CN108055503A - 卫星太空自拍装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卫星太空自拍装置，属于光电成像技术领域，包括折叠支架、高清摄像单元和图像显示单元，折叠支架的一端与卫星固定连接，另一端与高清摄像单元固定连接；图像显示单元用于显示卫星的外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据，图像显示单元与卫星固定连接，且图像显示单元与高清摄像单元位于卫星的同侧；当卫星进入轨道后，卫星控制折叠支架由折叠状态展开，并控制高清摄像单元对卫星以及图像显示单元进行自拍摄像，得到包括图像显示单元所显示的图像的卫星自拍图像。本发明所提出的卫星太空自拍装置进一步丰富了卫星自拍图像的内容，而且在地面控制中心利用显示器进行观察时，提高了显示器画面利用率。

Description

卫星太空自拍装置

技术领域

本发明涉及光电成像技术领域，特别是涉及一种卫星太空自拍装置。

背景技术

目前，火箭与飞船上安装有外挂摄像头进行自拍，这种外挂摄像头多用于对火箭状态的监测以及对飞船的对接等活动进行监视，其拍摄的画面固定不变，并且只针对特殊任务进行拍摄，地面控制中心通过一个外挂摄像头仅能观察到某一固定位置的画面，形式单一，且地面控制中心的显示器画面利用率不高。

发明内容

基于此，有必要针对目前利用外挂摄像头进行火箭或者飞船自拍存在的画面形式单一、地面控制中心的显示器画面利用率不高的问题，提供一种卫星太空自拍装置。

为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：

一种卫星太空自拍装置，包括折叠支架、高清摄像单元和图像显示单元，

所述折叠支架的一端与卫星固定连接，另一端与所述高清摄像单元固定连接；

所述图像显示单元用于显示所述卫星的外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据，所述图像显示单元与所述卫星固定连接，且所述图像显示单元与所述高清摄像单元位于所述卫星的同侧；

当所述卫星进入轨道后，所述卫星控制所述折叠支架由折叠状态展开，并控制所述高清摄像单元对所述卫星以及所述图像显示单元进行自拍摄像，得到包括所述图像显示单元所显示的图像的卫星自拍图像。

上述卫星太空自拍装置通过在卫星上设置折叠支架、高清摄像单元和图像显示单元，不仅能够实现卫星在轨运行过程中以太空或者地球为背景对卫星进行自拍成像，得到卫星整体的自拍图像，并且利用与高清摄像单元位于卫星同侧的图像显示单元显示所述卫星的外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据，使得高清摄像单元能够拍摄到包括图像显示单元所显示的图像在内的卫星自拍图像，通过该卫星自拍图像在观察到卫星的同时，还可以观察到卫星的其它外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据，进一步丰富了卫星自拍图像的内容，而且在地面控制中心利用显示器进行观察时，提高了显示器画面利用率。

附图说明

图1为本发明卫星太空自拍装置工作时的示意图；

图2为本发明卫星太空自拍装置折叠状态下的示意图；

图3为本发明卫星太空自拍装置展开状态下的示意图；

图4为本发明第二转动关节的结构示意图；

图5为本发明第二转动关节的可转动角度及机械限位示意图；

图6为本发明高清摄像单元的成像范围示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

在其中一个实施例中，如图1-3所示，卫星太空自拍装置包括折叠支架3、高清摄像单元和图像显示单元2，折叠支架3的一端与卫星1固定连接，另一端与高清摄像单元固定连接；图像显示单元2用于显示卫星1的外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据，图像显示单元2与卫星1固定连接，且图像显示单元2与高清摄像单元位于卫星1的同侧；当卫星1进入轨道后，卫星1控制折叠支架3由折叠状态展开，并控制高清摄像单元对卫星1以及图像显示单元2进行自拍摄像，得到包括图像显示单元2所显示的图像的卫星自拍图像。

本实施例所提出的卫星太空自拍装置通过在卫星1上安装折叠支架3、高清摄像单元(如高清相机)和图像显示单元2，使得卫星1在轨飞行过程中，展开折叠支架3，图像显示单元2上显示图像，根据卫星1对地的推扫成像或大侧摆成像的姿态变化，以图像显示单元2为中心，以不断变化的太空为背景，对包括图像显示单元2所显示的图像的卫星1拍摄图片或视频，达到在太空为卫星自拍的目的。折叠支架3安装在图像显示单元2下方，卫星1发射时，折叠支架3处于折叠状态，如图2所示；当卫星1进入轨道后，折叠支架3自主展开，如图3所示。

卫星1在轨正常工作后，根据需求，规划卫星姿态、相机开拍时间、太空背景以及拍摄时长。当卫星1在进行常规推扫的拍摄模式时，卫星1三轴对地稳定，卫星本体坐标系与轨道坐标系重合。卫星1飞到规划位置时，将卫星1的外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据在图像显示单元2上进行播放，同时展开折叠支架3，调整高清摄像单元俯仰位置，使成像范围与用户的画面需求一致，开启高清摄像单元进行拍照或视频。

当卫星在进行大侧摆拍摄模式时，卫星本体坐标系与轨道坐标系呈一定夹角时，可实现以地球为背景的自拍。根据规划，将卫星1的外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据在图像显示单元2上进行播放，同时展开折叠支架3，调整高清摄像单元俯仰位置，使成像范围与用户的画面需求一致，开启高清摄像单元进行拍照或视频。

本发明所提出的卫星太空自拍装置通过在卫星上设置折叠支架、高清摄像单元和图像显示单元，不仅能够实现卫星在轨运行过程中以太空或者地球为背景对卫星进行自拍成像，得到卫星整体的自拍图像，并且利用与高清摄像单元位于卫星同侧的图像显示单元显示所述卫星的外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据，使得高清摄像单元能够拍摄到包括图像显示单元所显示的图像在内的卫星自拍图像，通过该卫星自拍图像在观察到卫星的同时，还可以观察到卫星的其它外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据，进一步丰富了卫星自拍图像的内容，而且在地面控制中心利用显示器进行观察时，提高了显示器画面利用率。

同时，本发明综合考虑了卫星的机动能力和光电成像能力及空间折展机构的执行能力，可以依据用户在图像显示单元所播放的图像和对太空背景的需求，设计折叠支架的展开位置与角度，并根据需求调整卫星姿态，能够实现对图像显示单元和变化的太空背景的自拍功能，方法简单易行，扩大了舱位摄像的成像范围。

作为一种具体的实施方式，折叠支架包括结构相同的第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节，还包括结构相同的第一连杆和第二连杆，第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节均包括公铰7、母铰8、转轴3、关节轴承和扭簧6，关节轴承设置在母铰8内，转轴3的一端与公铰7的一端固定连接，转轴3的另一端穿过关节轴承后与公铰7的另一端固定连接；转轴3的两端分别套设有扭簧6，且扭簧6的一端与公铰7固定连接，扭簧6的另一端与母铰8固定连接；第一转动关节的公铰7与卫星固定连接，第一转动关节的母铰8与第一连杆4的一端固定连接，第一连杆4的另一端通过第二转动关节与第二连杆5的一端连接，第二连杆5的另一端与第三转动关节的公铰7连接，第三转动关节的母铰8与高清摄像单元固定连接。

在本实施方式中，由于第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节的结构相同，这里仅以第二转动关节为例，对本实施方式中的转动关节进行说明。如图4所示，第二转动关节包括公铰7、母铰8、转轴3、关节轴承和扭簧6，图4中还示出了第一连杆4和第二连杆5，双扭簧6提供展开驱动力矩并有一定的消除铰链间隙功能，7为公铰，8为母铰，公铰7与母铰8之间通过关节轴承相连以保证可靠转动。本实施方式中的转动关节采用双扭簧驱动+机械限位的方式，限位段设计有锁紧机构，保证支架伸展到位后能够锁紧。设计时充分考虑阻力矩，保证静扭距裕度大于2。真空防冷焊设计方面，采用自润滑方式，即选用一种特殊的关节轴承，优选地，轴承自身内圈与外圈之间有一层聚四氟乙烯材料制成的自润滑层，这种轴承能够在真空高低温环境下使用，且游隙满足要求。

作为一种具体的实施方式，公铰7和母铰8具有用于限定公铰相对母铰转动角度的机械限位。如图5所示为第二转动关节展开过程的可转动角度及机械限位示意图，第一连杆4在双扭簧6的被动驱动力矩作用下，铰链机构旋转一定角度后，由初始压紧位置转动至机械限位所限定的位置，展开过程简单可靠。

作为一种具体的实施方式，高清摄像单元包括光学镜头和数据存储及传输模块，光学镜头对卫星以及图像显示单元进行成像，得到卫星自拍图像数据，数据存储及传输模块对卫星自拍图像数据进行存储，或者将卫星自拍图像数据压缩后发送至地面控制中心。本实施方式中的高清摄像单元可实现静态图像与视频影像的实时获取、压缩、存储及数据传输功能，并具有100dB的高动态范围，可清晰识别亮地球背景及相对暗的卫星。如图6所示，本实施方式中的高清摄像单元为高分辨率相机，并且高分辨率相机选用高动态大视场相机，可清晰识别亮地球背景及相对暗的卫星背景，高动态大视场相机的分辨率为1600×1200，视场角为90°×106.3°，距离图像显示单元600mm处的视场范围为1591mm×1193mm，距离图像显示单元600mm处目标分辨率为1mm，与LED像素尺寸匹配，可清晰分辨图像显示单元上的目标。

作为一种具体的实施方式，图像显示单元为全彩LED点阵显示屏。LED图像显示屏采用全彩LED点阵显示屏，其单元组件为RGB发光LED，最小像素间距1.6mm，单元组件平面尺寸200mm×150mm(可拼接)，将4单元组件拼接起来，平面尺寸达到400mm×300mm。高清小间距LED显示屏具有高刷新、高灰阶、高亮度利用率、无残影、低功耗、低EMI的特点，且显示屏对比度高达5000:1；该显示屏比一般显示屏有着更宽的色域空间和更快响应速度、可实现任意大小尺寸无缝拼接、模块化维护。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种卫星太空自拍装置，其特征在于，包括折叠支架、高清摄像单元和图像显示单元，

所述折叠支架的一端与卫星固定连接，另一端与所述高清摄像单元固定连接；

所述图像显示单元用于显示所述卫星的外挂摄像头摄录的图像数据或者预先存储的图像数据，所述图像显示单元与所述卫星固定连接，且所述图像显示单元与所述高清摄像单元位于所述卫星的同侧；

当所述卫星进入轨道后，所述卫星控制所述折叠支架由折叠状态展开，并控制所述高清摄像单元对所述卫星以及所述图像显示单元进行自拍摄像，得到包括所述图像显示单元所显示的图像的卫星自拍图像。

2.根据权利要求1所述的卫星太空自拍装置，其特征在于，所述折叠支架包括结构相同的第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节，还包括结构相同的第一连杆和第二连杆，

所述第一转动关节、所述第二转动关节和所述第三转动关节均包括公铰、母铰、转轴、关节轴承和扭簧，所述关节轴承设置在所述母铰内，所述转轴的一端与所述公铰的一端固定连接，所述转轴的另一端穿过所述关节轴承后与所述公铰的另一端固定连接；所述转轴的两端分别套设有所述扭簧，且所述扭簧的一端与所述公铰固定连接，所述扭簧的另一端与所述母铰固定连接；

所述第一转动关节的公铰与所述卫星固定连接，所述第一转动关节的母铰与所述第一连杆的一端固定连接，所述第一连杆的另一端通过所述第二转动关节与所述第二连杆的一端连接，所述第二连杆的另一端与所述第三转动关节的公铰连接，所述第三转动关节的母铰与所述高清摄像单元固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的卫星太空自拍装置，其特征在于，

所述关节轴承的内圈和外圈之间设置有自润滑层，所述自润滑层的材质为聚四氟乙烯。

4.根据权利要求2所述的卫星太空自拍装置，其特征在于，

所述公铰和所述母铰具有用于限定所述公铰相对所述母铰转动角度的机械限位。

5.根据权利要求1或2所述的卫星太空自拍装置，其特征在于，

所述高清摄像单元包括光学镜头和数据存储及传输模块，所述光学镜头对所述卫星以及所述图像显示单元进行成像，得到卫星自拍图像数据，所述数据存储及传输模块对所述卫星自拍图像数据进行存储，或者将所述卫星自拍图像数据压缩后发送至地面控制中心。

6.根据权利要求1或2所述的卫星太空自拍装置，其特征在于，

所述图像显示单元为全彩LED点阵显示屏。