析子系统和无人机飞行数据分析子系统，所述中央处理器电性双向连接远程控制系统，所述远程控制系统包括全景拍摄控制子系统和无人机飞行控制子系统。
优选的，所述全景拍摄数据采集子系统包括摄像机组，所述摄像机组电性输出连接图像采集单元，所述图像采集单元电性输出连接处理器，所述处理器电性输出连接图像处理单元，所述图像处理单元电性输出连接A/D转换单元，所述A/D转换单元电性输出连接图像数据存储单元。
优选的，所述无人机飞行数据采集子系统包括信息采集单元，所述数据采集单元分别电性输入连接姿态传感器、倾斜角传感器和超声波传感器，所述信息采集单元电性输出连接微处理器，所述微处理器电性输出连接滤波单元，所述滤波单元电性输出连接感应信号放大单元，所述感应信号放大单元电性输出连接感应信号检测单元，所述感应信号检测单元电性输出连接飞行数据存储单元。
优选的，所述全景拍摄数据分析子系统包括图像数据提取单元，所述图像数据提取单元电性输出连接图像数据筛选单元，所述图像数据筛选单元电性输出连接图像数据处理单元，所述图像数据处理单元电性输出连接控制器，所述控制器分别电性双向连接图像分割单元和图像特征提取单元，所述控制器电性输出连接图像对比单元，所述图像对比单元电性输出连接判断推理单元，所述判断推理单元电性输出连接信息反馈单元。
优选的，所述无人机飞行数据分析子系统包括数据提取单元，所述数据提取单元电性输出连接数据处理器，所述数据处理单元电性输出连接服务器，所述服务器电性双向连接数学运算单元，所述服务器电性输出连接数据分析单元，所述数据分析单元电性输出连接数据反馈单元。
优选的，所述全景拍摄控制子系统包括操作信息输入单元，所述操作信息输入单元电性输出连接编码器，所述编码器电性输出连接无线数据传输单元，所述无线数据传输单元电性输出连接无线数据收发单元，所述无线数据收发单元电性输出连接摄像机组控制器，所述摄像机组控制器电性输出连接译码器，所述译码器电性输出连接驱动单元，所述驱动单元电性输出连接摄像机组。
优选的，所述无人机飞行控制子系统包括控制信息输入单元，所述控制信息输入单元电性输出连接无线数据处理单元，所述无线数据处理单元电性输出连接无线数据发射单元，所述无线数据发射单元电性输出连接无线数据接收单元，所述无线数据接收单元电性输出连接无人机控制芯片。
优选的，该基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法具体包括如下步骤：
S1：无人机稳定性检测：通过无人机飞行控制子系统对无人机进行远程控制，使得无人机进行上升，通过超声波感应器进行无人机高度的实时监测，当达到五十米时，停止无人机上升，使得无人机悬停，再对其稳定性进行检测；
S2：无人机稳定性调节：通过无人机飞行数据分析子系统对无人机悬停时采集来的数据进行分析，通过分析后的数据再通过无人机飞行控制子系统进行调整，直至无人机主体保持稳定，以便于后期摄像机组进行摄像；
S3：摄像机组试拍：通过全景拍摄控制子系统控制摄像机组进行试拍，将通过数据采集系统中全景拍摄数据采集子系统采集来的图像信息进行比对分析，来判断摄像机组拍摄工作是否正常，判断正常后再进行摄像机组调节；
S4：摄像机组调节：摄像机组被判断正常工作后，对摄像机组进行调节，将摄像机组中的每个摄像机调节成广角模式，调节成广角模式后再进行全景拍摄工作；
S5：实施拍摄：通过全景拍摄控制子系统控制摄像机组进行控制，调整摄像机组在不同的角度进行拍摄；
S6：后期数据处理：拍摄后的图像通过全景拍摄数据采集子系统对拍摄的图像进行采集。
优选的，所述步骤S5中不同的角度分别为零度、三十度、六十度和九十度，且零度、三十度、六十度分别进行环形拍摄多组图像，九十度排一组图像。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：与现有的无人机拍摄全景图的方法及装置相比，本发明先通过无人机飞行控制子系统对无人机进行远程控制，使得无人机进行上升，通过超声波感应器进行无人机高度的实时监测，当达到五十米时，停止无人机上升，使得无人机悬停，再对其稳定性进行检测，在无人机保持稳定后再进行拍摄工作，这样就可以避免由于无人机的晃动导致拍摄的画质较差的情况发生。
附图说明
图1为本发明原理框图；
图2为本发明全景拍摄数据采集子系统原理框图；
图3为本发明无人机飞行数据采集子系统原理框图；
图4为本发明全景拍摄数据分析子系统原理框图；
图5为本发明无人机飞行数据分析子系统原理框图；
图6为本发明全景拍摄控制子系统原理框图；
图7为本发明无人机飞行控制子系统原理框图；
图8为本发明拍摄方法流程图。
图中：1中央处理器、2显示单元、3输入单元、4数据采集系统、41全景拍摄数据采集子系统、411摄像机组、412图像采集单元、413处理器、414图像处理单元、415A/D转换单元、416图像数据存储单元、42无人机飞行数据采集子系统、421信息采集单元、422姿态传感器、423倾斜角传感器、424超声波传感器、426滤波单元、427感应信号放大单元、428感应信号检测单元、429飞行数据存储单元、5数据分析系统、51全景拍摄数据分析子系统、511图像数据提取单元、512图像数据筛选单元、513图像数据处理单元、514控制器、515图像分割单元、516图像特征提取单元、517图像对比单元、518判断推理单元、519信息反馈单元、52无人机飞行数据分析子系统、521数据提取单元、522数据处理器、523服务器、524数学运算单元、525数据分析单元、526数据反馈单元、6远程控制系统、61全景拍摄控制子系统、611操作信息输入单元、612编码器、613无线数据传输单元、614无线数据收发单元、615摄像机组控制器、616译码器、617驱动单元、62无人机飞行控制子系统、621控制信息输入单元、622无线数据处理单元、623无线数据发射单元、624无线数据接收单元、625无人机控制芯片。
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、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的装置，包括中央处理器1，中央处理器1电性输出连接显示单元2，中央处理器1电性输入连接输入单元3，中央处理器1电性双向连接数据采集系统4，数据采集系统4包括全景拍摄数据采集子系统41和无人机飞行数据采集子系统42，中央处理器1电性输出连接数据分析系统5，数据分析系统5包括全景拍摄数据分析子系统51和无人机飞行数据分析子系统52，中央处理器1电性双向连接远程控制系统6，远程控制系统6包括全景拍摄控制子系统61和无人机飞行控制子系统62，显示单元2对采集来的图像信息进行显示，通过输入单元3后期数据处理时所需的基准数据，数据采集系统4通过全景拍摄数据采集子系统41和无人机飞行数据采集子系统42对摄像机组411进行摄像时的数据和无人机飞行时的数据进行采集，全景拍摄数据采集子系统41进行数据采集的过程包括两个步骤，第一步为初次拍摄，这次拍摄的数据主要是为了对拍摄的图像清晰度和拍摄的工作元件工作是否正常进行测试，第二步为正常拍摄，拍摄后的数据是为后期全景拍摄图片处理提供图片数据，无人机飞行数据采集子系统42采集的数据是为了分析无人机在悬停进行拍摄时是否保持稳定，当无人机悬停保持稳定时，这时拍出的图像的清晰度才可以得到保证，数据分析系统5通过全景拍摄数据分析子系统51和无人机飞行数据分析子系统52对采集来的数据进行分析，全景拍摄数据分析子系统51对第一次拍摄的图像进行比对分析，进而来判断分析无人机在悬停时是否保持在稳定的晃动范围内和相机拍摄图像的功能是否正常，无人机飞行数据分析子系统52对无人机悬停时的飞行数据进行分析，来判断无人机悬停时的稳定性，通过分析后的数据来及时的对无人机进行调整，远程控制系统6通过全景拍摄控制子系统61和无人机飞行控制子系统62分别对摄像机组411和无人机进行控制，全景拍摄控制子系统61通过全景拍摄数据分析子系统51分析的数据对摄像工作元件进行调整，无人机飞行控制子系统62通过无人机飞行数据分析子系统52分析后的数据对无人机悬停的稳定性进行调整。
其中，全景拍摄数据采集子系统4包括摄像机组411，且摄像机组411位光流相机组，摄像机组411电性输出连接图像采集单元412进行图像帧采集操作，图像采集单元412电性输出连接处理器413，处理器413电性输出连接图像处理单元414，图像处理单元414电性输出连接A/D转换单元415，A/D转换单元415电性输出连接图像数据存储单元416，图像采集单元412对摄像机组411摄像数据进行采集，采集后的数据通过处理器413传递给图像处理单元414进行处理，图像处理单元414对图像进行主要的处理方式是对图像进行编码和压缩，处理后的图像数据通过A/D转换单元415进行数据转换，使得数据被转换成便于存储的格式，转换后的数据传递给图像数据存储单元416进行数据存储；
无人机飞行数据采集子系统42包括信息采集单元421，数据采集单元421分别电性输入连接姿态传感器422、倾斜角传感器423和超声波传感器424，信息采集单元421电性输出连接微处理器425，微处理器425电性输出连接滤波单元426，滤波单元426电性输出连接感应信号放大单元427，感应信号放大单元427电性输出连接感应信号检测单元428，感应信号检测单元428电性输出连接飞行数据存储单元429，姿态传感器422对无人机进行悬停使得姿态进行感应，倾斜角传感器423对无人机进行悬停时的倾斜角进行感应，超声波传感器424对无人机飞行的高度进行测量，信息采集单元421对无人机进行悬停时的姿态传感器422、倾斜角传感器423和超声波传感器424感应到的数据进行采集，采集后的数据通过微处理器425传递给滤波单元426进行滤波处理，滤波后的数据通过感应信号放大单元427对感应信号进行放大处理，便于后续对感应信号进行检测，放大处理后的数据通过感应信号检测单元428对感应信号进行检测，使得采集来的数据更加具有准确性，最后通过无人机数据存储单元429进行数据存储；
全景拍摄数据分析子系统51包括图像数据提取单元511，图像数据提取单元511电性输出连接图像数据筛选单元512，图像数据筛选单元512电性输出连接图像数据处理单元513，图像数据处理单元513电性输出连接控制器514，控制器514分别电性双向连接图像分割单元515和图像特征提取单元516，控制器514电性输出连接图像对比单元517，图像对比单元517电性输出连接判断推理单元518，判断推理单元518电性输出连接信息反馈单元519，图像数据提取单元511对全景拍摄数据采集子系统41采集来的图像信息进行提取，提取后的图像数据量较大，再通过图像数据筛选单元512进行筛选，筛选后的数据通过图像数据处理单元513对筛选后的数据进行处理，主要的处理方式是对图像进行除噪声、图像增强和图像优化，便于后续工作进行，处理后的数据传递给控制器514，控制器514控制图像分割单元515对分割处理，分割后的数据反馈给控制器514，控制器514再通过图像特征提取单元516对分割后的图像进行特征提取，特征提取后的图像再通过图像对比单元517对几组采集的同一方位的图像进行对比，观察图像相同位置发生的偏移差，再将偏移量与输入单元3输入的基准数据进行对比，再通过推理判断单元518进行判断，判断的信息再通过信息反馈单元519反馈给中央处理器1；
无人机飞行数据分析子系统52包括数据提取单元521，数据提取单元521电性输出连接数据处理器522，数据处理单元522电性输出连接服务器523，服务器523电性双向连接数学运算单元524，服务器523电性输出连接数据分析单元525，数据分析单元525电性输出连接数据反馈单元526，数据提取单元521对无人机飞行数据采集子系统42采集来的无人机悬停时的信息进行提取，提取后的数据通过数据处理单元522进行数据处理，对数据进行整理分类，处理后的数据通过传递给服务器523，服务器523控制数学运算单元524进行运算，计算出无人机悬停时的仰俯角和倾斜角，再通过数据分析单元525对计算出的无人机悬停时的仰俯角和倾斜角进行分析，判断其是否在输入单元3输入的基准值范围内，再通过数据反馈单元526反馈给中央处理器1；
全景拍摄控制子系统61包括操作信息输入单元611，操作信息输入单元611电性输出连接编码器612，编码器612电性输出连接无线数据传输单元613，无线数据传输单元613电性输出连接无线数据收发单元614，无线数据收发单元614电性输出连接摄像机组控制器615，摄像机组控制器615电性输出连接译码器616，译码器616电性输出连接驱动单元617，驱动单元617电性输出连接摄像机组414，通过全景拍摄数据分析子系统51的分析数据来对摄像机组414进行调节，然后再实施拍摄工作，拍摄时，通过操作信息输入单元611输入操作信息，操作信息通过编码器612进行编码，便于后续进行传输时不会发生数据偏差，编码后的数据通过无线数据传输单元613将数据传递给无线数据收发单元614，无线数据收发单元614将接收到的数据传递给译码器615进行译码，便于摄像机组控制器615进行识别，摄像机组控制器615再控制驱动单元617对摄像机组411进行驱动，使得摄像机组411进行拍摄工作；
无人机飞行控制子系统62包括控制信息输入单元621，控制信息输入单元621电性输出连接无线数据处理单元622，无线数据处理单元622电性输出连接无线数据发射单元623，无线数据发射单元623电性输出连接无线数据接收单元624，无线数据接收单元624电性输出连接无人机控制芯片625，通过控制信息输入单元621输入对无人机进行控制的信息，在通过无线数据处理单元622对接收来的信息进行数据处理，处理的方式是对输入的信息进行格式转换和信号加强，便于数据传输，再通过无线数据发射单元623对控制信息进行发送，无线数据接收单元624对发送无线信息进行接收，然后再通过无人机控制芯片625对数据进行识别，无人机控制系统芯片625对无人机进行控制，对无人机悬停保持平稳和升降进行控制；
一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法，该光机电一体化无人机拍摄全景图的方法具体包括如下步骤：
S1：无人机稳定性检测：通过无人机飞行控制子系统62对无人机进行远程控制，使得无人机进行上升，通过超声波感应器424进行无人机高度的实时监测，当达到五十米时，停止无人机上升，使得无人机悬停，再对其稳定性进行检测；
S2：无人机稳定性调节：通过无人机飞行数据分析子系统52对无人机悬停时采集来的数据进行分析，通过分析后的数据再通过无人机飞行控制子系统62进行调整，直至无人机主体保持稳定，以便于后期摄像机组411进行摄像；
S3：摄像机组试拍：通过全景拍摄控制子系统61控制摄像机组411进行试拍，将通过数据采集系统4中全景拍摄数据采集子系统41采集来的图像信息进行比对分析，来判断摄像机组411拍摄工作是否正常，判断正常后再进行摄像机组411调节；
S4：摄像机组调节：摄像机组411被判断正常工作后，对摄像机组411进行调节，将摄像机组411中的每个摄像机调节成广角模式，调节成广角模式后再进行全景拍摄工作；
S5：实施拍摄：通过全景拍摄控制子系统61控制摄像机组411进行控制，调整摄像机组411在不同的角度进行拍摄，步骤S5中不同的角度分别为零度、三十度、六十度和九十度，且零度、三十度、六十度分别进行环形拍摄多组图像，九十度排一组图像；
S6：后期数据处理：拍摄后的图像通过全景拍摄数据采集子系统4对拍摄的图像进行采集。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的装置，包括中央处理器(1)，其特征在于：所述中央处理器(1)电性输出连接显示单元(2)，所述中央处理器(1)电性输入连接输入单元(3)，所述中央处理器(1)电性双向连接数据采集系统(4)，所述数据采集系统(4)包括全景拍摄数据采集子系统(41)和无人机飞行数据采集子系统(42)，所述中央处理器(1)电性输出连接数据分析系统(5)，所述数据分析系统(5)包括全景拍摄数据分析子系统(51)和无人机飞行数据分析子系统(52)，所述中央处理器(1)电性双向连接远程控制系统(6)，所述远程控制系统(6)包括全景拍摄控制子系统(61)和无人机飞行控制子系统(62)。
2.根据权利要求1所述的一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的装置，其特征在于：所述全景拍摄数据采集子系统(4)包括摄像机组(411)，所述摄像机组(411)电性输出连接图像采集单元(412)，所述图像采集单元(412)电性输出连接处理器(413)，所述处理器(413)电性输出连接图像处理单元(414)，所述图像处理单元(414)电性输出连接A/D转换单元(415)，所述A/D转换单元(415)电性输出连接图像数据存储单元(416)。
3.根据权利要求1所述的一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的装置，其特征在于：所述无人机飞行数据采集子系统(42)包括信息采集单元(421)，所述数据采集单元(421)分别电性输入连接姿态传感器(422)、倾斜角传感器(423)和超声波传感器(424)，所述信息采集单元(421)电性输出连接微处理器(425)，所述微处理器(425)电性输出连接滤波单元(426)，所述滤波单元(426)电性输出连接感应信号放大单元(427)，所述感应信号放大单元(427)电性输出连接感应信号检测单元(428)，所述感应信号检测单元(428)电性输出连接飞行数据存储单元(429)。
4.根据权利要求1所述的一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的装置，其特征在于：所述全景拍摄数据分析子系统(51)包括图像数据提取单元(511)，所述图像数据提取单元(511)电性输出连接图像数据筛选单元(512)，所述图像数据筛选单元(512)电性输出连接图像数据处理单元(513)，所述图像数据处理单元(513)电性输出连接控制器(514)，所述控制器(514)分别电性双向连接图像分割单元(515)和图像特征提取单元(516)，所述控制器(514)电性输出连接图像对比单元(517)，所述图像对比单元(517)电性输出连接判断推理单元(518)，所述判断推理单元(518)电性输出连接信息反馈单元(519)。
5.根据权利要求1所述的一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的装置，其特征在于：所述无人机飞行数据分析子系统(52)包括数据提取单元(521)，所述数据提取单元(521)电性输出连接数据处理器(522)，所述数据处理单元(522)电性输出连接服务器(523)，所述服务器(523)电性双向连接数学运算单元(524)，所述服务器(523)电性输出连接数据分析单元(525)，所述数据分析单元(525)电性输出连接数据反馈单元(526)。
6.根据权利要求1所述的一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的装置，其特征在于：所述全景拍摄控制子系统(61)包括操作信息输入单元(611)，所述操作信息输入单元(611)电性输出连接编码器(612)，所述编码器(612)电性输出连接无线数据传输单元(613)，所述无线数据传输单元(613)电性输出连接无线数据收发单元(614)，所述无线数据收发单元(614)电性输出连接摄像机组控制器(615)，所述摄像机组控制器(615)电性输出连接译码器(616)，所述译码器(616)电性输出连接驱动单元(617)，所述驱动单元(617)电性输出连接摄像机组(414)。
7.根据权利要求1所述的一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的装置，其特征在于：所述无人机飞行控制子系统(62)包括控制信息输入单元(621)，所述控制信息输入单元(621)电性输出连接无线数据处理单元(622)，所述无线数据处理单元(622)电性输出连接无线数据发射单元(623)，所述无线数据发射单元(623)电性输出连接无线数据接收单元(624)，所述无线数据接收单元(624)电性输出连接无人机控制芯片(625)。
8.一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法，其特征在于：该基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法具体包括如下步骤：
S1：无人机稳定性检测：通过无人机飞行控制子系统(62)对无人机进行远程控制，使得无人机进行上升，通过超声波感应器(424)进行无人机高度的实时监测，当达到五十米时，停止无人机上升，使得无人机悬停，再对其稳定性进行检测；
S2：无人机稳定性调节：通过无人机飞行数据分析子系统(52)对无人机悬停时采集来的数据进行分析，通过分析后的数据再通过无人机飞行控制子系统(62)进行调整，直至无人机主体保持稳定，以便于后期摄像机组(411)进行摄像；
S3：摄像机组试拍：通过全景拍摄控制子系统(61)控制摄像机组(411)进行试拍，将通过数据采集系统(4)中全景拍摄数据采集子系统(41)采集来的图像信息进行比对分析，来判断摄像机组(411)拍摄工作是否正常，判断正常后再进行摄像机组(411)调节；
S4：摄像机组调节：摄像机组(411)被判断正常工作后，对摄像机组(411)进行调节，将摄像机组(411)中的每个摄像机调节成广角模式，调节成广角模式后再进行全景拍摄工作；
S5：实施拍摄：通过全景拍摄控制子系统(61)控制摄像机组(411)进行控制，调整摄像机组(411)在不同的角度进行拍摄；
S6：后期数据处理：拍摄后的图像通过全景拍摄数据采集子系统(4)对拍摄的图像进行采集。
9.根据权利要求8所述的一种基于光机电一体化的无人机拍摄全景图的方法，其特征在于：所述步骤S5中不同的角度分别为零度、三十度、六十度和九十度，且零度、三十度、六十度分别进行环形拍摄多组图像，九十度排一组图像。
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