相机曝光位置信息的获取装置、方法及无人机
技术领域
本发明涉及无人机航空摄影测量技术领域,具体而言,涉及一种相机曝光位置信息的获取装置、方法及无人机。
背景技术
在现有应用中,利用无人机进行航空摄影测量工作时,通常采用自动定点曝光方式,配合飞控系统数据回放作为相机曝光点的数据,这种方式存在如下问题:1、对于飞控系统的定位精度、更新频率要求极高,往往需要特殊定制飞行控制器,并且数据处理不方便;2、未考虑到飞控系统发出拍照指令与实际曝光时刻之间的延时,导致无人机在高速飞行时,记录的拍照点位置与实际位置有较大差异;3、采用不同设备分别记录曝光时刻与定位姿态数据,设备之间存在时间同步差,无法保证数据同步;4、对于体型较大的无人机,GNSS天线与相机CMOS安装位置通常存在一定距离,直接使用飞控系统记录的位置数据将存在较大的偏差,进一步降低了位置记录的准确性,没有与照片匹配的准确位置记录,在进行航空摄影测量时,往往就需要在作业区域提前布设大量的像控点来对摄影测量的数据进行校正,增加了作业难度以及时间。
因此,如何解决上述问题,一直以来都是本领域技术人员关注的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种相机曝光位置信息的获取装置,以提高无人机航空摄影测量精度。
本发明的目的还在于提供一种相机曝光位置信息的获取方法,以提高无人机航空摄影测量精度。
本发明的目的在于提供一种无人机,以提高无人机航空摄影测量精度。
为了实现上述目的,本发明实施例采用的技术方案如下:
第一方面,本发明实施例提出一种相机曝光位置信息的获取装置,应用于无人机。所述相机曝光位置信息的获取装置包括主控制器、曝光信号接口、飞控系统接口、GNSS单元及RTC单元,所述曝光信号接口、飞控系统接口、GNSS单元以及所述RTC单元均与所述主控制器电连接。所述飞控系统接口用于向所述主控制器输出所述无人机的飞控姿态数据;所述GNSS单元用于向所述主控制器输出GNSS定位数据;所述曝光信号接口用于向所述主控制器输出曝光信号。所述主控制器还用于在接收到所述曝光信号时记录所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及记录所述RTC单元的时间数据,并在所述曝光信号结束时可选择地存储已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及所述时间数据。
第二方面,本发明实施例还提出一种相机曝光位置信息的获取方法,应用于无人机的相机曝光位置信息的获取装置。所述相机曝光位置信息的获取装置包括主控制器、曝光信号接口、飞控系统接口、GNSS单元及RTC单元,所述曝光信号接口、飞控系统接口、GNSS单元以及所述RTC单元均与所述主控制器电连接。所述相机曝光位置信息的获取方法包括所述主控制器接收所述GNSS单元输出的GNSS定位数据;所述主控制器接收所述飞控系统接口输出的无人机的飞控姿态数据;所述主控制器通过所述曝光信号接口接收到曝光信号时记录所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及记录所述RTC单元的时间数据,并在所述曝光信号结束时可选择地存储已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及所述时间数据。
第三方面,本发明实施例还提出一种无人机,所述无人机包括主控制器、相机、飞控系统、GNSS天线、GNSS模块、差分机及RTC单元,所述相机、飞控系统、GNSS模块、差分机及所述RTC单元均与所述主控制器电连接,所述GNSS天线与所述GNSS模块电连接。所述飞控系统用于向所述主控制器输出所述无人机的飞控姿态数据;所述差分机用于向所述主控制器输出GNSS差分修正数据;所述主控制器用于将所述GNSS差分修正数据发送至所述GNSS模块;所述GNSS模块用于接收所述GNSS天线输出的定位信息,并依据所述GNSS差分修正数据修正所述定位信息以获取GNSS定位数据,并向所述主控制器输出所述GNSS定位数据;所述相机用于向所述主控制器输出曝光信号;所述主控制器还用于在接收到所述曝光信号时记录所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及记录所述RTC单元的时间数据,并在所述曝光信号结束时可选择地存储已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及所述时间数据。
相对现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明提供的相机曝光位置信息的获取装置、方法及无人机,所述相机曝光位置信息的获取装置包括主控制器、曝光信号接口、飞控系统接口、GNSS单元及RTC单元,所述曝光信号接口、飞控系统接口、GNSS单元以及所述RTC单元均与所述主控制器电连接。所述飞控系统接口用于向所述主控制器输出所述无人机的飞控姿态数据;所述GNSS单元用于向所述主控制器输出GNSS定位数据;所述曝光信号接口用于向所述主控制器输出曝光信号。所述主控制器还用于在接收到所述曝光信号时记录所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及记录所述RTC单元的时间数据,并在所述曝光信号结束时可选择地存储已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及所述时间数据。本发明提供的相机曝光位置信息的获取装置对RTC单元的时间数据、飞控姿态数据及GNSS定位数据同时记录和存储,保证了数据的同步性和精确性,可获得精确的曝光时刻和曝光位置信息,提高了无人机航空摄影测量精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明第一实施例所提供的相机曝光位置信息的获取装置的结构框图。
图2示出了图1中GNSS单元的结构框图。
图3示出了曝光信号的电平波形图。
图4示出了本发明第二实施例所提供的相机曝光位置信息的获取方法的流程示意图。
图5示出了本发明第三实施例所提供的无人机的结构框图。
图标:100-相机曝光位置信息的获取装置;200-无人机;110-主控制器;120-曝光信号接口;130-飞控系统接口;140-GNSS单元;150-RTC单元;160-存储器;170-无线传输接口;180-有线通信接口;190-供电模块;210-飞控系统;220-相机;230-差分机;141-GNSS模块;142-GNSS天线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图,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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
请参照图1,为本发明第一实施例所提供的相机曝光位置信息的获取装置100的结构框图。所述相机曝光位置信息的获取装置100应用于无人机,其包括主控制器110、曝光信号接口120、飞控系统接口130、GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)单元140、RTC(Real-time Clock,实时时钟)单元150、存储器160及无线传输接口170,所述曝光信号接口120、飞控系统接口130、GNSS单元140、所述RTC单元150、存储器160以及所述无线传输接口170均与所述主控制器110电连接。
在本实施例中,所述曝光信号接口120可与相机电连接,用于接收相机的曝光信号并向所述主控制器110输出所述曝光信号。
在本实施例中,所述飞控系统接口130可与所述无人机的飞控系统电连接,用于接收所述飞控系统输出的飞控姿态数据,其中该飞控姿态数据为无人机的惯性测量单元(Inertial measurement unit,IMU)采集的数据经飞控系统处理后得到。所述飞控系统接口130用于向所述主控制器110输出所述无人机的飞控姿态数据。优选地,所述飞控系统接口130可采用RS232串口以实现主控制器110与飞控系统的电连接。
在本实施例中,所述GNSS单元140用于向所述主控制器110输出GNSS定位数据。如图2所示,所述GNSS单元140可包括GNSS模块141以及GNSS天线142,所述GNSS天线142与所述GNSS模块141电连接,所述GNSS模块141与所述主控制器110电连接。其中,所述GNSS天线142作为所述GNSS模块141的射频接收天线,用于向所述GNSS模块141输出定位信息。优选地,所述GNSS模块141与所述主控制器110可通过TTL电平串口实现电连接。
在本实施例中,所述无线传输接口170可与差分机电连接,用于接收所述差分机输出的GNSS差分修正数据并通过所述主控制器110将所述GNSS差分修正数据发送至所述GNSS模块141。优选地,所述无线传输接口170可采用RS232串口以实现主控制器110与差分机的电连接。
所述GNSS模块141用于依据所述GNSS差分修正数据修正从GNSS天线142接收的所述定位信息以获取所述GNSS定位数据,并向所述主控制器110输出所述GNSS定位数据。在本实施例中,所述主控制器110还可通过所述飞控系统接口130将所述GNSS定位数据发送至飞控系统。
在本实施例中,所述GNSS模块141还用于向所述主控制器110输出精准时钟信息。具体地,所述GNSS模块141向所述主控制器110输出秒脉冲(Pulses Per Second,PPS)信号及文本数据,该PPS秒脉冲信号的上升沿或者下降沿对齐一个精准的UTC时刻。该PPS秒脉冲精确,但是不具有时间信息,无法获取具体的时间数据(例如2017年5月1日18点00分00秒00毫秒),该文本数据具有时间信息,但是文本传输有延时,不够精确,因此GNSS模块141通过向主控制器110输出PPS秒脉冲和文本数据可使所述主控制器110得到所述精准时钟信息。
在本实施例中,所述RTC单元150的频率可采用1000Hz,其溢出时间为1ms,每次溢出自动清零并重新开始。在本实施例中,所述主控制器110用于依据接收的所述精准时钟信息校准所述RTC单元150以确保所述RTC单元150的时间数据精确。
在本实施例中,所述主控制器110还用于在接收到所述曝光信号时记录所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及记录所述RTC单元150的时间数据,并在所述曝光信号结束时可选择地存储已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及所述时间数据。
如图3所示,为所述曝光信号的电平波形图。在本实施例中,所述曝光信号在上升沿t1处触发所述主控制器110中断,所述主控制器110将上升沿t1时刻对应的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据及RTC单元150的时间数据进行记录,以减小从曝光信号触发开始到记录时刻的延迟。
所述曝光信号在下降沿t2处结束,所述主控制器110还用于在所述曝光信号结束时判断所述曝光信号是否有效。在本实施例中,当所述曝光信号的上升沿t1与下降沿t2的时间差Δt在预设的有效范围内时,所述主控制器110判断所述曝光信号有效,否则,判断所述曝光信号不是有效信号,从而过滤掉干扰造成的错误信号。需要说明的是,在本实施例中,该曝光信号预设的有效范围为5~20ms,但不限定于此。应当理解,在其它实施例中,根据不同曝光信号的特征可以对曝光信号的有效范围进行调整。
当所述主控制器110判断所述曝光信号有效时,所述主控制器110选择将已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据以及有效的所述曝光信号进行存储;当所述曝光信号不是有效信号时,所述主控制器110将本次记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据抛弃,等待下一次的曝光信号的触发。
可以理解,上文提及的,所述主控制器110在所述曝光信号结束时可选择地存储已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及所述时间数据,其中该“可选择地”应该至少可以理解为所述曝光信号有效时进行存储、所述曝光信号不是有效信号时不存储,以及还可以理解为无论曝光信号是否有效均进行存储。
在本实施例中,所述存储器160用于存储所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据以及有效的所述曝光信号。其中,所述存储器160包括内部存储器及外部存储器,在本实施例中,该内部存储器可采用MLC NandFlash存储器,其与所述主控制器110的可变静态存储控制器接口(Flexible Static Memory Controller,FSMC)电连接,并采用8bit总线驱动。在本实施例中,该外部存储器可采用TF Memory Card,其与所述主控制器110的SDIO接口电连接,并采用4bit总线24MHz时钟驱动。
进一步地,所述相机曝光位置信息的获取装置100还可包括有线通信接口180及供电模块190,所述有线通信接口180及供电模块190均与所述主控制器110电连接。其中,所述供电模块190用于提供电源以保证相机曝光位置信息的获取装置100的正常工作。在本实施例中,所述有线通信接口180可采用RS232电平串口、USB2.0FS接口实现主控制器110与其他设备的数据通信。例如,所述有线通信接口180可用于将存储器160中保存的数据传输到个人电脑(personal computer,PC)。
第二实施例
请参照图4,为本发明第二实施例所提供的相机曝光位置信息的获取方法的流程示意图。所述相机曝光位置信息的获取方法可应用于无人机的相机曝光位置信息的获取装置100。需要说明的是,本发明所述的相机曝光位置信息的获取方法并不以图4以及以下所述的具体顺序为限制,其基本原理及产生的技术效果与第一实施例相同,为简要描述,本实施例中未提及部分,可参考第一实施例中的相应内容。应当理解,在其它实施例中,本发明所述的相机曝光位置信息的获取方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换,或者其中的部分步骤也可以省略或删除。下面将对图4所示的具体流程进行详细阐述。
步骤S101,所述主控制器110接收所述GNSS单元140输出的GNSS定位数据。
在本实施例中,所述GNSS单元140包括GNSS模块141以及GNSS天线142,所述GNSS模块141接收所述GNSS天线142输出的定位信息,并依据接收的GNSS差分修正数据修正所述定位信息以获取所述GNSS定位数据,并向所述主控制器110输出所述GNSS定位数据。
步骤S102,所述主控制器110接收所述飞控系统接口130输出的无人机的飞控姿态数据。
步骤S103,所述主控制器110通过所述曝光信号接口120接收到曝光信号时记录所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及记录所述RTC单元150的时间数据,并在所述曝光信号结束时可选择地存储已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及所述时间数据。
在本实施例中,当所述曝光信号触发时,所述主控制器110在所述曝光信号的上升沿t1时刻对应的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据及RTC单元150的时间数据进行记录,以减小从曝光信号触发开始到记录时刻的延迟。
所述主控制器110在所述曝光信号结束时(即所述曝光信号的下降沿t2处)判断所述曝光信号是否有效。在本实施例中,当所述曝光信号的上升沿t1与下降沿t2的时间差Δt在预设的有效范围内时,所述主控制器110判断所述曝光信号有效,否则,判断所述曝光信号不是有效信号,从而过滤掉干扰造成的错误信号。需要说明的是,在本实施例中,该曝光信号预设的有效范围为5~20ms,但不限定于此。应当理解,在其它实施例中,根据不同曝光信号的特征可以对曝光信号的有效范围进行调整。
当所述主控制器110判断所述曝光信号有效时,所述主控制器110选择将已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据以及有效的所述曝光信号进行存储。优选地,所述主控制器110将已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据以及有效的所述曝光信号存储到所述存储器160中。当所述曝光信号不是有效信号时,所述主控制器110将本次记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据抛弃,等待下一次的曝光信号的触发。
步骤S104,依据所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据以及所述GNSS天线142与相机的相对位置计算所述有效的所述曝光信号对应的相机曝光位置信息。
在本实施例中,所述GNSS天线142与相机的相对位置,指的是所述GNSS天线142与相机的图像传感器(比如COMS)的相对安装位置,其可以由用户根据自己的需要设计。当无人机飞行任务完成后,可依据存储器160中存储的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据以及所述GNSS天线142与相机的相对位置计算出每次有效的曝光信号所对应的相机曝光位置信息。
第三实施例
请参照图5,为本发明第三实施例所提供的无人机200的结构框图。所述无人机200包括主控制器110、飞控系统210、相机220、差分机230、GNSS模块141、GNSS天线142、RTC单元150及存储器160,所述飞控系统210、相机220、差分机230、GNSS模块141、所述RTC单元150及存储器160均与所述主控制器110电连接,所述GNSS天线142与所述GNSS模块141电连接。
在本实施例中,所述飞控系统210通过飞控系统接口130与所述主控制器110电连接,所述飞控系统210用于通过所述飞控系统接口130向所述主控制器110输出所述无人机200的飞控姿态数据。
所述相机220通过所述曝光信号接口120与所述主控制器110电连接,所述相机220用于通过所述曝光信号接口120向所述主控制器110输出曝光信号。
所述差分机230通过所述无线传输接口170与所述主控制器110电连接,所述差分机230用于通过所述无线传输接口170向所述主控制器110输出GNSS差分修正数据。
所述主控制器110用于将所述GNSS差分修正数据发送至所述GNSS模块141,所述GNSS模块141用于接收所述GNSS天线142输出的定位信息,并依据接收的所述GNSS差分修正数据修正所述定位信息以获取GNSS定位数据。
所述GNSS模块141还用于向所述主控制器110输出所述GNSS定位数据以及精准时钟信息,所述主控制器110实时保存所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及精准时钟信息到所述存储器160中,并依据所述精准时钟信息校准所述RTC单元150的时间数据。
所述主控制器110还用于在接收到所述相机220输出的曝光信号时记录所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及记录所述RTC单元150的时间数据,并在所述曝光信号结束时可选择地存储已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及所述时间数据。具体地,当相机220输出曝光信号时,所述主控制器110被触发中断,所述主控制器110在所述曝光信号的上升沿t1时刻记录所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及记录所述RTC单元150的时间数据,并在所述曝光信号的下降沿t2时刻(即曝光信号结束时)判断所述曝光信号是否有效,当判断本次曝光信号有效时,所述主控制器110选择将已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据以及有效的所述曝光信号存储至所述存储器160中;当判断本次曝光信号不是有效信号时,所述主控制器110则将本次记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据抛弃,等待下一次的曝光信号的触发。
综上所述,本发明实施例所提供的相机曝光位置信息的获取装置、方法及无人机,无人机在飞行过程中,飞控系统通过飞控系统接口实时向主控制器输出飞控姿态数据,差分机通过无线传输接口向所述主控制器输出GNSS差分修正数据,所述主控制器将接收的所述GNSS差分修正数据发送至GNSS模块,所述GNSS模块接收GNSS天线输出的定位信息并依据接收的GNSS差分修正数据对该定位信息进行修正以获取GNSS定位数据。所述GNSS模块还用于向所述主控制器输出所述GNSS定位数据以及精准时钟信息,所述主控制器实时保存所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及精准时钟信息到存储器中,并依据所述精准时钟信息校准RTC单元的时间数据。当相机输出曝光信号时,所述主控制器被触发中断,所述主控制器在所述曝光信号的上升沿t1时刻记录所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及记录所述RTC单元的时间数据,并在曝光信号的下降沿t2时刻(即曝光信号结束时)判断所述曝光信号是否有效,当判断本次曝光信号有效时,所述主控制器选择将已记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据以及有效的所述曝光信号存储至存储器中,当本次曝光信号不是有效信号时,所述主控制器将本次记录的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据以及时间数据抛弃,等待下一次的曝光信号的触发。最后,在该无人机的飞行任务结束后,依据存储的所述飞控姿态数据、GNSS定位数据、时间数据以及所述GNSS天线与相机的相对位置计算所述有效的所述曝光信号对应的相机曝光位置信息。本发明实施例所提供的相机曝光位置信息的获取装置、方法及无人机,无需布设大量的像控点,操作流程简单方便,可以获得精确的曝光时刻以及曝光位置信息,提高了无人机航空摄影测量精度。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。