CN108027492B - 成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了具有配重物(206)的成像系统(200)。所述配重物(206)可以可操作地联接到一个或多个镜头元件(202)上并且可以被配置成用于保持所述成像系统(200)的稳定性。

Description

成像系统
背景技术
已经针对多种应用开发了具有较宽范围的大小和能力的成像装置。例如，成像装置可以作为独立装置由专业摄影师或电影摄影师使用。在一些情形下，成像装置可作为部件被集成到具有其他各种能力的系统中(例如，智能电话、平板计算机)。在一些情形下，成像装置可以搭载于可移动物体(如无人飞行器(UAV))上，并且可用于监测、搜救操作、勘测以及其他活动。
成像装置可以包括具有可移动镜头元件(例如，变焦镜头)的光学变焦系统。光学变焦系统可以使得成像装置能够捕捉具有可变焦距和/或放大率的图像。在一些情形下，用于实现光学变焦系统的现有方法可能并不是最佳的。例如，镜头元件的移动可能改变成像装置的重心或平衡，这可能导致捕捉到不稳定的摇晃图像或视频。在一些情形下，变焦镜头的移动可能改变成像系统的重心或平衡，从而对系统的稳定性和性能造成负面影响。
发明内容
本文中公开的实施方式提供了用于捕捉稳定图像的系统和方法。成像装置可以用于捕捉稳定图像。成像装置可以利用一个或多个可移动镜头元件。可移动镜头元件可以经由外力(例如，物理施加)和/或经由内部电机响应于控制信号而移动。一个或多个配重物可以对应于或者响应于可移动镜头元件的移动而移动。可以保持成像装置或成像系统的重心。有利地，本文中所描述的方法可以稳定包括可移动部件的成像装置或成像系统，并且使得能够捕捉高质量图像。
因此，在一个方面中，提供了一种具有固定重心的光学变焦系统。所述系统包括：一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动；以及一个或多个配重物，所述一个或多个配重物可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上，其中所述一个或多个配重物被配置成用于在所述一个或多个镜头元件的移动期间保持所述光学变焦系统的重心。
在另一方面中，提供了一种在光学变焦期间保持重心的方法。所述方法包括：提供光学变焦系统，所述光学变焦系统包括：(1)一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动，以及(2)一个或多个配重物，所述一个或多个配重物可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上；并且移动所述一个或多个镜头元件，其中所述一个或多个配重物在所述一个或多个镜头元件的移动期间保持所述光学变焦系统的重心。
在另一方面中，提供了一种用于捕捉稳定图像的成像系统。所述系统包括：一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动；以及一个或多个配重物，所述一个或多个配重物被配置成相对于所述一个或多个镜头元件移动，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的移动相对应。
在另一方面中，提供了一种用于捕捉稳定图像的方法。所述方法包括：提供成像系统，所述成像系统包括：(1)一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动，以及(2)一个或多个配重物，所述一个或多个配重物被配置成相对于所述一个或多个镜头元件移动；移动所述一个或多个镜头元件；对应于所述一个或多个镜头元件的移动来移动所述一个或多个配重物；并且捕捉稳定图像。
在另一方面中，提供了一种用于捕捉稳定图像的光学变焦系统。所述系统包括：一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动；一个或多个配重物，所述一个或多个配重物可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上；以及一个或多个机械元件，所述一个或多个机械元件被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的移动并且响应于所述一个或多个镜头元件的移动而改变所述一个或多个配重物的状态。
在另一方面中，提供了一种用于捕捉稳定图像的方法。所述方法包括：提供光学变焦系统，所述光学变焦系统包括：(1)一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动，(2)一个或多个配重物，所述一个或多个配重物可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上，以及(3)一个或多个机械元件，所述一个或多个机械元件被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的移动并且响应于所述一个或多个镜头元件的移动而改变所述一个或多个配重物的状态；致动所述一个或多个机械元件，由此移动所述一个或多个镜头元件中的至少一个镜头元件；并且捕捉稳定图像。
应当理解的是可单独地、共同地或彼此组合地考虑本发明的不同方面。本文中所描述的本发明的各个方面可以应用于下文所阐述的任何具体应用中或应用于任何其他类型的可移动物体。本文中对飞行器(如无人飞行器)的任何描述可以应用于和用于任何可移动物体(如任何载运工具)。此外，本文中在空中运动(例如，飞行)的背景下公开的这些系统、装置、以及方法也可以应用于其他类型的运动的背景下，例如地面上或水上的移动、水下运动或太空运动。
通过浏览说明书、权利要求书及附图，将清楚本发明的其他目的和特征。
援引并入
本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过援引并入本文，其程度就如同明确且单独地指明了每一个单独的出版物、专利或专利申请均通过援引并入本文。
附图说明
在所附权利要求书中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考对在其中利用到本发明原理的说明性实施方式加以阐述的以下详细描述和附图，将会对本发明的特征和优点获得更好的理解；在附图中：
图1图示了根据实施方式的成像系统。
图2图示了根据实施方式的具有固定重心的成像系统。
图3图示了根据实施方式的联接到共用机械元件上的可移动镜头元件和配重物。
图4图示了根据实施方式的联接到第一电机上的可移动镜头元件和联接到第二电机上的配重物。
图5图示了根据实施方式的位于成像装置的壳体之外的一个或多个配重物。
图6图示了根据实施方式的成像系统的附加部件。
图7图示了垂直轴线上的放大率。
图8图示了成像原理。
图9图示了物像交换原理。
图10图示了具有光轴的变焦镜头系统。
图11图示了根据实施方式的变焦控制传输的框图。
图12图示了根据实施方式的UAV的外观。
图13图示了根据实施方式的包括载体和有效载荷的可移动物体。
图14是根据实施方式的用于控制可移动物体的系统的框图示意图。
具体实施方式
需要稳定的并且能够用变化的视野和/或变化的放大率捕捉高质量图像的成像系统。本文中所描述的成像系统可以指代单独地或共同地被配置成用于捕捉图像的任意数量的部件。例如，成像系统可以指代光学变焦系统。光学变焦系统可以包括一个或多个可移动镜头元件。在一些情形下，光学变焦系统可以包括生成图像所需的光学部件(例如，图像传感器)和/或配重物。可以提供一个或多个配重物。所述一个或多个配重物可以被配置成用于保持成像系统的稳定性。在一些情形下，所述一个或多个配重物可以被配置成用于保持成像系统的部件的稳定性。
在一些情形下，成像系统可以指代成像装置，如相机。在一些情形下，成像系统可以指代联接到载体(如云台)上的相机。在一些情形下，成像系统可以指代联接到可移动物体(例如，无人飞行器或UAV)上的相机。相机可以直接或经由中间件(例如，云台)间接联接到可移动物体上。
图1图示了根据实施方式的成像系统。成像系统100可以被配置成用于摄入光102并且收集图像数据(例如，用图像传感器)。在一些情形下，所述成像系统可以被配置成用于基于所收集的图像数据输出图像104(例如，在显示器上)。所述成像系统可以包括一个或多个光学元件106和/或图像传感器108。光学元件可以辅助将光引导到图像传感器。例如，一个或多个光学元件可以包括一个或多个镜头元件。镜头可以是定焦镜头。定焦镜头可以具有固定的单焦距。镜头可以是变焦镜头，具有如以下进一步描述的可移动镜头元件。尽管镜头通篇主要被描述为示例性光学元件，但应理解的是，可通篇可互换地使用任何其他光学元件，如反光镜、滤光器、光栅、附加镜头或二向色镜。
成像系统可以包括一个或多个传感器。例如，成像系统可以包括具有用于采集并存储光子的像元(photosite)的光传感器。所述光传感器可以进一步将所采集的信息(例如，光予)转换为数字形式(例如，捕捉图像)。例如，成像系统可以包括用于确定有待捕捉的图像的正确焦点的对焦传感器。例如，成像系统可以包括用于平衡所捕捉的图像的颜色(例如，与人类视觉的颜色匹配)的平衡传感器(例如，白平衡传感器)。在一些情形下，一个图像传感器可以包括多个传感器的功能。例如，一个传感器可以用于检测光并将其表达为表达图像(例如，捕捉图像)的形式并且使图像对焦和平衡(例如，白平衡)。图像处理器110可处理所捕捉的图像并且执行图像处理功能，如黑电平校正、周边光亮比校正、失真校正、白平衡校正、色彩串扰校正、解马赛克、色彩校正、灰阶映射、色彩空间转换、锐化和噪声去除，从而生成用于观察的图像。
所述成像系统可以包括一个或多个配重物118。所述一个或多个配重物可被配置成用于保持成像系统(或成像系统的部件)的稳定性。例如，所述一个或多个配重物可被配置成用于保持成像系统的重心或质心。在一些情形下，所述一个或多个配重物可被配置成用于最小化成像系统(例如，成像系统的部件)的不稳定性但是保持稳定性并不完善。例如，所述一个或多个配重物可抵消或最小化成像系统的重心或质心的变化，但是防止变化并不完善。
在一些情形下，可借助于所述一个或多个配重物关于约一个维度、两个维度或三个维度来保持成像系统的重心或质心。在一些情形下，可借助于所述一个或多个配重物关于约一个、两个、三个、四个、五个方向或更多方向来保持成像系统的重心或质心。在一些情形下，成像系统的重心可借助于所述一个或多个配重物被保持在等于或小于约0.01cm、0.02cm、0.03cm、0.05cm、0.1cm、0.12cm、0.15cm、0.3cm、0.5cm、1cm、2cm、5cm、10cm或20cm的距离内。
在一些情形下，所述一个或多个配重物可以可操作地联接到一个或多个光学元件上。在一些情形下，所述一个或多个配重物可以可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上。在一些情形下，所述一个或多个配重物可以可操作地联接到成像系统的任何可移动部件上。替代地或此外，所述一个或多个配重物可以可操作地联接在其他地方，例如联接到成像系统的外壳或成像系统的其他部件上。
本文中所描述的成像系统可以包括被配置成用于移动的可移动零件或部件。移动零件可以是例如可移动镜头元件(例如，变焦镜头)、配重物、电机或机械结构(例如，螺纹杆、框架部件等)。在许多情形下，可能令人期望的是提供具有捕捉远离成像系统的环境的图像的变焦能力的成像系统。在一些情形下，光学变焦系统(例如，包括变焦镜头)可以是期望的，因为其可用于使用成像系统捕捉(例如，生成)高质量图像。
光学变焦系统可借助于一组光学镜头(例如，变焦镜头)放大图像。变焦镜头可具有可变焦距，并且焦距可以包含多个焦距(例如，焦距范围)。光学变焦镜头可以通过一组内部镜头元件的相对移动来改变焦距。然而，具有覆盖宽变焦范围的变焦镜头的成像装置可能大小较大并且重量较重。相应地，变焦镜头的一个或多个镜头的移动可影响所述成像系统的重心，这可导致不稳定性和系统性能的总体下降。在一些情形下，一个或多个镜头元件的移动可阻碍捕捉流畅视频和/或导致必须被校正的不期望的视野变化。
在一些情形下，可能有益的是在成像系统的部件运动时成像系统保持稳定。例如，可以在成像系统的部件运动时保持稳定的重心或质心。例如，当可移动镜头元件移动时，成像系统可以包括被配置成用于保持成像系统的重心的一组配重物。在一些情形下，当可移动镜头元件移动时，一组配重物可以对应于镜头元件而移动并且保持成像系统的稳定性。因为成像系统的稳定性(例如，重心)得到保持而不管内部部件是否移动，所以成像系统可以能够在长时间段内、在不浪费资源的情况下在各种条件下捕捉高质量的稳定图像。例如，对于本公开的联接到UAV上的成像系统(例如，通过载体)，可以在光学变焦过程中保持重心。相应地，可以在不需要UAV和/或载体的零件的补偿调整的情况下捕捉高质量图像，从而引起成像系统的更高的效率和性能。
所述成像系统可进一步包括通信单元和/或储存单元。通信单元可以用于与外部部件和/或装置(例如，移动装置，如移动电话、平板计算机、PC、遥控器等)的通信。例如，所述通信单元可以用于发送由成像系统所捕捉的图像(例如，输出)或接收来自那些外部部件或装置的输入(例如，控制信号)。所述通信单元还可以用来通过数字信号处理(DSP)变换图像，以便(例如，通过图像传感器)以某种方式改善所捕捉的图像。所述存储单元可用于暂时地或永久性地存储由成像系统所捕捉的图像。
图2图示了根据实施方式的具有固定重心201的成像系统200。在一些情形下，所述成像系统可全部封闭在单个壳体中。例如，所述成像系统可以指代具有壳体的成像装置，如相机。在一些情形下，所述成像系统的仅某些零件可封闭在壳体中。例如，一个或多个光学元件(例如，镜头元件202)可封闭在成像装置的壳体中，而一个或多个配重物206可位于壳体之外。例如，一个或多个光学元件可以封闭在成像装置的壳体中，而一个或多个配重物可以位于或联接到载体上。在一些情形下，所述成像系统的多个零件可封闭在第一壳体中，而所述成像系统的其他零件可封闭在不同壳体中。例如，一个或多个光学元件可封闭在成像装置的壳体中，而一个或多个配重物可位于其自己的壳体中。例如，一个或多个光学元件可封闭在成像装置的壳体中，而一个或多个配重物可位于载体(例如，云台)和/或可移动物体(例如，UAV)的壳体内。在一些情形下，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物可封闭在壳体中，所述壳体等于或小于约8in3、27in3、64in3、125in3、216in3、343in3、512in3、729in3、1000in3或1500in3。
所述壳体可以是基本上流体密封的。所述壳体可以是气密的。所述壳体可以由基本上不透明的材料、半透明材料或透明材料形成。所述壳体可阻止不想要的光进入所述壳体。所述壳体可以将到达光学模块的光限制于一个或多个受控入口。所述壳体可以是不透光的，除了位于壳体上的单个孔之外。在一些情形下，所述成像系统可以是例如相机。在一些情形下，所述成像系统可以包括一起工作的多个离散零件(例如，装置)。例如，所述成像系统可以包括两个或更多个相机以及相结合地工作的其他光学元件。在一些情形下，所述成像系统可以包括多个相机和联接到相机上的多个外部部件或装置(例如，载体、可移动物体等)。
所述成像系统可以包括(例如)具有变焦镜头的光学变焦系统。所述成像系统可以包括被配置成用于沿着光轴204移动的镜头元件202。所述镜头元件可沿着光轴在朝向重心的方向上移动。替代地，所述镜头元件可沿着光轴在远离重心的方向上移动。在一些情形下，所述镜头元件可沿着不同于其光轴的路径移动。例如，所述镜头元件可相对于其光轴垂直地或成某个角度移动。在一些情形下，所述光学元件可绕着固定轴线旋转。
尽管图2示出了单个镜头元件，但应理解的是所述成像系统可以包括约1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、12个、15个、20个或30个或更多镜头元件。这些各种镜头元件中的每个镜头元件可具有相同的大小、形状或重量。这些各种镜头元件中的每个镜头元件可具有不同的大小、形状或重量。这些镜头元件中的每个镜头元件可被配置成用于移动。替代地，这些镜头元件中的一些镜头元件可以是固定的(例如，定焦镜头)，而其他镜头元件被配置成移动。这些可移动镜头元件中的每个镜头元件可被配置成单独地或联合其他镜头元件一起移动。多个镜头元件可沿着或可不沿着单条光轴对齐。在一些情形下，所述多个镜头元件可沿着单条光轴基本上对齐。如上所述，成像系统的一个或多个可移动镜头元件的移动可变更成像系统的放大率、焦点和/或焦距。
成像系统的一个或多个镜头元件还可以被统称为镜头模块，并且可在本文中可互换地使用这两个短语。在一些情形下，镜头模块可以包括共享同一光轴的多个镜头。在一些情形下，成像系统的一个或多个镜头元件可以指代共享共用功能性的一组镜头。例如，所述一个或多个镜头元件可以指代对焦组、主组、补偿器组、变化器组等等的镜头。例如，对焦组可以对镜头进行对焦。例如，所述变化器组可以改变镜头的焦距。例如，补偿器组可以保持镜头的焦点和改变镜头的焦距。例如，主组可以将可变放大率中继到成像系统的焦平面。
所述成像系统可以包括一个或多个配重物206。所述一个或多个配重物可以可操作地联接到一个或多个镜头元件上。在一些情形下，所述一个或多个配重物可以可操作地联接到镜头模块内的一个或多个镜头上。在一些情形下，所述一个或多个配重物可以可操作地联接到镜头模块内的一个或多个组(例如，对焦组)上。替代地或此外，所述一个或多个配重物可以可操作地联接到本文中之前所描述的成像系统的任何其他部件上，例如，任何其他光学元件、任何可移动部件、任何被配置成沿着单条轴线移动的部件等。在一些情形下，所述一个或多个配重物可以沿着光轴204定位。在一些情形下，所述一个或多个配重物可以沿着光轴定位，但是与所述一个或多个镜头元件相比在重心201的相对侧上。在一些情形下，所述一个或多个配重物可以沿着光轴定位，并且与重心相比在与所述一个或多个镜头元件相同的侧上(例如，如果重心是图2中所示的214或212)。
在一些情形下，可能存在可操作地联接到被配置成移动的多个镜头元件(例如，镜头模块)上的单个配重物。在一些情形下，可能存在可操作地联接到被配置成移动的这些镜头元件中的每个镜头元件上的不同配重物(例如，1∶1比率)。在一些情形下，每个镜头模块可以存在对应的配重物。在一些情形下，成像系统内的多条光轴可以存在对应的配重物。例如，如果一个或多个镜头元件被配置成绕着单条光轴移动，那么可以存在单个对应的配重物。如果一个或多个镜头元件被配置成绕着两条、三条、四条、五条或更多光轴移动，则可以存在与光轴的数量相对应的两个、三个、四个、五个或更多配重物。成像系统内的配重物的数量可以等于或大于约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、15、20或30。配重物的数量可以对应于或可以不对应于成像系统的镜头元件的数量。配重物的数量可以对应于或可以不对应于成像系统的镜头模块的数量。配重物的数量可以对应于或可以不对应于成像系统的变焦镜头的数量。本文中所描述的变焦镜头可以指代联接在一起并且被配置成用于改变成像系统的焦距的多个镜头元件。
所述一个或多个配重物的重量可以等于或大于约一个或多个镜头元件的重量的10％、25％、50％、75％、100％、125％、150％、200％或300％。所述一个或多个配重物的总体重量可以等于或大于约一个或多个镜头元件的总体重量的10％、25％、50％、75％、100％、125％、150％、200％或300％。所述一个或多个配重物中的每个配重物的重量可以等于或大于对应镜头元件(例如，所述配重物为可操作地联接到的镜头元件或镜头模块)的重量的约10％、25％、50％、75％、100％、125％、150％、200％或300％。在一些情形下，一个或多个配重物的重量可以等于一个或多个镜头元件的重量。在一些情形下，一个或多个配重物的重量可以不同于一个或多个镜头元件的重量。
一个或多个配重物的大小可以等于或大于一个或多个镜头元件的大小的约10％、25％、50％、75％、100％、125％、150％、200％或300％。一个或多个配重物的总体大小可以等于或大于一个或多个镜头元件的总体大小的约10％、25％、50％、75％、100％、125％、150％、200％或300％。一个或多个配重物中的每个配重物的大小可以等于或大于对应镜头元件(例如，配重物可操作地联接到的镜头元件或镜头模块)的大小的约10％、25％、50％、75％、100％、125％、150％、200％或300％。在一些情形下，一个或多个配重物的大小可以等于一个或多个镜头元件的大小。在一些情形下，一个或多个配重物的大小可以不同于一个或多个镜头元件的大小。本文中所使用的物体(例如，一个或多个配重物或镜头元件)的大小可以指代物体的高度、宽度、长度、最小尺寸、最大尺寸、表面积或体积。
一个或多个配重物可以具有与一个或多个镜头元件相似的形状。一个或多个配重物可以具有与一个或多个镜头元件不相似的形状。在一些情形下，一个或多个配重物可以具有立方体形状、矩形形状、椭圆形形状或球形形状。一个或多个配重物可以是可调的。一个或多个配重物可以是可变形的。在一些情形下，一个或多个配重物的状态可以被改变以便保持成像系统的稳定性。例如，一个或多个配重物可以是可填充的(例如，用沙子、液体等)，从而使得配重物的重量可以被增大或减小。例如，一个或多个配重物可以包括材料(例如，沙子、液体)可被添加到其中的中空装置。在一些情形下，配重物内的重量分布可以变化，例如，对应于或响应于一个或多个镜头元件的移动而变化。在一些情形下，一个或多个配重物可以包括可以连接或断开连接的多个零件，从而使得配重物的重量可以被增大或减小。在一些情形下，一个或多个配重物的朝向可以是可调的。一个或多个配重物的状态可以对应于或响应于成像系统内的可移动零件(例如，一个或多个镜头元件)的移动而被改变。在一些情形下，一个或多个配重物可以是不可调的。一个或多个配重物可以由任何材料(例如，金属、橡胶等)制成。
所述一个或多个配重物可以被配置成用于保持成像系统的稳定性。例如，所述一个或多个配重物可被配置成用于保持成像系统的重心或质心。如本文中之前所描述的，一个或多个配重物可以被配置成用于最小化成像系统的不稳定性。在一些情形下，一个或多个配重物可以被配置成用于在一个或多个可移动镜头元件的移动期间保持成像系统的稳定性(例如，重心)。
在一些情形下，一个或多个配重物可以用于在光学变焦期间保持重心的方法中。在第一步骤，可提供成像系统。在一些情形下，所述成像系统可以包括一个或多个镜头元件以及可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上的一个或多个配重物。所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物可以基本上如本文中所描述的那样。例如，所述一个或多个光学元件可以被配置成沿着光轴移动。在第二步骤，所述一个或多个镜头元件可以移动(例如，响应于控制信号、响应于外力、由于电机的致动等)，并且所述一个或多个配重物可以在所述一个或多个镜头元件的移动期间保持光学变焦系统的重心。保持重心可以提供捕捉高质量稳定图像(例如，图像序列、视频等)的能力。
所述一个或多个配重物可以被配置成移动。所述一个或多个配重物可以被配置成对应于所述一个或多个镜头元件的移动而移动。所述一个或多个配重物的移动可以沿着(例如，一个或多个镜头元件的)光轴204。所述一个或多个配重物的移动可以基本上沿着所述光轴。在一些情形下，所述一个或多个配重物的移动可以平行于所述一个或多个镜头元件的光轴。在一些情形下，所述一个或多个配重物的移动可以平行于所述一个或多个镜头元件的移动，其可以沿着或可以不沿着所述光轴。在一些情形下，所述一个或多个配重物的移动可以既不沿着所述光轴也不平行于所述光轴，例如，沿着在单个点与所述光轴相交的轴线。
所述一个或多个配重物的移动可以保持成像系统的稳定性。所述一个或多个配重物的移动可以是朝着与成像系统的其他部件的移动相反的方向。在一些情形下，所述一个或多个配重物的移动可以是朝着与所述一个或多个镜头元件的移动相反的方向。例如，如果镜头元件202在朝向重心201的方向上移动，则所述一个或多个配重物可以在朝向重心的方向上移动，由此保持成像系统的稳定性(例如，重心)。类似地，如果镜头元件在背离重心的方向上移动，则所述一个或多个配重物可以背离重心移动，由此保持稳定性。在一些情形下，镜头元件可以在朝向重心的方向上移动，而所述一个或多个配重物可以在背离重心的方向上移动，或者反之亦然(例如，如果重心曾位于212、214)。在一些情形下，所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的移动是等距的。例如，镜头元件202可以朝向重心移动距离208，而配重物206可以朝向重心移动等于距离208的距离210。在一些情况下，配重物所移动的距离可能取决于一个或多个镜头元件的重量与一个或多个配重物之比。在一些情形下，所述一个或多个配重物可以被配置成移动一段距离，从而使得保持成像系统的重心。
所述一个或多个配重物可以被配置成与所述一个或多个镜头元件同时移动。例如，单个机构(例如，单个电机、单个螺纹杆等)可控制所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物两者的移动。在一些情形下，所述一个或多个镜头元件和/或一个或多个配重物的移动可以由外力(例如，由人类物理施加、成像系统外部的电机等)驱动。在一些情形下，分离的机构可以控制所述一个或多个镜头元件的移动和所述一个或多个配重物的移动。例如，所述一个或多个镜头元件的移动可由第一电机驱动，而所述一个或多个配重物的移动可由第二电机驱动。在一些情形下，单个控制信号可以致动所述一个或多个镜头元件的移动和所述一个或多个配重物的移动。在一些情形下，不同的控制信号可以致动所述一个或多个镜头元件的移动和所述一个或多个配重物的移动。
在一些情形下，所述一个或多个配重物可以被配置成响应于激励而移动。例如，成像系统可以被配置成用于检测成像系统内的一个或多个部件的移动(例如，平移移动)。在一些情形下，可以检测电机(例如，被配置成用于移动一个或多个镜头元件)的致动。在一些情形下，可以从一个或多个传感器(例如，惯性传感器、加速度计、霍尔效应传感器等)接收与变化有关的数据。处理器可以接收所述数据并且生成被配置成用于作为响应而移动一个或多个配重物的控制信号。检测和处理可实时发生。检测和处理可以基本上实时发生，例如，具有最小延迟。
所述成像系统可以包括一个或多个电机，所述一个或多个电机被配置成用于驱动一个或多个镜头元件的移动和一个或多个配重物的移动。本文中所使用的电机可以指代对焦电机和/或变焦电机。不同的电机可以可操作地联接到镜头模块的不同镜头组上。在一些情形下，单个电机可以驱动一个或多个镜头元件的移动和一个或多个配重物的移动。例如，单个电机的致动可以影响一个或多个镜头元件在第一方向上的移动以及一个或多个配重物在不同于所述第一方向的第二方向上的移动。在一些情形下，第一方向和第二方向可以是相反的方向。在一些情形下，电机的转动将一个或多个镜头元件的移动和一个或多个配重物的移动驱动相等的量(例如，等距)。
在一些情形下，第一电机可以驱动一个或多个镜头元件的移动而第二电机驱动一个或多个配重物的移动。可以对应地驱动这些不同的电机，从而使得一个或多个镜头元件的移动与一个或多个配重物的移动相对应。在一些情形下，单个控制信号可以致动不同电机的移动(例如，转动)。尽管已经在本文中主要描述了一个或多个镜头元件和一个或多个配重物的平移移动，但应理解的是所述一个或多个镜头元件和/或所述一个或多个配重物的移动可以包括旋转移动(例如，绕俯仰轴线、偏航轴线和/或横滚轴线)。例如，响应于或对应于一个或多个镜头元件的平移移动，一个或多个配重物可以进行绕着轴线的旋转移动并且改变朝向，由此保持系统的稳定性。例如，响应于或对应于一个或多个镜头元件的旋转移动，一个或多个配重物可以进行旋转移动，由此保持系统的稳定性。附加类型的移动可以包括涉及平移和旋转两者的移动(例如，摆动移动)。
在一些情形下，一个或多个配重物可以用在用于捕捉稳定图像的方法中。在第一步骤，可提供成像系统。所述成像系统可以包括一个或多个镜头元件和一个或多个配重物。所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物可以基本上如本文中所描述的那样。例如，所述一个或多个镜头元件可以被配置成各自沿着光轴移动，并且所述一个或多个配重物可以被配置成用于相对于所述一个或多个镜头元件移动。在第二步骤，所述一个或多个镜头元件可以被移动(例如，响应于控制信号、响应于外力、由于电机的致动等)。在第三步骤，所述一个或多个配重物可以对应于或者响应于所述一个或多个镜头元件的移动而被移动。在第四步骤，可以捕捉稳定图像。由于所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物的协调移动，因此可以捕捉稳定图像。
在一些情形下，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物联接到至少一个共用机械元件上。图3图示了根据实施方式的联接到共用机械元件308上的可移动镜头元件304和配重物306。所述一个或多个配重物和所述一个或多个镜头元件可以直接联接到所述机械元件上。替代地，所述一个或多个配重物和所述一个或多个镜头元件可以经由中间件(如框架元件(例如，移动框架元件))联接到所述机械元件上。在一些情形下，所述共用机械元件是电机302。在一些情形下，所述共用机械元件是螺纹杆。所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物可以位于或联接到所述螺纹杆的不同螺纹上。例如，螺纹318和螺纹320示出了螺纹杆上的不同螺纹。在一些情形下，所述螺纹杆可以包括多个不同的螺纹区域。在一些情形下，所述螺纹杆可以具有朝相反方向的螺纹。所述螺纹杆的转动310可以沿着螺纹杆驱动一个或多个镜头元件在第一方向312上的移动以及一个或多个配重物在第二方向314上的移动。所述螺纹杆的转动316可以沿着螺纹杆驱动一个或多个镜头元件在第二方向314上的移动以及一个或多个配重物在第一方向312上的移动。所述螺纹杆的转动可以由电机302驱动。在一些情形下，单个电机可以同时驱动一个或多个镜头元件和一个或多个配重物的移动。在一些情形下，如在其他地方所描述，不同电机可以驱动一个或多个镜头元件和一个或多个配重物的移动。
一个或多个镜头元件和一个或多个配重物的移动可以是平移移动。在一些情形下，一个或多个镜头元件和一个或多个配重物的移动可以包括旋转分量。在一些情形下，可以为一个或多个配重物和/或一个或多个镜头元件提供导向装置。所述导向装置可以最小化或防止一个或多个镜头元件的不期望的移动(例如，旋转移动)。所述导向装置可以最小化或防止一个或多个配重物的不期望的移动(例如，旋转移动)。在一些情形下，所述导向装置可以包括导向杆322。在一些情形下，所述导向杆可以穿透一个或多个镜头元件和/或一个或多个配重物的非光学部分。在一些情形下，所述导向装置可以包括一个或多个镜头元件和/或一个或多个配重物可以沿着其滑动的凹槽。
在一些情形下，所述成像系统可以包括一个或多个机械元件，所述一个或多个机械元件被配置成用于(1)控制被配置成沿着光轴移动的一个或多个镜头元件的移动，并且(2)响应于所述一个或多个镜头元件的移动而改变一个或多个配重物的状态。在一些情形下，一个或多个配重物的状态是一个或多个配重物的位置。所述位置可以相对于光轴。在一些情形下，一个或多个配重物的状态是一个或多个配重物的重量。例如，液体或任何其他类型的材料(例如，沙子、金属等)可以被添加到一个或多个配重物上，从而使得所述一个或多个配重物的重量被改变以便保持成像系统的稳定性。在一些情形下，一个或多个配重物的状态是一个或多个配重物的朝向，例如，相对于光轴。一个或多个配重物的朝向的变化可以改变一个或多个配重物的重心。在一些情形下，一个或多个配重物的状态是一个或多个配重物内的重量分布。例如，一个或多个配重物可以被配置成用于对应于或响应于一个或多个镜头元件的移动而重新分布重量，由此保持成像系统的稳定性。
在一些情形下，一个或多个配重物可以用在用于捕捉稳定图像的方法中。在第一步骤，提供成像系统。所述成像系统可以包括一个或多个镜头元件、一个或多个配重物以及一个或多个机械元件。所述一个或多个镜头元件、所述一个或多个配重物以及所述一个或多个机械元件可以基本上如本文中所描述的那样。例如，所述一个或多个镜头元件可以被配置成各自沿着光轴移动。例如，所述一个或多个配重物可以可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上。例如，所述一个或多个机械元件被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的移动，并且响应于所述一个或多个镜头元件的移动而改变所述一个或多个配重物的状态。如基本上在其他地方所描述的，一个或多个配重物的状态可以指代配重物的位置、重量、朝向等。在第二步骤，可以致动所述一个或多个机械元件，由此移动所述一个或多个镜头元件中的至少一个镜头元件。在第三步骤，可以捕捉稳定图像。由于一个或多个配重物的状态响应于一个或多个镜头元件的移动而变化，因此可以捕捉稳定图像。
在一些情形下，变焦镜头(例如，可移动镜头元件)和一个或多个配重物位于成像装置(例如，相机)自身上。在一些情形下，变焦镜头和一个或多个配重物完全包含在成像装置的壳体内。替代地，一个或多个配重物位于成像装置的壳体之外。
图4图示了根据实施方式的联接到第一电机404上的可移动镜头元件402和联接到第二电机408上的配重物406。在一些情形下，一个或多个配重物和/或一个或多个镜头元件可以被配置成沿着齿形轨道412移动。齿形轨道可以指代齿轮416可沿着其移动的轨道414，如参考号418所示。在一些情形下，第一电机和第二电机可以驱动可移动镜头元件和配重物沿着齿形轨道移动。在一些情形下，如基本上在本文中所描述的，第一电机和第二电机可以驱动可移动镜头元件和配重物沿着齿形轨道在相反方向上的移动。在一些情形下，一个或多个配重物和/或一个或多个镜头元件可以被配置成直接沿着齿形轨道移动。在一些情形下，一个或多个配重物和/或一个或多个镜头元件可以联接到被配置成沿着齿形轨道移动的中间件(例如，齿轮、框架部件等)上。一个或多个配重物和一个或多个镜头元件的移动可以沿着单条轴线。一个或多个配重物和一个或多个镜头元件的移动可以基本上沿着单条轴线。一个或多个配重物和一个或多个镜头元件的移动可以沿着平行轴线。在一些情形下，一个或多个配重物和/或一个或多个镜头元件可以沿着单个齿形轨道移动。在一些情形下，一个或多个配重物和/或一个或多个镜头元件可以沿着不同齿形轨道移动。
图5图示了根据实施方式的位于成像装置的壳体之外的一个或多个配重物。在一些情形下，成像装置502联接到载体504(例如，云台)上。在一些情形下，所述成像装置联接到可移动物体(如UAV 506)上。在一些情形下，所述成像装置经由所述载体联接到所述UAV上。所述一个或多个配重物可以被配置成用于保持成像系统的稳定性。例如，一个或多个配重物512可以联接到成像装置的壳体上并且可以对应于变焦镜头501的移动而移动以便保持包括所述成像装置的成像系统的重心508。尽管图示了配重物512的一个可能的位置，但应理解的是，所述配重物可以位于其他地方(例如，在成像装置顶部、侧面、后面、前面、下方等)。而且，尽管图示了配重物的单个朝向和移动(例如，与光轴的移动平行的移动)，但应理解的是配重物可以沿着任何方向或朝向移动，如之前所描述的(例如，沿着光轴、垂直于光轴、以旋转方式绕着轴线、与光轴成角度等)。
替代地或此外，一个或多个配重物514可以联接到载体上。变焦镜头(例如，一个或多个镜头元件)可以在第一位置联接到载体上(例如，经由成像装置的壳体)并且一个或多个配重物可以在第二位置联接到载体上。所述一个或多个配重物可以对应于变焦镜头的移动而移动以便保持包括成像装置和载体的成像系统的稳定性。例如，一个或多个配重物的移动可以与变焦镜头的移动相对应，并且可以保持成像系统(例如，包括成像装置和载体)的重心516。尽管图示了配重物514的一个可能的位置，但应理解的是，所述配重物可以位于其他地方(例如，在载体顶部、侧面、后面、前面、下方、在载体上的其他地方、包含在载体内等)。而且，尽管图示了配重物的单个朝向和移动(例如，沿着光轴)，但应理解的是，所述配重物可以沿着任何方向或朝向移动，如之前所描述(例如，平行于光轴、垂直于光轴、以旋转方式绕着轴线、与光轴成角度等)。
替代地或此外，一个或多个配重物518可以联接到可移动物体(例如，UAV)上。所述一个或多个配重物可以对应于变焦镜头的移动而移动以便保持包括成像装置、载体和UAV的成像系统的稳定性。例如，一个或多个配重物的移动可以与变焦镜头的移动相对应，并且可以保持成像系统(例如，包括成像装置、载体和可移动物体)的重心520。尽管图示了配重物518的一个可能的位置，但应理解的是所述配重物可以位于其他地方(例如，在UAV顶部、侧面、后面、前面、下方、在UAV上的其他地方、包含在UAV内等)。而且，尽管图示了所述配重物的单个朝向和移动(例如，平行于所述光轴)，但应理解的是，所述配重物可以沿着任何方向或朝向移动，如之前所描述(例如，沿着光轴、垂直于光轴、以旋转方式绕着轴线、与光轴成角度等)。
图6图示了根据实施方式的成像系统的附加部件。所述成像系统可以包括光可以通过其进入的孔。光可以通过所述成像系统上的单个孔601进入。在一些实施方式中，光可以通过多个孔(如两个、三个、四个、五个或更多孔)进入。
光可以由镜头模块604聚焦(例如，之前在本文中所描述)并且引导到传感器606，从而生成图像数据(例如，与环境有关)。环境(例如，成像系统附近或周围)的图像可以由成像系统捕捉。所述成像系统可以连续地捕捉图像。所述成像系统可以用指定的频率捕捉图像以便随时间产生一系列图像数据。可以用足够高的频率捕捉图像以便提供视频速率捕捉。可以用至少10Hz、20Hz、30Hz、40Hz、50Hz、60Hz、70Hz、80Hz、90Hz、100Hz、120Hz、150Hz、200Hz、250Hz或300Hz的速率捕捉图像。
所述成像系统可以包括光轴。在一些情形下，成像系统可以包括单条光轴。光轴可以指代镜头模块中可沿着其具有某种旋转对称性程度的线。光轴可以由光沿着其传播通过镜头模块的线定义。光轴可以穿过镜头模块的中心。例如，线602可以定义成像系统或镜头模块的光轴。
成像系统可以包括镜头模块和传感器(例如，图像传感器)。镜头模块可以将光引导到图像传感器。图像传感器可以捕捉所引导的光。镜头模块可以包括被配置成移动的一个或多个镜头元件。所述镜头模块可以包括变焦镜头。在一些情形下，所述镜头模块可以包括被配置成用于接纳一个或多个镜头的镜筒。所述镜筒可以容纳所述一个或多个镜头。在一些情形下，所述镜筒可以用于通过调节一个或多个镜头之间的距离来调节镜头模块的焦距。在一些情形下，镜筒可以另外用于移动一个或多个配重物608。镜头可以被配置成用于将光引导至图像传感器。可选地，可以提供其他光学元件(如反射镜、滤光器、光栅、附加镜头或二向色镜)，这些光学元件可以协助将光引导至图像传感器。
所述镜头模块可以具有对应的焦距范围。焦距范围可以包括落入所述范围的下限和上限内的多个焦距。镜头的焦距可以测量镜头使光会聚或发散的强度。光学镜头的焦距可以指代初始准直光线会聚到焦点所经过的距离。
所述镜头模块可以包括多个定焦镜头和/或变焦镜头。定焦镜头可以具有固定的单焦距。定焦镜头可以指代不移动的固定镜头。变焦镜头可具有可以变焦距，并且焦距可以包含多个焦距(例如，焦距范围)。变焦镜头可以包括多个不同组镜头，例如，聚焦组、主组、补偿器组、变化器组等。在一些情形下，贯穿本文所提及的一个或多个配重物可以可操作地联接到镜头模块内的指定组上。光学变焦镜头可以通过一组内部镜头元件的相对移动来改变焦距。
在一些情形下，针对适合于所述镜头模块的变焦镜头的焦距范围的下限可以小于或等于1mm、2mm、4mm、6mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、105mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、220mm、240mm、260mm、280mm、300mm、320mm、340mm、360mm、380mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、650mm、700mm、750mm、800mm、850mm、900mm、950mm、1000mm或1150mm。可选地，针对适合于所述镜头模块的变焦镜头的焦距范围的下限可以大于或等于本文中所描述的任何值。针对适合于所述镜头模块的变焦镜头的焦距范围的下限可以具有落入本文中所描述的值中的任意两个值之间的范围内的值。
在一些情形下，针对适合于所述镜头模块的变焦镜头的焦距范围的上限可以小于或等于2mm、4mm、6mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm、85mm、90mm、95mm、100mm、105mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm、200mm、220mm、240mm、260mm、280mm、300mm、320mm、340mm、360mm、380mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、650mm、700mm、750mm、800mm、850mm、900mm、950mm、1000mm、1150mm或2000mm。可选地，针对适合于所述镜头模块的变焦镜头的焦距范围的上限可以大于或等于本文中所描述的任何值。针对适合于所述镜头模块的变焦镜头的焦距范围的上限可以具有落入本文中所描述的值中的任意两个值之间的范围内的值。
变焦比是变焦型成像系统(如变焦相机)的最长焦距与最短焦距之比。例如，焦距范围从100mm到400mm的变焦镜头可以被描述为4∶1或“4×”变焦。光学模块的变焦比越大，远距物体可以被显示在所捕捉的图像上就越大。在一些情形下，变焦镜头的变焦比可以高于1×、1.5×、2×、2.5×、3×、3.5×、4×、4.5×、5×、5.5×、6×、6.5×、7×、7.5×、8×、8.5×、9×、9.5×、10×、11×、12×、13×、14×、15×、16×、17×、18×、19×、20、30×、40×、50×、60×、70×、80×、100×、120×、140×、160×、180×、200×、250×、300×、350×、400×、450×、500×、600×、700×、800×或1000×。可选地，变焦镜头的变焦比可以高于或等于本文中所描述的任何值。变焦镜头的变焦比可以具有落入本文中所描述的值中的任意两个值之间的范围内的值。
所述镜头模块可以放大图像。图7图示了垂直轴线上的放大率。线段AB垂直于镜头704的光轴702。线段CD是AB的图像。垂直轴线上的放大率是图像CD的大小与物体AB的大小之比，例如CD/AB。
图8图示了成像原理。如果镜头802在与位置A1处的物体相对应的位置A2处形成图像，则可以在与位置B1处的物体相对应的位置B2处形成图像。成像原理可以由以下等式指示：
Figure BDA0001599904720000211
式中，o是从镜头到物体的距离，i等于从镜头到所形成的图像的距离，并且f是镜头的焦距。成像原理可以指示物体离镜头越近，图像就形成得离镜头越远。成像原理可以指示物体离镜头越远，图像就形成得离所述镜头越近。图9图示了物像交换原理。物像交换原理指示如果镜头902在位置A2处从位于位置A1处(如参考号904所示)的物体形成图像，则所述镜头可以在位置A1处从位于位置A2处(如参考号906所示)的物体形成图像。相应地，物像交换原理指示可以调换和/或交换物体的位置和镜头所形成的所述物体的图像。
图10图示了具有光轴1002的变焦镜头系统。在变焦镜头系统中，可以通过移动变焦镜头组的位置来实现变焦。位置1可以指代前部固定镜头组的位置。距离h可以是已知的(例如，镜头的1/2直径)。位置2可以指代变焦镜头组的一个可能位置并且可以是参考位置。位置3可以指代变焦镜头组的另一个可能位置(例如，变焦镜头组已经移动)并且可以是期望位置(例如，期望焦距)。位置2和位置3可以满足“物像交换原理”。所述前部固定镜头组的焦距可以是已知的并且可以通过以下等式定义：(1)f1＝h/tan(a1)。此外，在位置1处的前部固定镜头组和在位置2处的变焦镜头组的合成焦距可以由以下等式定义：(2)f12＝h/tan(a2)。因此，f12＝(h/tan(a1))*(tan(a1)/tan(a2))，或f12＝f1*b1，其中b1是在位置2处的变焦镜头组的垂直轴线上的放大率。类似地，可以根据以下等式计算在位置1处的前部固定镜头组和在位置3处的变焦镜头组的合成焦距：f13＝h/tan(a3)＝(h/tan(a1))*(tan(a1)/tan(a3))＝f1*b2，其中b2是在位置3处的变焦镜头组的垂直轴线上的放大率。因此，当变焦镜头组从位置2移动到位置3时的焦距变化比率是：M＝f12/f13＝(f1*b1)/(f1*b2)＝b1/b2。假设位置2和位置3满足“物像交换原理”，在位置3处的变焦镜头组的垂直轴线上的放大率可以等于并且1/b1，并且当变焦镜头组从位置2移动到位置3时的焦距变化比率是：M＝f12/f13＝(f1*b1)/(f1/b1)＝b1*b1。
在变焦过程中，镜头内部的“对焦电机”可以被移动以便确保所捕捉的图像的清晰度。可以通过获得变焦电机的位置和对焦电机的位置并且在工厂校准的查找表中进行查找来确定对焦电机的目标位置。
成像系统的每一个光学模块可以包括图像传感器。本文中所使用的图像传感器还以可被称为传感器。可以将通过镜头聚焦的光引导到光学模块的图像传感器上。图像传感器可以距离镜头模块预定距离。例如，从图像传感器到镜头模块的距离可以对应于镜头模块的焦距。在一些情形下，图像传感器到镜头模块可以具有可变距离(例如，变焦镜头)。图像传感器可以被定位成使得所捕捉的图像的焦平面与图像传感器平面共面。
图像传感器可以指将光学信息(例如，冲击传感器表面的光可包括光学信息)转换为数字信息(例如，电信号)的装置。将光学信息转换为数字信息本文中可以被称为捕捉图像(例如，图像数据)。图像传感器可以检测并传送构成图像的信息。图像传感器可以是电荷耦合装置(CCD)类型、互补金属氧化物半导体(CMOS)类型、N型金属氧化物半导体(NMOS)类型或背照式CMOS(BSI-CMOS)类型。成像系统的每一个光学模块可以具有相同类型的图像传感器或不同类型的图像传感器。所述图像传感器可以具有设定数量的像素。例如，图像传感器可以具有约1、2、3、4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、50、60、70、80、90或100百万像素。图像传感器中的像素的数量可以确定所生成的图像的物理大小。
所述成像系统可以具有与其相关联的视野(FOV)。FOV可以指代在空间中的特定位置和朝向的成像系统上可见的世界的一部分。当拍摄图像时在FOV之外的物体可能不被记录在照片中。FOV还可以被表达为视锥的角大小，或者表示为视角。光学模块的FOV可以取决于传感器大小和焦距。对于光学镜头，可以根据FOV α＝2arctan(d/2f)计算视野角α，其中d是图像传感器大小，并且f是镜头的焦距。
对于具有固定大小的图像传感器，变焦镜头(例如，镜头模块、光学模块)可以具有可变的FOV角范围并且FOV角范围可以包含多个FOV角。FOV可以依赖于光学模块的一个或多个镜头或其他光学元件(例如，传感器)。
在一些情形下，针对变焦镜头的FOV角范围的下限可以小于或等于约170°、169°、165°、160°、155°、150°、145°、140°、135°、130°、125°、120°、115°、110°、105°、100°、95°、90°、85°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10°、5°、3°、2°或1°。可选地，变焦镜头的FOV角范围的下限可以大于或等于本文中所描述的任何值。在一些情形下，变焦镜头的FOV角范围的下限可以具有落入本文中所描述的值中的任意两个之间的范围内的值。
在一些情形下，变焦镜头的FOV角范围的上限可以小于或等于约170°、169°、165°、160°、155°、150°、145°、140°、135°、130°、125°、120°、115°、110°、105°、100°、95°、90°、85°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10°、5°、3°、2°或1°。可选地，变焦镜头的FOV角范围的上限可以大于或等于本文中所描述的任何值。变焦镜头的FOV角范围的上限可以具有落入本文中所描述的值中的任意两个之间的范围内的值。
所述成像系统可以进一步包括图像处理器，所述图像处理器被配置成用于：(1)从传感器接收图像数据并且(2)生成数据以便显示使用镜头模块和/或这些传感器所捕捉的至少一张图像。在一些实施方式中，所述图像处理器可以设置在可移动物体(如UAV或移动电话)上。在一些实施方式中，图像处理器可以被设置在可移动物体的成像系统(例如，相机)上。图像处理器可以在成像系统的壳体之内或之外。在一些情形下，图像处理器可以被设置在可移动物体的成像系统自身外。图像处理器可以设置在以下进一步描述的载体(如云台)上。替代地，图像处理器可以被设置为远离可移动物体。例如，图像处理器可以被设置于遥控器(例如，手机、PDA等)、服务器、地面站(例如，台式计算机、膝上型计算机、充电站等)或基于云的基础设施上。可以将来自一个或多个光学模块的信息无线地传输至图像处理器。替代地，可以通过物理连接将来自这些光学模块的信息提供给图像处理器。可以由中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)来实现图像处理器。本文中对处理器的任何描述都可以应用于可以独立地或共同地执行针对图像处理器所描述的任何功能的一个或多个处理器。图像处理器可包括单个或多个处理器。图像处理器可能能够根据包括用于执行一个或多个步骤的代码、逻辑或指令的非瞬态计算机可读介质执行一个或多个步骤。可以提供多个存储器储存单元，这些存储器储存单元可包括非瞬态计算机可读介质。
在一些情形下，图像处理器可以接收期望FOV(例如，期望焦距、期望放大率、期望变焦、期望方向等)。可以例如从用户那里接收所述期望FOV。例如，可以通过远程终端从用户那里接收期望FOV的指令。用户可以通过操作在远程终端上所设置的按钮或者通过触摸在远程终端的屏幕上所显示的软按钮来选择期望FOV并发送FOV的指令。在一些情形下，用户可以观察显示器，所述显示器(例如，实时地)示出了有待被成像系统捕捉的环境。用户可以增大或减小有待被成像系统捕捉的环境在显示器中的FOV(例如，焦距、变焦比等)(例如，通过触摸屏界面、物理按钮等)。一旦用户确认了有待被成像系统捕捉的FOV(例如，通过按动显示屏幕或按钮)，就可以由图像处理器来接收期望FOV。
在一些情形下，可以通过一个或多个处理器来确定期望FOV。在一些情形下，所述一个或多个处理器可以确定期望FOV(例如，通过分析有待捕捉的环境的图像)。所述一个或多个处理器可以自动确定期望FOV，而无需任何人工输入。在一些情形下，所述一个或多个处理器可以例如根据用户预先输入的设定准则来半自动地确定期望FOV。在一些情形下，所述一个或多个处理器可以确定或控制多个外部因素，以便影响有待捕捉的图像的FOV。例如，所述一个或多个处理器可以影响与成像系统相联接的载体(例如，云台)或可移动物体(例如，UAV)的方向或朝向。
图11图示了根据实施方式的变焦控制传输的框图。在一些情形下，一旦用户在用户界面A上确认有待由成像系统捕捉的FOV(例如，通过按下显示屏或按钮)，就可以从所述用户界面向数据传输系统B的地面终端传输控制信号。在一些情形下，可以通过有线通信(例如，USB)从用户界面向地面终端传输控制信号。在一些情形下，可以通过无线通信从用户界面向地面终端传输控制信号。在一些情形下，所述用户界面和所述地面终端可以集成为一体。
之后，地面终端(例如，远程终端)可以经由上行链路(例如，无线链路)向模块C传输控制信号。成像系统与远程终端之间的无线链路可以是RF(射频)链路、WiFi链路、蓝牙链路、3G链路或LTE链路。所述无线链路可以用于在长距离内传输控制数据。例如，可以在等于或大于约5m、10m、15m、20m、25m、50m、100m、150m、200m、250m、300m、400m、500m、750m、1000m、1250m、1500m、1750m、2000m、2500m、3000m、3500m、4000m、4500m、5000m、6000m、7000m、8000m、9000m或10000m的距离内使用所述无线链路。控制信号可以被直接上行传输到模块C。模块C可以是成像系统的部件(例如，位于成像装置上的接收器)。控制信号可以被发送至成像系统的接收器。所述成像系统可以包括一个或多个接收器。例如，成像装置可以包括接收器。替代地或此外，接收器可以位于其他地方，例如，位于载体上、位于可移动物体上等。
所述一个或多个接收器可以被配置成用于接收这些控制信号。控制信号可以被进一步转发(例如，传输)到其他地方。例如，控制信号可以被传输到成像系统的一个或多个电机。所述一个或多个电机可以被配置成用于控制成像系统的部件(例如，变焦镜头)。控制信号可以被配置成用于控制成像系统的一个或多个可移动镜头元件(例如，镜头模块)的移动。例如，控制信号可以包括致动电机的移动的指令(例如，信号)。所述电机可以如之前在本文中所描述的那样联接到镜头模块并且驱动一个或多个镜头元件的移动。相应地，可以经由光学变焦系统远离远程终端改变成像系统的焦距(例如，通过移动一个或多个镜头元件、或通过变焦镜头)。经由无线链路控制镜头模块的移动使得能够在远距离内进行光学变焦，传统上这在经由红外信号使用光学变焦的系统中是受阻碍的。而且，针对光学变焦的控制信号的直接传输可以消除实现UAV系统中的光学变焦传统上所需要的不必要的部件，例如，镜头上的控制环，以便调整镜头的环的焦点。
在一些情形下，这些控制信号可以被配置成用于控制一个或多个配重物的移动。例如，联接到镜头模块的电机还可以联接到一个或多个配重物上。电机的移动可以驱动一个或多个镜头元件在一个方向上的移动并且驱动一个或多个配重物在相反方向上的移动。
在一些情形下，可以在两个或更多个接收器处接收控制信号。例如，成像装置可以包括接收器，并且成像装置联接到其上的可移动物体可以包括接收器。由这些不同接收器中的每一个接收器所接收的控制信号可以致动不同电机的移动。例如，由成像装置的接收器所接收的控制信号可以致动联接到(例如，所述成像装置的)镜头模块上的电机的移动，而由可移动物体的接收器所接收的控制信号可以致动联接到一个或多个配重物上的电机的移动，所述一个或多个配重物联接到载体或可移动物体上。
成像系统所捕捉的图像可以显示在显示器上。这些图像可以实时显示在显示器上。所述显示器可以是适于显示图像或视频的装置，例如，LCD(液晶显示器)、CRT(阴极射线管)、OLED(有机发光二极管)或者等离子体。所述显示器可以基于图像处理器所生成的图像数据来显示图像。在一些实施方式中，所述显示器可以是成像系统的本地显示装置。在一些情形下，所述显示器可以设置在承载有成像系统的可移动物体或固定物体上。在一些情形下，所述显示器可以设置在移动装置上，如手机、PDA、平板计算机或控制器。替代地，所述显示器可以是远离成像系统的显示装置。在一些情形下，所述显示器可以是通过无线链路从成像系统接收图像数据的远程终端，如智能手机、平板计算机、膝上型计算机或个人计算机。成像系统与显示器之间的无线链路可以是RF(射频)链路、Wi-Fi链路、蓝牙链路、3G链路或LTE链路。
所述显示器还可以充当用于接收用户的关于(例如，有待被捕捉或生成的)图像的指令的输入装置。在一些情形下，所述显示器可以是交互式屏幕，通过所述交互式屏幕用户可以选择有待显示在显示器上的环境的期望焦距、期望放大率、期望视野等。所述显示器可以是触摸屏。替代地，用户可以使用任何用户交互式装置(如鼠标、键盘、操纵杆、轨迹球、触摸板或麦克风)与显示器进行交互。
在一些情形下，用户可以选择有待在显示器中显示的FOV。例如，用户可以选择有待在显示器中显示的较宽或较窄的FOV。例如，用户可以通过在控制器上的输入(例如，物理按钮或通过触摸屏输入)放大或缩小在显示器中所显示的图像。在一些情形下，用户可以通过在控制器上的输入来调节显示器中所显示的FOV。例如，用户可以调节FOV，从而使得通过控制器上的物理按钮或者通过在触摸屏上的输入来平移(例如，上、下、左、右)和/或旋转FOV。在一些情形下，用户可以选择(例如，通过在触摸屏上的输入)显示器内所显示的一个点、一部分或物体。例如，用户可以用手指轻触显示器中所显示的所述点、所述部分或物体。可以对显示器中所显示的图像进行重新定中心，从而使得用户所选择的点、部分或物体可以在这种选择之后位于显示器的中心。在重新定中心之后，显示器中所显示的图像可以(再次)包括由多个融合部分组成的内部FOV以及由经缩放的图像组成的外部FOV。例如，可以以高质量并且不失稳定性地显示所选择的点、部分或物体。
上文描述的系统和方法可以准许用户保持成像系统的稳定性，所述稳定性对于一般拍摄和/或UAV操作而言是有用的。保持稳定性对于采集高质量的流畅图像和/或对于资源的最佳使用而言可能是期望的。对稳定性的需要可能在涉及使用从地面离地的UAV的应用中是特别期望的，因为缺少固体支撑的UAV可能容易地受环境或状态变化的影响。
例如，对于与包括光学变焦系统(例如，变焦镜头)的成像装置联接的UAV，重且大的变焦镜头的移动可能改变(例如，成像装置的、UAV等的)重心，这可能无意地改变成像装置的视野和/或改变UAV的飞行路径。在一些情形下，变焦镜头的移动可以提示来自载体(例如，云台)的、导致资源浪费(例如，能量、电池等)的响应以及不能在变焦操作期间采集流畅图像。
在一些情形下，配重物可以设置在成像系统自身上，这些配重物可以对应于一个或多个可移动镜头元件的移动而移动。这些配重物可保持成像系统的重心并且使得能够采集高质量的、流畅的、稳定的图像，同时改善成像系统的总体性能。尽管已经主要关于可移动镜头元件描述了配重物，但应当理解的是，配重物可以可操作地联接到成像系统的任何可移动部件上。例如，如果成像系统包括能够进行平移移动的载体，那么所述载体可以与被配置成用于保持成像系统的稳定性(例如，重心)的一个或多个配重物联接。借助于一个或多个配重物，贯穿本文所描述的成像系统可以在用于保持成像系统的稳定性和/或捕捉稳定图像的各种方法中使用。
在以上所讨论的实施方式中，本发明的成像系统可以捕捉并显示图像。然而，所述成像系统还可以用于捕捉并显示视频。
本文所描述的系统、装置和方法可以应用于各种各样的物体，包括可移动物体和固定物体。如之前所提到，本文对飞行器(如UAV)的任何描述都可以应用于和用于任何可移动物体。本文中对飞行器的任何描述可以专用于UAV。本发明的可移动物体可以被配置成用于在任何合适的环境内移动，如在空中(例如，固定翼飞行器、旋转翼飞行器或者既不具有固定翼也不具有旋翼的飞行器)、在水中(例如，船舶或潜艇)、在地面上(例如，机动车辆，诸如汽车、卡车、公交车、厢式货车、摩托车、自行车；可移动结构或框架，如棒状物、钓鱼竿；或火车)、在地下(例如，地铁)、在太空(例如，航天飞机、卫星或探测器)，或者这些环境的任意组合。可移动物体可以是载运工具，如本文其他地方所描述的载运工具。在一些实施方式中，可移动物体可以由生物(例如，人或动物)携带或从生物上起飞。合适的动物可包括禽类、犬科动物、猫科动物、马科动物、牛科动物、羊科动物、猪科动物、海豚类动物、啮齿动物或昆虫。
可移动物体可能能够在环境内关于六个自由度(例如，三个平移自由度和三个旋转自由度)自由移动。替代地，可移动物体的移动可以关于一个或多个自由度受到限制，如受到预定路径、轨道或朝向的限制。可以通过任何合适的致动机构(如引擎或电机)来致动所述移动。可移动物体的致动机构可以由任何合适的能源提供动力，如电能、磁能、太阳能、风能、重力能、化学能、核能或它们的任何合适的组合。如本文中其他地方所描述，可移动物体可以经由推进系统来自推进。所述推进系统可以可选地依靠能源运行，如电能、磁能、太阳能、风能、重力能、化学能、核能或上述能源的任何合适的组合。替代地，所述可移动物体可以由生物携带。
在一些情形下，可移动物体可以是飞行器。例如，飞行器可以是固定翼飞行器(例如，飞机、滑翔机)、旋转翼飞行器(例如，直升飞机、旋翼机)、具有固定翼和旋转翼二者的飞行器、或既无固定翼也无旋转翼的飞行器(例如，飞艇、热气球)。飞行器可以是自推进式的，如通过空气自推进。自推进飞行器可以利用推进系统，如包括一个或者多个引擎、电机、轮子、轮轴、磁体、旋翼、螺旋桨、桨叶、喷嘴或者其任何合适的组合的推进系统。在一些情形下，所述推进系统可以用来使得可移动物体能够从表面起飞、在表面上着陆、维持其当前位置和/或朝向(例如，悬停)、改变朝向和/或改变位置。
所述可移动物体可以由用户远程控制或者由可移动物体之内或其上的乘员本地控制。可以通过单独的载运工具内的乘员来远程地控制可移动物体。在一些实施方式中，所述可移动物体为无人的可移动物体，如UAV。无人可移动物体(如UAV)可以不具有在可移动物体上的乘员。可移动物体可以由人类或自主式控制系统(例如，计算机控制系统)或其任何合适的组合来控制。所述可移动物体可以是自主式或者半自主式机器人，如配置有人工智能的机器人。
所述可移动物体可以具有任何合适的大小和/或尺寸。在一些实施方式中，可移动物体可以具有使人类乘客在载运工具之内或之上的大小和/或尺寸。替代地，可移动物体可以具有小于能够在载运工具内或上容纳人类乘员的大小和/或尺寸。所述可移动物体可以具有适合于被人提升或搬运的大小和/或尺寸。替代地，所述可移动物体可以大于适合于被人举起或搬运的大小和/或尺寸。在一些情形下，所述可移动物体可以具有小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m的最大尺寸(例如，长度、宽度、高度、直径、对角线)。所述最大尺寸可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。例如，可移动物体的相对旋翼的轴之间的距离可以小于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。替代地，相对旋翼的轴之间的距离可以大于或等于约：2cm、5cm、10cm、50cm、1m、2m、5m或10m。
在一些实施方式中，可移动物体可以具有小于100cm×100cm×100cm、小于50cm×50cm×30cm、或小于5cm×5cm×3cm的体积。所述可移动物体的总体积可以小于或等于约：1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3或10m3。相反地，所述可移动物体的总体积可以大于或等于约：1cm3、2cm3、5cm3、10cm3、20cm3、30cm3、40cm3、50cm3、60cm3、70cm3、80cm3、90cm3、100cm3、150cm3、200cm3、300cm3、500cm3、750cm3、1000cm3、5000cm3、10,000cm3、100,000cm3、1m3或10m3。
在一些实施方式中，所述可移动物体可以具有小于或等于约：32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2的占地面积(其可以指代由可移动物体所涵盖的横向截面积)。相反地，占地面积可以大于或等于约：32,000cm2、20,000cm2、10,000cm2、1,000cm2、500cm2、100cm2、50cm2、10cm2或5cm2。
在一些情形下，所述可移动物体可以重不超过1000kg。所述可移动物体的重量可以小于或等于约：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。相反地，所述重量可以大于或等于约：1000kg、750kg、500kg、200kg、150kg、100kg、80kg、70kg、60kg、50kg、45kg、40kg、35kg、30kg、25kg、20kg、15kg、12kg、10kg、9kg、8kg、7kg、6kg、5kg、4kg、3kg、2kg、1kg、0.5kg、0.1kg、0.05kg或0.01kg。
在一些实施方式中，可移动物体可以相对于可移动物体所承载的载荷而言是小的。如本文中其他地方更详细描述，载荷可以包括有效载荷和/或载体。在一些示例中，可移动物体重量与载荷重量之比可以大于、小于或等于约1∶1。在一些情形下，可移动物体重量与载荷重量之比可以大于、小于或等于约1∶1。可选地，载体重量与载荷重量之比可以大于、小于或等于约1∶1。当期望时，可移动物体重量与载荷重量之比可以大于、小于或等于：1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶10或者甚至更小。相反地，可移动物体重量与载荷重量之比还可以大于或等于：2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、10∶1或者甚至更大。
在一些实施方式中，可移动物体可能具有低能耗。例如，可移动物体可以使用小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更少。在一些情形下，可移动物体的载体可能具有低能耗。例如，载体可以使用小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更少。可选地，可移动物体的有效载荷可能具有低能耗，如小于约：5W/h、4W/h、3W/h、2W/h、1W/h或更少。
图12图示了根据本发明的实施方式的无人飞行器(UAV)1200。UAV可以是如本文所描述的可移动物体的示例，对电池组件进行放电的方法和设备可以应用于所述UAV。UAV1200可以包括具有四个旋翼1202、1204、1206和1208的推进系统。可以提供任意数量的旋翼(例如，一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多)。无人飞行器的这些旋翼、旋翼组件或者其他推进系统可以使无人飞行器能够悬停/维持位置、改变朝向和/或改变位置。相对旋翼的轴之间的距离可以是任意适合的长度1210。例如，长度1210可以小于或等于2m或小于或等于5m。在一些实施方式中，长度1210可以在40cm到1m、10cm到2m、或5cm到5m的范围内。本文中任何对UAV的描述都可以应用于可移动物体，如不同类型的可移动物体，并且反之亦然。UAV可以使用本文中所描述的辅助起飞系统或方法。
在一些实施方式中，所述可移动物体可以被配置成携带载荷。载荷可以包括乘客、货物、设备、仪器等中的一项或多项。所述载荷可以设置在壳体内。壳体可以是与可移动物体的壳体分开的，或者是可移动物体壳体的一部分。替代地，载荷可以配备有壳体而可移动物体不具有壳体。替代地，载荷的多个部分或整个载荷可以不配备壳体。载荷可以是相对于可移动物体刚性固定的。可选地，载荷可以是可相对于可移动物体移动的(例如，可相对于可移动物体平移或旋转)。如本文中其他地方所描述，载荷可以包括有效载荷和/或载体。
在一些实施方式中，可移动物体、载体和有效载荷相对于固定的参照系(例如，周围环境)和/或相对于彼此的移动可以由终端来控制。所述终端可以是位于远离可移动物体、载体和/或有效载荷的位置处的遥控装置。所述终端可以安置在或附装到支撑平台上。替代地，所述终端可以是手持式或可穿戴式装置。例如，所述终端可以包括智能手机、平板计算机、膝上计算机、计算机、眼镜、手套、头盔、麦克风或其合适的组合。所述终端可以包括用户界面，如键盘、鼠标、操纵杆、触屏或显示器。可以使用任意适合的用户输入来与所述终端进行交互，如手动输入的命令、语音控制、手势控制或位置控制(例如，通过所述终端的移动、位置或倾斜)。
所述终端可以用于控制可移动物体、载体和/或有效载荷的任何合适的状态。例如，所述终端可用于控制可移动物体、载体和/或有效载荷相对于固定参照系从和/或到彼此的位置和/或朝向。在一些实施方式中，所述终端可以用于控制可移动物体、载体和/或有效载荷的单独元件，如载体的致动组件、有效载荷的传感器或有效载荷的发射体。所述终端可以包括被适配为用于与可移动物体、载体或有效载荷中的一个或多个进行通信的无线通信装置。
所述终端可以包括用于观看可移动物体、载体和/或有效载荷的信息的合适的显示单元。例如，所述终端可以被配置成显示可移动物体、载体和/或有效载荷关于位置、平移速度、平移加速度、朝向、角速度、角加速度或其任意适合组合的信息。在一些实施方式中，所述终端可以显示有效载荷所提供的信息，如功能性有效载荷所提供的数据(例如，相机或其他图像捕捉装置所记录的图像)。
可选地，同一终端可以既控制可移动物体、载体和/或有效载荷，或者可移动物体、载体和/或有效载荷的状态，又接收和/或显示来自可移动物体、载体和/或有效载荷的信息。例如，终端可以控制有效载荷相对于环境的定位，同时显示由有效载荷所捕捉的图像数据或关于有效载荷位置的信息。替代地，可以为不同的功能使用不同的终端。例如，第一终端可以控制可移动物体、载体和/或有效载荷的移动或状态，而第二终端可以接收和/或显示来自可移动物体、载体和/或有效载荷的信息。例如，第一终端可以用于控制有效载荷相对于环境的定位，而第二终端显示有效载荷所捕捉的图像数据。可以在可移动物体与既控制可移动物体又接收数据的集成终端之间、或者在可移动物体与既控制可移动物体又接收数据的多个终端之间利用各种通信模式。例如，可以在可移动物体与既控制可移动物体又接收来自可移动物体的数据的终端之间形成至少两种不同的通信模式。
在一些实施方式中，UAV可以包括一个或多个视觉传感器，本文中又称作“成像装置”。虽然本文中许多实施方式被描述为将一个成像装置联接至UAV上，但应但理解的是，可以将任意数量的成像装置联接至UAV上，例如一个、两个、三个、四个、五个或更多成像装置。成像装置可以被配置成用于检测电磁辐射(例如，可见光、红外光和/或紫外光)并基于检测到的电磁辐射生成图像数据。例如，成像装置可以包括响应于光波长而生成电信号的电荷耦合装置(CCD)传感器或互补型金属氧化物半导体(CMOS)传感器。所生成的电信号可以被处理以产生图像数据。由成像装置生成的图像数据可以包括一张或多张图像，所述一张或多张图像可以是静态图像(例如，照片)、动态图像(例如，视频)或其合适的组合。所述图像数据可以是多色的(例如，RGB、CMYK、HSV)或单色的(例如，灰度、黑白、棕色)。
在一些实施方式中，所述成像装置可以是相机。相机可以是捕捉动态图像数据(例如，视频)的电影摄影机或摄像机。相机可以是捕捉静态图像(例如，照片)的静物相机。相机可以是双目相机。如本文所使用的双目相机可以指代立体或立体视觉相机。立体相机可以包括两个相机。相机可以是单目相机。尽管本文所提供的某些实施方式是在相机的背景下进行描述的，但应理解的是，本公开可以应用于任何合适的成像装置。本文中任何与相机相关的描述还可以应用于任何合适的成像装置或其他类型的成像装置。相机可以用于生成3D场景(例如，环境、一个或多个物体等)的2D图像。相机所生成的图像可以表示3D场景到2D图像平面上的投影。相应地，所述2D图像中的每个点与场景中的3D空间坐标相对应。所述相机可以包括光学元件(例如，镜头、反光镜、滤光器等)。所述相机可以捕捉彩色图像、灰度图像、红外图像等等。
所述成像装置可以具有可调参数。在参数不同的情况下，尽管经受相同的外部条件(例如，位置、光照)，成像装置捕捉的图像也可以不同。可调参数可以包括曝光(例如，曝光时间、快门速度、光圈、胶片速度)、增益、提亮系数(gamma)、兴趣区、像素合并/子采样、像素时钟、偏移、触发、ISO等。与曝光相关的参数可以控制到达成像装置中的图像传感器的光量。例如，快门速度可以控制光到达图像传感器的时间量，而光圈可以控制在给定时间内到达图像传感器的光量。与增益相关的参数可以控制对来自光学传感器的信号的放大。ISO可以控制相机对可用光的灵敏度水平。控制曝光和增益的参数在本文中可以统一考虑并且被称作EXPO。
成像装置可以按特定图像分辨率捕捉图像或图像序列。在一些实施方式中，图像分辨率可以由图像中的像素数目所限定。在一些实施方式中，图像分辨率可以大于或等于约352×420像素、480×320像素、720×480像素、1280×720像素、1440×1080像素、1920×1080像素、2048×1080像素、3840×2160像素、4096×2160像素、7680×4320像素或15360×8640像素。相机可以是4K相机或者具有更高分辨率的相机。
所述成像装置可以具有可调参数。在参数不同的情况下，尽管经受相同的外部条件(例如，位置、光照)，成像装置捕捉的图像也可以不同。可调参数可以包括曝光(例如，曝光时间、快门速度、光圈、胶片速度)、增益、提亮系数、兴趣区、像素合并/子采样、像素时钟、偏移、触发、ISO等。与曝光相关的参数可以控制到达成像装置中的图像传感器的光量。例如，快门速度可以控制光到达图像传感器的时间量，而光圈可以控制在给定时间内到达图像传感器的光量。与增益相关的参数可以控制对来自光学传感器的信号的放大。ISO可以控制相机对可用光的灵敏度水平。控制曝光和增益的参数在本文中可以统一被考虑并且被称作EXPO。
这些成像装置可以各自具有视野。成像装置的视野可以是成像装置可检测(例如，可见的)的环境的范围。视野可以与视角相关，所述视角可以是以由成像装置所成像的给定场景的角度范围测量的。成像装置的视角可以成小于或等于约360°、300°、240°、180°、150°、120°、90°、60°、30°、20°或10°的角度。视野可以用成像装置与可移动物体的相对方向来描述。例如，视野可以是相对于可移动物体(例如，UAV)竖直地、水平地、向上地、向下地、侧向地等朝向。成像装置可以各自具有光轴。成像装置的光轴又可以称作“主轴”，所述主轴可以是成像装置中沿其具有一定程度的旋转对称性的线。在一些实施方式中，成像装置的光轴穿过成像装置的光学部件(如，镜头、光传感器)的中心。
本公开的成像装置可以位于可移动物体的任何合适部分上，如在可移动物体的本体上方、下面、侧面上或者内部。一些成像装置可以机械地联接至UAV，从而使得可移动物体的空间布局和/或运动对应于成像装置的空间布局和/或运动。成像装置可以通过刚性联接而联接至可移动物体，从而使得成像装置相对于其所附着的可移动物体的部分不移动。替代地，成像装置与可移动物体之间的联接可以允许成像装置相对于可移动物体移动(例如，相对于UAV平移移动或旋转移动)。例如，成像装置与可移动物体之间通过载体(如云台)的联接可以允许成像装置相对于可移动物体移动。成像装置相对于可移动物体的移动可以是平移的(例如，竖直的、水平的)和/或旋转的(例如，围绕俯仰轴线、偏航轴线和/或横滚轴线)。成像装置相对于可移动物体的移动可以是预定的或已知的量。一个或多个传感器可以检测成像装置相对于载运工具的移动。成像装置相对于可移动物体的移动可以由用户输入远程地、自主地或半自主地控制。联接可以是永久性联接或者非永久性(例如，可释放的)联接。适合的联接方法可以包括粘合剂、粘接、焊接和/或紧固件(例如，螺钉、钉子、销等)。可选地，成像装置可以与可移动物体的一部分形成为一体。此外，如本文中所讨论的这些实施方式，成像装置可以与可移动物体的一部分(例如，处理单元、控制系统、数据储存器)电耦合，从而使成像装置收集的数据能够用于UAV的各种功能(例如，导航、控制、推进、与用户或者其他装置通信等)。成像装置可以与UAV的一部分可操作地耦合(例如，处理单元、控制系统、数据储存器)。
可以由成像装置捕捉一张或多张图像。可以由成像装置捕捉两张或更多图像的序列。例如，可以由成像装置捕捉约2、3、4、5、10、15、20、25、50、100、150、200或更多图像的序列。成像装置可以以特定捕捉速率捕捉图像序列。在一些实施方式中，可以以如约24p、25p、30p、48p、50p、60p、72p、90p、100p、120p、300p、50i或60i的标准视频帧速率捕捉图像序列。在一些实施方式中，可以以小于或等于约每0.0001秒、0.0002秒、0.0005秒、0.001秒、0.002秒、0.005秒、0.002秒、0.05秒、0.01秒、0.02秒、0.05秒、0.1秒、0.2秒、0.5秒、1秒、2秒、5秒或10秒一张图像的速率捕捉图像序列。在一些实施方式中，捕捉速率可以根据用户输入和/或外部条件(例如，被捕捉的雨、雪、风、环境纹理)而变化。
图13图示了根据本发明的实施方式的包括载体1302和有效载荷1304的可移动物体1300。尽管可移动物体1300被描绘为飞行器，但是这样的描述并不旨在进行限制，并且可以使用如本文中之前所描述的任何合适类型的可移动物体。本领域技术人员将认识到，本文中在飞行器系统的背景下所描述的任何实施方式都可以应用于任何适合的可移动物体(例如，UAV)。在一些情形下，有效载荷1304可以设置在可移动物体1300上而无需载体1302。可移动物体1300可以包括推进机构1306、感测系统1308和通信系统1310。
推进机构1306可以包括先前所描述的旋翼、推进器、桨叶、引擎、电机、轮子、轮轴、磁体或喷嘴中的一项或多项。可移动物体可以具有一个或多个、两个或更多个、三个或更多个、或四个或更多推进机构。这些推进机构可以全都是相同的类型。替代地，一个或多个推进机构可以是不同类型的推进机构。如本文中其他地方所描述，推进机构1306可以使用任何合适的方式(如，支持元件(例如，传动轴))来安装在可移动物体1300上。推进机构1306可以安装在可移动物体1300的任何合适部分上，如，上方、底部、前方、后方、侧方或其合适的组合。
在一些实施方式中，推进机构1306可以使可移动物体1300能够从表面竖直起飞或者竖直降落于表面上，而不需要可移动物体1300的任何水平移动(例如，无需在跑道上行进)。可选地，推进机构1306可以是可操作的以准许可移动物体1300在指定的位置和/或朝向悬停在空中。这些推进机构1306中的一个或多个推进机构可以独立于其他推进机构而受到控制。替代地，推进机构1306可以被配置成同时受到控制。例如，可移动物体1300可以具有多个水平朝向的旋翼，这些旋翼可以对可移动物体提供升力和/或推力。所述多个水平朝向的旋翼可以被致动以便为可移动物体1300提供垂直起飞、垂直降落和悬停能力。在一些实施方式中，这些水平朝向的旋翼中的一个或多个旋翼可以在顺时针方向上自旋，而水平朝向的旋翼中的一个或多个旋翼可以在逆时针方向上自旋。例如，顺时针旋翼的数量可以等于逆时针旋翼的数量。这些水平朝向的旋翼中的每一个的旋转速率可独立地改变以便控制每个旋翼所产生的升力和/或推力，并且由此调整可移动物体1300的空间布局、速度和/或加速度(例如，相对于高达三个平移度和高达三个旋转度)。
感测系统1308可以包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器可以感测可移动物体1300的空间布局、速度和/或加速度(例如，关于高达三个平移度和高达三个旋转度)。所述一个或多个传感器可以包括全球定位系统(GPS)传感器、运动传感器、惯性传感器、近距离传感器或图像传感器。感测系统1308所提供的感测数据可以用于控制可移动物体1300的空间布局、速度和/或朝向(例如，使用合适的处理单元和/或控制模块，如下所述)。替代地，感测系统1308可以用于提供与可移动物体的周围环境相关的数据，如气象条件、与潜在障碍物的距离、地理特征的位置、人造结构的位置等等。
通信系统1310使得能够经由无线信号1316与具有通信系统1314的终端1312通信。通信系统1310、1314可以包括适合无线通信的任意数量的发射器、接收器和/或收发器。所述通信可以是单向通信，从而使得仅可以在一个方向上传输数据。例如，单向通信可能仅涉及可移动物体1300向终端1312传输数据，或者反之亦然。数据可以从通信系统1310的一个或多个发射器传输到通信系统1312的一个或多个接收器，或者反之亦然。替代地，所述通信可以是双向通信，从而使得可以在可移动物体1300与终端1312之间在两个方向上传输数据。双向通信可以涉及将数据从通信系统1310的一个或多个发射器传输到通信系统1314的一个或多个接收器，且反之亦然。
在一些实施方式中，终端1312可以向可移动物体1300、载体1302和有效载荷1304中的一者或多者提供控制数据并且从可移动物体1300、载体1302和有效载荷1304中的一者或多者接收信息(例如，可移动物体、载体或有效载荷的位置和/或运动信息；有效载荷所感测的数据，如有效载荷相机所捕捉的图像数据)。在一些情形下，来自终端的控制数据可以包括用于可移动物体、载体和/或有效载荷的相对位置、移动、致动或控制的指令。例如，控制数据可以导致修改可移动物体的位置和/或朝向(例如，经由推进机构1306的控制)或有效载荷相对于可移动物体的移动(例如，经由载体1302的控制)。来自终端的控制数据可以导致对有效载荷的控制，如控制相机或其他图像捕捉装置的操作(例如，拍摄静态或动态照片、放大或缩小、开启或关闭、切换成像模式、改变图像分辨率、变焦、改变景深、改变曝光时间、改变视角或视野)。在一些情形下，来自可移动物体、载体和/或有效载荷的通信可以包括来自(例如，感测系统1308的或有效载荷1304的)一个或多个传感器的信息。这些通信可以包括来自一种或多种不同类型的传感器(例如，GPS传感器、运动传感器、惯性传感器、近距离传感器或图像传感器)的感测信息。这种信息可以与可移动物体、载体和/或有效载荷的位置(例如，位置、朝向)、移动或加速度有关。来自有效载荷的这种信息可以包括由有效载荷所捕捉的数据或有效载荷的感测状态。终端1312所传输、所提供的控制数据可以被配置成用于控制可移动物体1300、载体1302或有效载荷1304中的一者或多者的状态。替代地或组合地，载体1302和有效载荷1304还可以各自包括被配置成用于与终端1312通信的控制模块，从而使得所述终端可独立地与可移动物体1300、载体1302或有效载荷1304中的每一者通信并对其进行控制。
在一些实施方式中，可移动物体1300可以被配置成不仅与终端1312而且与另一个远程装置通信，或不是与终端1312而是与另一个远程装置通信。终端1312还可以被配置成与另一个远程装置以及可移动物体1300通信。例如，可移动物体1300和/或终端1312可以与另一个可移动物体或另一个可移动物体的载体或有效载荷通信。当期望时，所述远程装置可以是第二终端或其他计算装置(例如，计算机、膝上型计算机、平板计算机、智能电话或其他移动装置)。所述远程装置可以被配置成用于将数据传输到可移动物体1300、从可移动物体1300接收数据、将数据传输到终端1312和/或从终端1312接收数据。可选地，所述远程装置可以连接到互联网或其他电信网络，从而使得从可移动物体1300和/或终端1312接收的数据可以被上传到网站或服务器。
图14是根据本发明的实施方式的用于控制可移动物体的系统1400的框图示意图。系统1400可以与本文中公开的系统、装置和方法的任何合适的实施方式结合使用。系统1400可以包括感测模块1402、处理单元1404、非瞬态计算机可读介质1406、控制模块1408和通信模块1410。
感测模块1402可以使用以不同方式收集与可移动物体有关的信息的不同类型的传感器。不同类型的传感器可以感测不同类型的信号或来自不同来源的信号。例如，这些传感器可以包括惯性传感器、GPS传感器、近距离传感器(例如，激光雷达)或视觉/图像传感器(例如，相机)。感测模块1402可以操作性地耦合到具有多个处理器的处理单元1404上。在一些实施方式中，感测模块可以操作性地耦合到传输模块1412(例如，Wi-Fi图像传输模块)，所述传输模块被配置成用于直接将感测数据传输到合适的外部装置或系统。例如，传输模块1412可以用于将感测模块1402的相机所捕捉的图像传输到远程终端。
处理单元1404可以具有一个或多个处理器，如可编程处理器(例如，中央处理单元(CPU))。处理单元1404可以操作性地耦合到非瞬态计算机可读介质1406上。非瞬态计算机可读介质1406可以存储可由处理单元1404执行以便执行一个或多个步骤的逻辑、代码和/或程序指令。所述非瞬态计算机可读介质可以包括一个或多个存储器单元(例如，可移除介质或外部储存器，如SD卡或随机存取存储器(RAM))。在一些实施方式中，来自感测模块1402的数据可被直接传送到非瞬态计算机可读介质1406的存储器单元并储存在其中。非瞬态计算机可读介质1406的这些存储器单元可以储存可由处理单元1404执行以便进行本文中所描述的方法的任何合适的实施方式的逻辑、代码和/或程序指令。例如，处理单元1404可以被配置成用于执行致使处理单元1404的一个或多个处理器分析感测模块所产生的感测数据的指令。这些存储器单元可以储存来自感测模块的有待由处理单元1404处理的感测数据。在一些实施方式中，非瞬态计算机可读介质1406的这些存储器单元可以用于储存处理单元1404所产生的处理结果。
在一些实施方式中，处理单元1404可以操作性地耦合到被配置成用于控制可移动物体的状态的控制模块1408。例如，控制模块1408可以被配置成用于控制可移动物体的推进机构以便调整可移动物体关于六个自由度的空间布局、速度和/或加速度。替代地或组合地，控制模块1408可以控制载体、有效载荷或感测模块的状态中的一项或多项。
处理单元1404可以操作性地耦合到被配置成用于从一个或多个外部装置(例如，终端、显示装置或其他遥控器)传输和/或接收数据的通信模块1410。可以使用任何合适的通信手段，如有线通信或无线通信。例如，通信模块1410可以使用局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外、无线电、Wi-Fi、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等等中的一项或多项。可选地，可以使用中继站，如塔、卫星或移动站。无线通信可以依赖于距离或与距离无关。在一些实施方式中，通信可能需要或可能不需要视线。通信模块1410可以传输和/或接收来自感测模块1402的感测数据、处理单元1404所产生的处理结果、预定的控制数据、来自终端或遥控器的用户命令等等中的一项或多项。
可以用任何适合的构型来安排系统1400的部件。例如，系统1400的部件中的一者或多者可以位于可移动物体、载体、有效载荷、终端、感测系统或与以上中的一者或多者通信的附加外部装置上。此外，尽管图14描绘了单个处理单元1404和单个非瞬态计算机可读介质1406，但本领域技术人员认识到，这不旨在是限制性的，并且系统1400可以包括多个处理单元和/或非瞬态计算机可读介质。在一些实施方式中，所述多个处理单元和/或非瞬态计算机可读介质中的一者或多者可以位于不同的位置，如可移动物体、载体、有效载荷、终端、感测模块、与以上中的一者或多者通信的附加外部装置或其合适的组合上，从而使得系统1400所执行的处理和/或存储器功能的任何合适的方面可以发生在上述位置中的一个或多个位置处。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员而言显然这样的实施方式只是以举例方式提供的。现在本领域技术人员将想到许多变化、改变和替代而不脱离本发明。应当理解的是，在实践本发明的过程中可以采用本文中所描述的本发明实施方式的各种替代方案。所附权利要求旨在限定本发明的范围，并且进而涵盖了在这些权利要求及其等效项的范围内的方法和结构。

Claims (166)

1.一种具有固定重心的光学变焦系统，所述系统联接到可移动物体上，所述系统包括：
一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动；
一个或多个配重物，所述一个或多个配重物可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上，其中所述一个或多个配重物被配置成用于在所述一个或多个镜头元件的移动期间保持所述光学变焦系统的重心，其中，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物联接到至少一个共用机械元件上，所述共用机械元件是螺纹杆，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物位于所述螺纹杆的不同螺纹上；以及
导向装置，用于最小化或防止一个或多个镜头元件的不期望的移动，所述导向装置包括一个或多个镜头元件和一个或多个配重物沿着其滑动的凹槽，
其中所述系统进一步包括接收器，所述接收器被配置成用于接收控制信号，所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个配重物的移动。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个配重物被配置成对应于所述一个或多个镜头元件的所述移动而移动。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的所述移动是等距的。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个配重物的移动是在与所述一个或多个镜头元件的所述移动相反的方向上。
5.如权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个配重物的移动是沿着所述光轴。
6.如权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的所述移动是同时的。
7.如权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个镜头元件的所述移动是由第一电机驱动的，而所述一个或多个配重物的所述移动是由第二电机驱动的。
8.如权利要求1所述的系统，进一步包括电机，所述电机被配置成用于驱动所述一个或多个镜头元件的所述移动和所述一个或多个配重物的移动。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述电机的转动驱动所述一个或多个镜头元件在一个方向上的移动并且驱动所述一个或多个配重物在相反方向上的移动。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述电机的转动将所述一个或多个镜头元件的所述移动和所述一个或多个配重物的所述移动驱动相等的量。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个配重物的重量等于所述一个或多个镜头元件的重量。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个配重物的重量不同于所述一个或多个镜头元件的重量。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个配重物的大小或体积等于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
14.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个配重物的大小或体积不同于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个配重物位于所述光轴上。
16.如权利要求1所述的系统，其中所述光学变焦系统搭载在成像装置上。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述成像装置是相机。
18.如权利要求16所述的系统，其中所述光学变焦系统完全包含在所述成像装置的壳体内。
19.如权利要求16所述的系统，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体之外。
20.如权利要求1所述的系统，其中所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的所述移动。
21.如权利要求20所述的系统，其中所述控制信号是经由WiFi或射频来传输的。
22.如权利要求20所述的系统，其中所述接收器被配置成用于接收源自至少10m之外的控制信号。
23.如权利要求1所述的系统，其中所述可移动物体是无人飞行器(UAV)。
24.如权利要求1所述的系统，其中所述系统联接到载体上。
25.如权利要求24所述的系统，其中所述载体是云台。
26.如权利要求24所述的系统，其中所述载体联接到无人飞行器(UAV)上。
27.如权利要求24所述的系统，其中所述一个或多个配重物在第一位置处联接到所述载体上，并且其中所述一个或多个镜头元件在第二位置处联接到所述载体上。
28.如权利要求27所述的系统，其中所述一个或多个镜头元件搭载在成像装置上并且联接到所述载体上。
29.如权利要求27所述的系统，其中所述一个或多个配重物被配置成在与所述一个或多个镜头元件的所述移动相反的方向上移动。
30.如权利要求29所述的系统，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的所述移动是等距的。
31.一种在光学变焦期间保持重心的方法，所述方法包括：
提供光学变焦系统，所述光学变焦系统联接到可移动物体上，所述光学变焦系统包括(1)一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动，以及(2)一个或多个配重物，所述一个或多个配重物可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上：
移动所述一个或多个镜头元件，其中所述一个或多个配重物在所述一个或多个镜头元件的移动期间保持所述光学变焦系统的重心，其中，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物联接到至少一个共用机械元件上，所述共用机械元件是螺纹杆，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物位于所述螺纹杆的不同螺纹上；并且
在一个或多个接收器处接收控制信号，所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个配重物的移动，
所述光学变焦系统还包括导向装置，用于最小化或防止一个或多个镜头元件的不期望的移动，所述导向装置包括一个或多个镜头元件和一个或多个配重物沿着其滑动的凹槽。
32.如权利要求31所述的方法，进一步包括对应于所述一个或多个镜头元件的所述移动来移动所述一个或多个配重物。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的所述移动是等距的。
34.如权利要求32所述的方法，其中所述一个或多个配重物的移动是在与所述一个或多个镜头元件的所述移动相反的方向上。
35.如权利要求32所述的方法，其中所述一个或多个配重物的移动是沿着所述光轴。
36.如权利要求32所述的方法，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的所述移动是同时的。
37.如权利要求32所述的方法，其中所述一个或多个镜头元件的所述移动是由第一电机驱动的，而所述一个或多个配重物的所述移动是由第二电机驱动的。
38.如权利要求31所述的方法，进一步包括借助于电机驱动所述一个或多个镜头元件的所述移动和所述一个或多个配重物的移动。
39.如权利要求38所述的方法，其中所述电机的转动驱动所述一个或多个镜头元件在一个方向上的移动并且驱动所述一个或多个配重物在相反方向上的移动。
40.如权利要求38所述的方法，其中所述电机的转动将所述一个或多个镜头元件的所述移动和所述一个或多个配重物的所述移动驱动相等的量。
41.如权利要求31所述的方法，其中所述一个或多个配重物的重量等于所述一个或多个镜头元件的重量。
42.如权利要求31所述的方法，其中所述一个或多个配重物的重量不同于所述一个或多个镜头元件的重量。
43.如权利要求31所述的方法，其中所述一个或多个配重物的大小或体积等于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
44.如权利要求31所述的方法，其中所述一个或多个配重物的大小或体积不同于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
45.如权利要求31所述的方法，其中所述一个或多个配重物位于所述光轴上。
46.如权利要求31所述的方法，其中所述光学变焦系统搭载在成像装置上。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述成像装置是相机。
48.如权利要求46所述的方法，其中所述光学变焦系统完全包含在所述成像装置的壳体内。
49.如权利要求46所述的方法，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体之外。
50.如权利要求31所述的方法，进一步包括所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的所述移动。
51.如权利要求50所述的方法，其中所述控制信号是经由WiFi或射频来传输的。
52.如权利要求50所述的方法，其中所述接收器被配置成用于接收源自至少10m之外的控制信号。
53.如权利要求31所述的方法，其中所述可移动物体是无人飞行器(UAV)。
54.如权利要求31所述的方法，其中所述系统联接到载体上。
55.如权利要求54所述的方法，其中所述载体是云台。
56.如权利要求54所述的方法，其中所述载体联接到无人飞行器(UAV)上。
57.如权利要求54所述的方法，其中所述一个或多个配重物在第一位置处联接到所述载体上，并且其中所述一个或多个镜头元件在第二位置处联接到所述载体上。
58.如权利要求55所述的方法，其中所述一个或多个镜头元件搭载在成像装置上并且联接到所述载体上。
59.如权利要求57所述的方法，其中所述一个或多个配重物被配置成在与所述一个或多个镜头元件的所述移动相反的方向上移动。
60.如权利要求59所述的方法，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的所述移动是等距的。
61.一种用于捕捉稳定图像的成像系统，所述系统联接到可移动物体上，所述系统包括：
一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动；
一个或多个配重物，所述一个或多个配重物被配置成相对于所述一个或多个镜头元件移动，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的移动相对应，其中，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物联接到至少一个共用机械元件上，所述共用机械元件是螺纹杆，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物位于所述螺纹杆的不同螺纹上；
导向装置，用于最小化或防止一个或多个镜头元件的不期望的移动，所述导向装置包括一个或多个镜头元件和一个或多个配重物沿着其滑动的凹槽；以及
接收器，所述接收器被配置成用于接收控制信号，所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个配重物的移动。
62.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个配重物的所述移动与所述一个或多个镜头元件的所述移动是等距的。
63.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个配重物的所述移动是在与所述一个或多个镜头元件的所述移动相反的方向上。
64.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个配重物的所述移动是沿着所述光轴。
65.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个配重物的所述移动与所述一个或多个镜头元件的所述移动是同时的。
66.如权利要求61所述的系统，进一步包括电机，所述电机被配置成用于驱动所述一个或多个镜头元件的所述移动和所述一个或多个配重物的所述移动。
67.如权利要求66所述的系统，其中所述电机的转动驱动所述一个或多个镜头元件在一个方向上的移动并且驱动所述一个或多个配重物在相反方向上的移动。
68.如权利要求66所述的系统，其中所述电机的转动将所述一个或多个镜头元件的所述移动和所述一个或多个配重物的所述移动驱动相等的量。
69.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个镜头元件的所述移动是由第一电机驱动的，而所述一个或多个配重物的所述移动是由第二电机驱动的。
70.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个配重物的重量等于所述一个或多个镜头元件的重量。
71.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个配重物的重量不同于所述一个或多个镜头元件的重量。
72.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个配重物的大小或体积等于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
73.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个配重物的大小或体积不同于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
74.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个镜头元件搭载在成像装置上。
75.如权利要求74所述的系统，其中所述成像装置是相机。
76.如权利要求75所述的系统，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体内。
77.如权利要求74所述的系统，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体之外。
78.如权利要求61所述的系统，其中所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的所述移动。
79.如权利要求78所述的系统，其中所述控制信号是经由WiFi或射频来传输的。
80.如权利要求78所述的系统，其中所述接收器被配置成用于接收源自至少10m之外的控制信号。
81.如权利要求61所述的系统，其中所述可移动物体是无人飞行器(UAV)。
82.如权利要求61所述的系统，其中所述一个或多个配重物直接联接到所述可移动物体上，并且其中所述一个或多个镜头元件经由载体间接联接到所述可移动物体上。
83.如权利要求82所述的系统，其中所述一个或多个镜头元件搭载在成像装置上并且经由所述成像装置的壳体联接到所述载体上。
84.如权利要求82所述的系统，其中所述载体是云台。
85.如权利要求61所述的系统，其中所述系统联接到载体上。
86.如权利要求85所述的系统，其中所述载体是云台。
87.如权利要求85所述的系统，其中所述一个或多个配重物在第一位置处联接到所述载体上，并且其中所述一个或多个镜头元件在第二位置处联接到所述载体上。
88.如权利要求87所述的系统，其中所述一个或多个镜头元件搭载在成像装置上并且经由所述成像装置的壳体联接到所述载体上。
89.一种用于捕捉稳定图像的方法，所述方法包括：
提供成像系统，所述成像系统联接到可移动物体上，所述成像系统包括(1)一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动，以及(2)一个或多个配重物，所述一个或多个配重物被配置成相对于所述一个或多个镜头元件移动，其中，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物联接到至少一个共用机械元件上，所述共用机械元件是螺纹杆，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物位于所述螺纹杆的不同螺纹上；所述成像系统还包括导向装置，用于最小化或防止一个或多个镜头元件的不期望的移动，所述导向装置包括一个或多个镜头元件和一个或多个配重物沿着其滑动的凹槽；
移动所述一个或多个镜头元件；
对应于所述一个或多个镜头元件的所述移动来移动所述一个或多个配重物；并且
捕捉稳定图像，
其中，所述方法还包括：在一个或多个接收器处接收控制信号，所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个配重物的移动。
90.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的移动是等距的。
91.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个配重物的移动是在与所述一个或多个镜头元件的移动相反的方向上。
92.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个配重物的移动是沿着所述光轴。
93.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的移动是同时的。
94.如权利要求89所述的方法，进一步包括借助于电机驱动所述一个或多个镜头元件的移动和所述一个或多个配重物的移动。
95.如权利要求94所述的方法，其中所述电机的转动驱动所述一个或多个镜头元件在一个方向上的移动并且驱动所述一个或多个配重物在相反方向上的移动。
96.如权利要求94所述的方法，其中所述电机的转动将所述一个或多个镜头元件的所述移动和所述一个或多个配重物的所述移动驱动相等的量。
97.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个镜头元件的移动是由第一电机驱动的，而所述一个或多个配重物的移动是由第二电机驱动的。
98.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个配重物的重量等于所述一个或多个镜头元件的重量。
99.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个配重物的重量不同于所述一个或多个镜头元件的重量。
100.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个配重物的大小或体积等于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
101.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个配重物的大小或体积不同于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
102.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个镜头元件搭载在成像装置上。
103.如权利要求102所述的方法，其中所述成像装置是相机。
104.如权利要求102所述的方法，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体内。
105.如权利要求102所述的方法，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体之外。
106.如权利要求89所述的方法，进一步包括所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的移动。
107.如权利要求106所述的方法，其中所述控制信号是经由WiFi或射频来传输的。
108.如权利要求106所述的方法，其中所述接收器被配置成用于接收源自至少10m之外的控制信号。
109.如权利要求89所述的方法，其中所述可移动物体是无人飞行器(UAV)。
110.如权利要求89所述的方法，其中所述一个或多个配重物直接联接到所述可移动物体上，并且其中所述一个或多个镜头元件经由载体间接联接到所述可移动物体上。
111.如权利要求110所述的方法，其中所述一个或多个镜头元件搭载在成像装置上并且经由所述成像装置的壳体联接到所述载体上。
112.如权利要求110所述的方法，其中所述载体是云台。
113.如权利要求89所述的方法，其中所述系统联接到载体上。
114.如权利要求113所述的方法，其中所述载体是云台。
115.如权利要求113所述的方法，其中所述一个或多个配重物在第一位置处联接到所述载体上，并且其中所述一个或多个镜头元件在第二位置处联接到所述载体上。
116.如权利要求115所述的方法，其中所述一个或多个镜头元件搭载在成像装置上并且经由所述成像装置的壳体联接到所述载体上。
117.一种用于捕捉稳定图像的光学变焦系统，所述系统联接到可移动物体上，所述系统包括：
一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动；
一个或多个配重物，所述一个或多个配重物可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上；
一个或多个机械元件，所述一个或多个机械元件被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的移动，并且响应于所述一个或多个镜头元件的所述移动而改变所述一个或多个配重物的状态，其中，所述一个或多个机械元件包括一个或多个螺纹杆，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物位于所述螺纹杆的不同螺纹上；
导向装置，用于最小化或防止一个或多个镜头元件的不期望的移动，所述导向装置包括一个或多个镜头元件和一个或多个配重物沿着其滑动的凹槽；以及
接收器，所述接收器被配置成用于接收控制信号，所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个配重物的移动。
118.如权利要求117所述的系统，其中所述一个或多个配重物沿着所述光轴定位。
119.如权利要求117所述的系统，其中所述一个或多个配重物的状态是所述一个或多个配重物的位置。
120.如权利要求117所述的系统，其中所述系统进一步包括电机，所述电机被配置成用于驱动所述一个或多个机械元件的移动。
121.如权利要求117所述的系统，其中所述一个或多个机械元件包括单个螺纹杆。
122.如权利要求117所述的系统，其中所述一个或多个配重物的重量等于所述一个或多个镜头元件的重量。
123.如权利要求117所述的系统，其中所述一个或多个配重物的重量不同于所述一个或多个镜头元件的重量。
124.如权利要求117所述的系统，其中所述一个或多个配重物的大小或体积等于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
125.如权利要求117所述的系统，其中所述一个或多个配重物的大小或体积不同于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
126.如权利要求117所述的系统，其中所述光学变焦系统搭载在成像装置上。
127.如权利要求126所述的系统，其中所述成像装置是相机。
128.如权利要求126所述的系统，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体之外。
129.如权利要求126所述的系统，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体内。
130.如权利要求126所述的系统，其中所述一个或多个配重物在第一位置处联接到载体上，并且其中所述成像装置在第二位置处联接到所述载体上。
131.如权利要求117所述的系统，其中所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的所述移动。
132.如权利要求131所述的系统，其中所述控制信号是经由WiFi或射频来传输的。
133.如权利要求131所述的系统，其中所述接收器被配置成用于接收源自至少10m之外的控制信号。
134.如权利要求117所述的系统，其中所述可移动物体是无人飞行器(UAV)。
135.如权利要求117所述的系统，其中所述系统联接到载体上。
136.如权利要求135所述的系统，其中所述载体是云台。
137.如权利要求135所述的系统，其中所述载体联接到无人飞行器(UAV)上。
138.如权利要求135所述的系统，其中所述一个或多个配重物在第一位置处联接到所述载体上，并且其中所述一个或多个镜头元件在第二位置处联接到所述载体上。
139.如权利要求138所述的系统，其中所述一个或多个镜头元件搭载在成像装置上并且联接到所述载体上。
140.如权利要求138所述的系统，其中所述一个或多个配重物被配置成在与所述一个或多个镜头元件的所述移动相反的方向上移动。
141.如权利要求140所述的系统，其中所述一个或多个配重物的移动与所述一个或多个镜头元件的所述移动是等距的。
142.一种用于捕捉稳定图像的方法，所述方法包括：
提供光学变焦系统，所述光学变焦系统联接到可移动物体上，所述光学变焦系统包括(1)一个或多个镜头元件，每个镜头元件被配置成沿着光轴移动，(2)一个或多个配重物，所述一个或多个配重物可操作地联接到所述一个或多个镜头元件上，(3)一个或多个机械元件，所述一个或多个机械元件被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的移动并且响应于所述一个或多个镜头元件的所述移动而改变所述一个或多个配重物的状态，其中，所述一个或多个机械元件包括一个或多个螺纹杆，所述一个或多个镜头元件和所述一个或多个配重物位于所述螺纹杆的不同螺纹上，(4)导向装置，用于最小化或防止一个或多个镜头元件的不期望的移动，所述导向装置包括一个或多个镜头元件和一个或多个配重物沿着其滑动的凹槽，以及(5)接收器，所述接收器被配置成用于接收控制信号，所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个配重物的移动；
致动所述一个或多个机械元件，由此移动所述一个或多个镜头元件中的至少一个镜头元件；并且
捕捉稳定图像。
143.如权利要求142所述的方法，其中所述一个或多个配重物沿着所述光轴定位。
144.如权利要求142所述的方法，其中所述一个或多个配重物的状态是所述一个或多个配重物的位置。
145.如权利要求142所述的方法，进一步包括借助于电机驱动所述一个或多个机械元件的移动。
146.如权利要求142所述的方法，其中所述一个或多个机械元件包括单个螺纹杆。
147.如权利要求142所述的方法，其中所述一个或多个配重物的重量等于所述一个或多个镜头元件的重量。
148.如权利要求142所述的方法，其中所述一个或多个配重物的重量不同于所述一个或多个镜头元件的重量。
149.如权利要求142所述的方法，其中所述一个或多个配重物的大小或体积等于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
150.如权利要求142所述的方法，其中所述一个或多个配重物的大小或体积不同于所述一个或多个镜头元件的大小或体积。
151.如权利要求142所述的方法，其中所述光学变焦系统搭载在成像装置上。
152.如权利要求151所述的方法，其中所述成像装置是相机。
153.如权利要求151所述的方法，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体之外。
154.如权利要求151所述的方法，其中所述一个或多个配重物位于所述成像装置的壳体内。
155.如权利要求151所述的方法，其中所述一个或多个配重物在第一位置处联接到载体上，并且其中所述成像装置在第二位置处联接到所述载体上。
156.如权利要求142所述的方法，其中所述控制信号被配置成用于控制所述一个或多个镜头元件的所述移动。
157.如权利要求156所述的方法，其中所述控制信号是经由WiFi或射频来传输的。
158.如权利要求156所述的方法，其中所述接收器被配置成用于接收源自至少10m之外的控制信号。
159.如权利要求142所述的方法，其中所述可移动物体是无人飞行器(UAV)。
160.如权利要求142所述的方法，其中所述系统联接到载体上。
161.如权利要求160所述的方法，其中所述载体是云台。
162.如权利要求160所述的方法，其中所述载体联接到无人飞行器(UAV)上。
163.如权利要求160所述的方法，其中所述一个或多个配重物在第一位置处联接到所述载体上，并且其中所述一个或多个镜头元件在第二位置处联接到所述载体上。
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