CN109903371B - 利用无人机建模的可交互全息投影展示平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其包括无人机系统、远程通讯系统、数据处理系统和全息显示系统；所述无人机系统与远程通讯系统相连，所述远程通讯系统与数据处理系统相连，其解决航拍影像查看不便，显示过于单一，将航拍影像通过测绘建模等方式汇聚为3D画面并以全息投影的方式展现，可实现用户与影像画面进行简单交互。

Description

利用无人机建模的可交互全息投影展示平台

技术领域

本发明涉及全息投影技术领域，更为具体地，涉及一种利用无人机建模的可交互全息投影展示平台。

背景技术

对于传统的影像记录，比如照片拍摄来说，都是记录物体呈像的光强，得到的是包括颜色、轮廓等等信息的2D画面。而在光强之外，物体影像其实还有相位信息。相位信息记录了物体与观察视角间的距离、运动轨迹、空间关系等信息，如果能把这部分信息也通过技术留存下来，那么就相对的获得了物体的“全部信息”——也就是所谓“全息”。

并且，现有技术中的测绘用激光雷达的价格昂贵，因此常采用无人机进行测绘，而现有的无人机载荷系统较为单一，仅可提供简单图像及视频影像资料留存，因此存在资料过于庞大，检索查找不方便等问题。并且现有技术中的竖直摄影只能获取地物顶部信息，对于地物侧面信息则无法获得。并且，传统测绘过程需要耗费大量的人力和物力，并且由于天气等外因经常会造成工作延误。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其解决航拍影像查看不便，显示过于单一，将航拍影像通过测绘建模等方式汇聚为3D画面并以全息投影的方式展现，可实现用户与影像画面进行简单交互。

本发明的技术方案如下：

一种利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其包括无人机系统、远程通讯系统、数据处理系统和全息显示系统；所述无人机系统与远程通讯系统相连，所述远程通讯系统与数据处理系统相连，所述全息显示系统与数据处理系统；所述无人机系统包括摄像头、云台和主控模块，所述摄像头通过倾斜摄影获取地物的顶部信息以及地物的侧面信息，所述摄像头连接至所述云台的上部，所述云台支撑所述摄像头，摄像头将采集到的图像传输至主控模块，主控模块发出控制信号控制云台进行动作；所述远程通讯系统包括无人机无线收发模块、基站和本地网络收发模块；所述主控模块与所述无人机无线收发模块相连，所述无人机无线收发模块与所述基站通过无线方式进行双向通讯，所述无人机无线收发模块将所述主控模块中接收到的摄像头的数据传输至基站，并将从基站中接收到的指令通过无人机无线收发模块传输至主控模块，以控制云台带动摄像头进行转动以及控制摄像头进行倾斜摄影，以便获取地物顶部信息以及地物的侧面信息；基站与本地网络收发模块相连进行双向通讯；所述数据处理系统包括数据服务器、建模模块和功能性交互模块，所述建模模块和所述功能性交互模块分别与所述数据服务器进行双向通讯，所述全息显示系统包括交互式显示屏和全息膜设备，功能性交互模块将建模模块处理得到的模型分别传输至数据服务器；所述功能性交互模块处理完成的数据经由交互式显示屏反馈至用户，并投影至所述全息膜设备上。

优选地，所述建模模块内设置3D建模软件，所述功能性交互模块内设置多功能性交互软件；所述建模模块的数据传输至功能性交互模块；所述本地网络收发模块将从基站接收到的数据传输至数据处理系统的数据服务器中，该数据服务器对数据进行处理，将数据还原为高清晰度的图像资料，并将图像资料整合到建模模块中通过3D建模软件进行处理，建模完成后通过功能性交互模块中的用户交互软件发送给全息显示系统；建模模块建模完成后将所建立的模型传输至数据服务器进行存储。

优选地，所述功能性交互软件包含将建模数据细节放大及优化，同时可将无人机多个传感器数据整合输出至交互式显示屏中，供用户进行生产分析。

优选地，所述云台上设置有水平转动装置和垂直转动装置，所述水平转动装置带动所述摄像头进行水平方向的转动，所述垂直转动装置带动所述摄像头进行垂直方向的转动；所述云台带动所述摄像头从多个角度进行摄像。

优选地，所述云台的数量为五个。

优选地，所述云台包括固定云台和/或电动云台。

优选地，在所述固定云台上安装好摄像头后，通过水平转动装置和垂直转动装置调整摄像头的水平和俯仰的角度，达到预设的工作姿态后，通过锁紧装置，锁定水平转动装置和垂直转动装置，所述固定云台适用于监测范围不大的情况。

优选地，所述锁紧装置包括第一锁紧装置和第二锁紧装置，所述第一锁紧装置与水平转动装置相连，其配置用于当摄像头结束水平调整达到最好的工作状态后锁紧水平转动装置；所述第二锁紧装置与垂直转动装置相连，其配置用于当摄像头结束垂直调整达到最好的工作状态后锁紧垂直转动装置。

优选地，所述电动云台高速姿态通过执行电动机来实现，所述执行电动机与主动模块相连，所述执行电动机接受来主控模块的控制信号以进行精确运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像头既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。优选地，所述电动云台适用于对大范围进行扫描监视，其能够扩大摄像头的监视范围。

优选地，所述执行电动机设置在云台内，其分别为第一电动机和第二电动机，第一电动机和第二电动机分别与主控模块相连，所述第一电动机与水平转动装置相连，所述第二电动机与所述垂直转动装置相连，所述云台内还设置限位装置，例如，两个限位开关，所述第一限位开关调整水平方向的转动的最大角度，所述第二限位开关调整垂直方向的转动的最大角度。优选地，云台分别由两个微动开关实现限位功能。

有益效果

与现有技术相比，本发明的具有如下优点：

1、满足人们多样化需求：

倾斜摄影是在摄影测量技术发展和人们需求增加的基础上发展起来的。传统的竖直摄影只能获取地物顶部信息，对于地物侧面信息则无法获得；倾斜影像能让用户从多个角度观察被制作建筑，更加真实地反映地物的实际情况，极大地弥补了基于正射影像分析应用的不足。

2、操作便捷成本低：

通过无人机倾斜摄影技术获取资料，具有成本低、数据精确、操作灵活的特点。以往测绘用激光雷达的报价动辄一、二百万人民币，实在是一笔不小的开销，但最近两年兴起的倾斜摄影技术，可用低成本实现立体建模，即通过多个镜头从不同角度同时拍照。虽然精度仍不如激光雷达方案，但硬件的价格可以少一个零。

3、节约人力效率高：

据介绍用无人机倾斜摄影的作业效率会比传统人工方式提高300倍以上，有业内人士介绍，一架无人机通过该技术一天的作业量，需要400个人同时工作一天才能完成。解决了由于天气等外因造成的工作延误的问题，把原本大量的外业工作转变成内业工作，极大的解放了测绘人的劳动时间和减少外业劳动强度。

4、测量结果转化快应用广泛：

通过配套软件的应用，可直接利用成果影像进行包括高度、长度、面积、角度、坡度等属性的量测，扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。

5、能快速响应突发情况：

由于倾斜影像为用户提供了更丰富的地理信息，更友好的用户体验，该技术目前所提供的事发地周围的真实信息，在应急救援中起到了至关重要的作用，有了直观的倾斜影像和相关系统的辅助分析，如量测分析等，调度和指挥人员能够迅速掌握事发的准确地点及周边环境，为应急事件的处置提供辅助决策支持。

6、全息投影技术

对于传统的影像记录，比如照片拍摄来说，都是记录物体呈像的光强，得到的是包括颜色、轮廓等等信息的2D画面。而在光强之外，物体影像其实还有相位信息。相位信息记录了物体与观察视角间的距离、运动轨迹、空间关系等信息，如果能把这部分信息也通过技术留存下来，那么就相对的获得了物体的“全部信息”——也就是所谓“全息”。通过这种方式获得的静态或者动态呈像，就不是2D而是3D的了。

附图说明

本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

根据本发明实施例的利用无人机建模的可交互全息投影平台，其包括无人机系统、远程通讯系统、数据处理系统和全息显示系统。所述无人机系统与远程通讯系统相连，所述远程通讯系统与数据处理系统相连，所述全息显示系统与数据处理系统。

所述无人机系统包括摄像头、云台和主控模块，所述摄像头通过倾斜摄影获取地物的顶部信息以及地物的侧面信息。所述摄像头连接至所述云台的上部，所述云台支撑所述摄像头。摄像头将采集到的图像传输至主控模块，主控模块发出控制信号控制云台进行动作。

优选地，所述云台上设置有水平转动装置和垂直转动装置，所述水平转动装置带动所述摄像头进行水平方向的转动，所述垂直转动装置带动所述摄像头进行垂直方向的转动；所述云台带动所述摄像头从多个角度进行摄像。

所述远程通讯系统包括无人机无线收发模块、基站和本地网络收发模块；主控模块与无人机无线收发模块相连，例如通过有线或无线进行双向连接，无人机无线收发模块与基站通过无线方式进行双向通讯，所述无人机无线收发模块将所述主控模块中接收到的摄像头的数据传输至基站，并将从基站中接收到的指令通过无人机无线收发模块传输至主控模块，以控制云台带动摄像头进行转动以及控制摄像头进行倾斜摄影，以便获取地物顶部信息以及地物的侧面信息，实现多个角度观察被制作的建筑，从而真实地反映地物的实际情况，极大地弥补了基于正射影像分析应用的不足。基站与本地网络收发模块相连进行双向通讯。

所述数据处理系统包括数据服务器、建模模块和功能性交互模块，所述建模模块和所述功能性交互模块分别与所述数据服务器进行双向通讯，所述建模模块内设置3D建模软件，所述功能性交互模块内设置多功能性交互软件；所述建模模块的数据传输至功能性交互模块。

本地网络收发模块将从基站接收到的数据传输至数据处理系统的数据服务器中，该数据服务器对数据进行处理，将数据还原为高清晰度的图像资料，并将图像资料整合到建模模块中通过3D建模软件进行处理，建模完成后通过功能性交互模块中的用户交互软件发送给全息显示系统。建模模块建模完成后将所建立的模型传输至数据服务器进行存储。

全息显示系统包括交互式显示屏和全息膜设备，功能性交互模块将建模模块处理得到的模型分别传输至数据服务器，

具体地，功能性交互模块处理完成的数据经由交互式显示屏反馈至用户，并投影至全息膜设备上。

进一步的，所述功能性交互软件包含将建模数据细节放大及优化，同时可将无人机多个传感器数据整合输出至交互式显示屏中，供用户进行生产分析。

优选地，所述云台的数量为五个。

优选地，所述云台包括固定云台和/或电动云台。

在所述固定云台上安装好摄像头后，通过水平转动装置和垂直转动装置调整摄像头的水平和俯仰的角度，达到预设的工作姿态后，通过锁紧装置，锁定水平转动装置和垂直转动装置。所述固定云台适用于监测范围不大的情况。

所述锁紧装置包括第一锁紧装置和第二锁紧装置，所述第一锁紧装置与水平转动装置相连，其配置用于当摄像头结束水平调整达到最好的工作状态后锁紧水平转动装置；所述第二锁紧装置与垂直转动装置相连，其配置用于当摄像头结束垂直调整达到最好的工作状态后锁紧垂直转动装置。

所述电动云台高速姿态通过执行电动机来实现，所述执行电动机与主动模块相连，所述执行电动机接受来主控模块的控制信号以进行精确运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像头既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。优选地，所述电动云台适用于对大范围进行扫描监视，其能够扩大摄像头的监视范围。

优选地，所述执行电动机设置在云台内，其分别为第一电动机和第二电动机，第一电动机和第二电动机分别与主控模块相连，所述第一电动机与水平转动装置相连，所述第二电动机与所述垂直转动装置相连，所述云台内还设置限位装置，例如，两个限位开关，所述第一限位开关调整水平方向的转动的最大角度，所述第二限位开关调整垂直方向的转动的最大角度。优选地，云台分别由两个微动开关实现限位功能。

也就是说，安装在多云台上的五台摄像头从垂直、倾斜等不同角度采集图像，传感器采用倾斜摄影技术来获得地面物体完整的信息并传输至主控模块，主控模块与高自由度云台相连并对其进行控制。

一般来说，水平旋转角度为0°～350°，垂直旋转角度为+90°。恒速云台的水平旋转速度一般在3°～10°/s，垂直速度为4°/s左右。变速云台的水平旋转速度一般在0°～32°/s，垂直旋转速度在0°～16°/s左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达480°/s以上，垂直旋转速度在120°/s以上。所述云台的工作电压为交流24V、交流220V及直流12V。

当接到上、下动作电压时，垂直电机转动，经减速箱带动垂直传动轮盘转动；当接到左、右动作电压时，水平电机转动并经减速箱带动云台底部的水平齿轮盘转动。

当转动角度达到预先设定的限位栓时，微动开关动作切断电源，云台停止转动。限位装置可以位于云台外部，调整过程简单，也可以位于云台内部，通过外设的调整机构进行调整，调整过程相对复杂。但外置限位装置的云台密封性不如内置限位装置的云台。

所述云台还可以设计成密封防雨型。云台还具有高转矩和扼流保护电路以防止云台冻结时强行起动而烧毁电机。在低温的恶劣条件下还可以在云台内部加装温控型加热器。

优选地，所述限位装置使其可以达到360°甚至365°，更为具体地，有5°的覆盖角度，以消除监控死角。用户使用时可以根据现场的实际情况进行限位设置，也提供了云台的使用效率。通过安装在多云台上的多台摄像头从垂直、倾斜等不同角度采集图像的传感器采用倾斜摄影技术来获得地面物体完整的信息并传输至主控模块，主控模块与高自由度云台相连并对其进行控制。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“至少三个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。

Claims (10)

1.一种利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，其包括无人机系统、远程通讯系统、数据处理系统和全息显示系统；所述无人机系统与远程通讯系统相连，所述远程通讯系统与数据处理系统相连，所述全息显示系统与数据处理系统；

所述无人机系统包括摄像头、云台和主控模块，所述摄像头通过倾斜摄影获取地物的顶部信息以及地物的侧面信息，所述摄像头连接至所述云台的上部，所述云台支撑所述摄像头，摄像头将采集到的图像传输至主控模块，主控模块发出控制信号控制云台进行动作；

所述远程通讯系统包括无人机无线收发模块、基站和本地网络收发模块；所述主控模块与所述无人机无线收发模块相连，所述无人机无线收发模块与所述基站通过无线方式进行双向通讯，所述无人机无线收发模块将所述主控模块中接收到的摄像头的数据传输至基站，并将从基站中接收到的指令通过无人机无线收发模块传输至主控模块，以控制云台带动摄像头进行转动以及控制摄像头进行倾斜摄影，以便获取地物顶部信息以及地物的侧面信息；基站与本地网络收发模块相连进行双向通讯；

所述数据处理系统包括数据服务器、建模模块和功能性交互模块，所述建模模块和所述功能性交互模块分别与所述数据服务器进行双向通讯，

所述全息显示系统包括交互式显示屏和全息膜设备，功能性交互模块将建模模块处理得到的模型分别传输至数据服务器；所述功能性交互模块处理完成的数据经由交互式显示屏反馈至用户，并投影至所述全息膜设备上。

2.如权利要求1所述的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，所述建模模块内设置3D建模软件，所述功能性交互模块内设置多功能性交互软件；所述建模模块的数据传输至功能性交互模块；所述本地网络收发模块将从基站接收到的数据传输至数据处理系统的数据服务器中，该数据服务器对数据进行处理，将数据还原为高清晰度的图像资料，并将图像资料整合到建模模块中通过3D建模软件进行处理，建模完成后通过功能性交互模块中的用户交互软件发送给全息显示系统；建模模块建模完成后将所建立的模型传输至数据服务器进行存储。

3.如权利要求2所述的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，所述功能性交互软件包含将建模数据细节放大及优化，同时可将无人机多个传感器数据整合输出至交互式显示屏中，供用户进行生产分析。

4.如权利要求3所述的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，所述云台上设置有水平转动装置和垂直转动装置，所述水平转动装置带动所述摄像头进行水平方向的转动，所述垂直转动装置带动所述摄像头进行垂直方向的转动；所述云台带动所述摄像头从多个角度进行摄像。

5.如权利要求4所述的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，所述云台的数量为五个。

6.如权利要求5所述的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，所述云台包括固定云台和/或电动云台。

7.如权利要求6所述的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，在所述固定云台上安装好摄像头后，通过水平转动装置和垂直转动装置调整摄像头的水平和俯仰的角度，达到预设的工作姿态后，通过锁紧装置，锁定水平转动装置和垂直转动装置。

8.如权利要求7所述的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，所述锁紧装置包括第一锁紧装置和第二锁紧装置，所述第一锁紧装置与水平转动装置相连，其配置用于当摄像头结束水平调整达到最好的工作状态后锁紧水平转动装置；所述第二锁紧装置与垂直转动装置相连，其配置用于当摄像头结束垂直调整达到最好的工作状态后锁紧垂直转动装置。

9.如权利要求6所述的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，所述电动云台高速姿态通过执行电动机来实现，所述执行电动机与主动模块相连，所述执行电动机接受来主控模块的控制信号以进行精确运行定位。

10.如权利要求9所述的利用无人机建模的可交互全息投影展示平台，其特征在于，所述执行电动机设置在云台内，其分别为第一电动机和第二电动机，第一电动机和第二电动机分别与主控模块相连，所述第一电动机与水平转动装置相连，所述第二电动机与所述垂直转动装置相连，所述云台内还设置限位装置。

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