CN110440763B - 一种航测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了航测装置，包括本体，本体包括无人机安装机构、避震机构、摄影机构，无人机安装机构通过避震机构安装在摄影机构的顶部；摄影机构包括摄像头基座、主控制板、一个正摄摄像头组、四个倾斜摄影摄像头组、激光三维扫描模块；正摄摄像头组设于摄像头基座的底部中央，四个倾斜摄影摄像头组依次顺时针方向设于摄像头基座的底部四周，且四个倾斜摄影摄像头组以相同的倾斜角度及互补的倾斜方向设置；摄像头组的摄像头上均装有低通镜头；激光三维扫描模块包括红外激光发生器、玻璃柱、驱动电机，红外激光发生器通过激光器固定板安装在摄像头基座上，且红外激光发生器的出光口朝向玻璃柱。本发明实施例优化了倾斜摄影装置结构并能提高成像质量。

Description

一种航测装置

技术领域

本发明涉及航拍技术领域，尤其是涉及一种便捷式带激光三维扫描的航测装置。

背景技术

近年来，倾斜摄影作为普遍用于航空测绘领域的新兴技术，能够从垂直角度和四个倾斜角度，构成五个不同的视角同步采集影像，获取地面物体清晰的纹理信息，通过对纹理信息点云化处理，进行三维重建生成的模型，倾斜摄影具有比传统手工建模自动化程度高、周期更短、精度更高等优势。目前国内外的倾斜摄影系统主要存在以下问题：

现有的倾斜摄影装置主要采用拼装式，在云台载板上分布多个数码相机，虽然其具有制作成本低的优点，但缺点是布局合理性差，没有考虑系统整体结构刚性和成像稳定性，拆装复杂，需要较大的飞行平台；而且现有的倾斜摄影装置采用可见光成像原理，对于一些树木茂密或背坡面阳光遮挡部分成像效果不佳，影响航测数据采集精度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种便捷式带激光三维扫描的航测装置，以优化整体结构和提高成像质量。

本发明所采用的技术方案为：

一种航测装置，包括本体，所述本体包括无人机安装机构、避震机构以及摄影机构，所述无人机安装机构的底部通过所述避震机构安装在所述摄影机构的顶部；

所述摄影机构包括摄像头基座、主控制板、分别与所述主控制板连接的一个正摄摄像头组、四个倾斜摄影摄像头组、激光三维扫描模块，所述主控制板安装在所述摄像头基座上；

所述正摄摄像头组设于所述摄像头基座的底部中央，四个所述倾斜摄影摄像头组围绕所述正摄摄像头组并依次顺时针方向设于所述摄像头基座的底部四周，且四个所述倾斜摄影摄像头组以相同的倾斜角度及互补的倾斜方向设置；所述倾斜摄影摄像头组、所述正摄摄像头组的摄像头上均装有低通镜头；

所述激光三维扫描模块包括红外激光发生器、玻璃柱、驱动电机，所述红外激光发生器通过激光器固定板安装在所述摄像头基座上，且所述红外激光发生器的出光口朝向所述玻璃柱，所述红外激光发生器、所述玻璃柱受所述驱动电机控制以调整激光发射角度和频率。

作为优选方案，所述低通镜头为红外滤光片镜头。

作为优选方案，所述摄像头基座的底部设有用于安装所述正摄摄像头组的第一旋转卡槽、用于安装所述倾斜摄影摄像头组的四个第二旋转卡槽；

所述正摄摄像头组上设有第一旋转卡扣，所述正摄摄像头组通过所述第一旋转卡扣与所述第一旋转卡槽相配合以固定在所述摄像头基座上；

每一所述倾斜摄影摄像头组上设有第二旋转卡扣，所述倾斜摄影摄像头组通过所述第二旋转卡扣与对应的所述第二旋转卡槽相配合以固定在所述摄像头基座上。

作为优选方案，所述摄像头基座的底部设有用于安装倾斜摄影摄像头组的四个倾斜安装台，四个所述倾斜安装台依次顺时针方向位于所述摄像头基座的底部四周，且四个所述倾斜安装台以相同的倾斜角度及互补的倾斜方向设置。

作为优选方案，所述避震机构包括云台避震板、避震球、负荷挂载板；

所述云台避震板与所述负荷挂载板连接，所述负荷挂载板的顶部四周各自设有一个所述避震球，所述云台避震板的底部支撑在四个所述避震球上。

作为优选方案，所述云台避震板的中间设有贯穿其上下表面的通孔，所述无人机安装机构穿过所述通孔并固定安装在所述负荷挂载板上。

作为优选方案，所述无人机安装机构为云台支架，所述云台支架包括底座和四个支撑架，每一所述支撑架倾斜安装在所述底座上，且四个所述支撑架的顶部位于同一平面。

作为优选方案，所述摄像头基座的四周边缘设有若干散热孔。

作为优选方案，所述主控制板包括处理器、无线通讯模块，所述处理器的输入端与所述正摄摄像头组、所述倾斜摄影摄像头组连接，所述处理器的控制端与所述驱动电机、所述红外激光发生器连接，所述处理器的通讯端与所述无线通讯模块连接。

作为优选方案，所述主控制板还包括存储模块，所述存储模块与所述处理器的存储端连接。

相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于，本发明提供的一种航测装置，通过采用所述无人机安装机构装载无人机，利用所述避震机构实现减震、提高所述本体稳定性，由所述摄像机构进行航测数据的采集。所述摄像头基座上设有5个摄像头组，四个所述倾斜摄影摄像头组采用倾斜角度互补方式呈顺时针方向安装，保证了四个所述倾斜摄影摄像头组采集图像最小角度重叠，达到单航向全视角拍摄目的。所述玻璃柱能够使所述激光发生器产生激光经折射生成一字型激光线，所述低通镜头用于区分环境光和捕获激光反射光斑的，与所述红外激光发生器同心轴方式连接的所述驱动电机用于控制所述激光发生器160度扫动，相比于现有技术采用可见光成像原理，本发明采用所述激光三维扫描模块能够有效与环境光区分开来，利用激光在照射到物体表面时，随着物体轮廓反射光斑，由摄像头组捕获光斑图像，再由高程数据和被测物体可见光图像特征点以及所述被测物体的表面反射的激光光斑进行三维重建，从而有利于提高成像效果和航测数据采集精度。

附图说明

图1是本发明实施例中的航测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中的航测装置的正视图；

图3是本发明实施例中的航测装置的俯视图；

图4是本发明实施例中的航测装置的爆炸图；

图5是本发明实施例中的航测装置拍摄到的地形地貌图；

图6是本发明实施例中的航测装置拍摄到的地形地貌图；

图7是本发明实施例中的航测装置的原理图；

其中，说明书附图的附图标记如下：

1、云台支架；2、云台避震板；3、避震球；4、负荷挂载板；5、基座盖板；6、激光器盖板；7、驱动电机；8、红外激光发生器；9、玻璃柱；10、激光器固定板；11、摄像头基座；12、正摄摄像头组；13、倾斜摄影摄像头组；14、低通镜头；15、螺丝；16、倾斜安装台。

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作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。

请参见图1至图4，本发明优选实施例提供一种航测装置，包括本体，所述本体包括无人机安装机构、避震机构以及摄影机构，所述无人机安装机构的底部通过所述避震机构安装在所述摄影机构的顶部；通过采用所述无人机安装机构装载无人机，利用所述避震机构实现减震、提高所述本体稳定性，由所述摄像机构进行航测数据的采集。

所述摄影机构包括摄像头基座11、主控制板、分别与所述主控制板连接的一个正摄摄像头组12、四个倾斜摄影摄像头组13、激光三维扫描模块，所述主控制板安装在所述摄像头基座11上；

所述正摄摄像头组12设于所述摄像头基座11的底部中央，四个所述倾斜摄影摄像头组13围绕所述正摄摄像头组12并依次顺时针方向设于所述摄像头基座11的底部四周，且四个所述倾斜摄影摄像头组13以相同的倾斜角度及互补的倾斜方向设置；所述倾斜摄影摄像头组13、所述正摄摄像头组12的摄像头上均装有低通镜头14；优选的，所述低通镜头14为红外滤光片镜头。所述摄像头基座11上设有5个摄像头组，四个所述倾斜摄影摄像头组13采用倾斜角度互补方式呈顺时针方向安装，保证了四个所述倾斜摄影摄像头组13采集图像最小角度重叠，达到单航向全视角拍摄目的，其中，5个摄像头组均设有供电接口。

为了解决可见光成像原理导致背光面地形光线不足带来成像质量效果不佳问题，在本发明实施例中，所述激光三维扫描模块包括红外激光发生器8、玻璃柱9、驱动电机7、激光器盖板6，所述红外激光发生器8通过激光器固定板10安装在所述摄像头基座11上，且所述红外激光发生器8的出光口朝向所述玻璃柱9，所述红外激光发生器8、所述玻璃柱9受所述驱动电机7控制以调整扫描角度和扫描频率。所述驱动电机7优选为伺服电机，与所述激光发生器的固定柱采用同心轴方式连接，所述红外激光发生器8的波长为900nm，可有效与环境光区分开来，所述红外激光发生器8发出光源通过玻璃柱9发生偏折，形成一字线激光。

其中，所述玻璃柱9能够使所述红外激光发生器8产生激光经折射生成一字型激光线，所述低通镜头14用于区分环境光和捕获激光反射光斑的，与所述红外激光发生器8同心轴方式连接的所述驱动电机7用于控制所述红外激光发生器8以设定的频率可160度地扫动，相比于现有技术采用可见光成像原理，本发明采用所述激光三维扫描模块能够有效与环境光区分开来，利用激光在照射到物体表面时，能够随着物体轮廓反射光斑，从而由摄像头组捕获光斑图像，再由高程数据和被测物体可见光图像特征点以及所述被测物体的表面反射的激光光斑进行三维重建，从而有利于提高成像效果和航测数据采集精度。如图4和图5所示，通过摄像头组捕获激光反射光斑，能很好反映背光侧(山沟)地形地貌。

为更好的理解本发明，进一步说明所述激光发生器通过玻璃柱9偏折后呈一字线投影，5个摄像头组安装低通滤光镜片可捕获900nm波长激光反射光，所述红外激光发生器8与5个摄像头组位于所述摄像头基座11左右与所述红外激光发生器8的发射光线构成三角测距原理。

三角测距原理如图7所示，beta为所述红外激光发生器8的摆动夹角，单次摆动最大角度为160度；通过三角测距可获得地面测物距离d，其关系式为q＝fs/x，x为是待测物体上激光光点在摄像头感光元件(如CMOS)上的成像到一侧边缘的距离，则d＝q/sin(beta)；通过单次摆动和相机触发曝光捕获光斑得到平面距离为L＝beta×π×d/180，beta与曝光时间s关联，然后根据得到测物空间距离dL值转换为三维坐标，获得地形高程数据，再由高程数据和被测物体可见光图像特征点以及所述被测物体的表面反射的激光光斑进行三维重建。

在本发明实施例中，为了提升便捷性，在所述摄像头基座11的相机安装位设计为旋转式卡扣，可根据使用场景所需切换正摄和倾斜摄影模式，所述摄像头基座11的底部设有用于安装所述正摄摄像头组12的第一旋转卡槽、用于安装所述倾斜摄影摄像头组13的四个第二旋转卡槽；所述正摄摄像头组12上设有第一旋转卡扣，所述正摄摄像头组12通过所述第一旋转卡扣与所述第一旋转卡槽相配合以固定在所述摄像头基座11上；每一所述倾斜摄影摄像头组13上设有第二旋转卡扣，所述倾斜摄影摄像头组13通过所述第二旋转卡扣与对应的所述第二旋转卡槽相配合以固定在所述摄像头基座11上。本实施例通过可拆卸式的结构设计，能够在降低整体重量的同时提升了便捷性。

在本发明实施例中，为了使结构合理化，所述摄像头基座11的底部设有用于安装倾斜摄影摄像头组13的四个倾斜安装台16，四个所述倾斜安装台16依次顺时针方向位于所述摄像头基座11的底部四周，且四个所述倾斜安装台16以相同的倾斜角度及互补的倾斜方向设置。所述摄像头基座11的顶部设有基座盖板5，所述激光器盖板6与所述基座盖板5盖合在所述摄像头基座11的顶部开口处。

在本发明实施例中，所述避震机构包括云台避震板2、避震球3、负荷挂载板4；所述云台避震板2与所述负荷挂载板4连接，所述负荷挂载板4的顶部四周各自设有一个所述避震球3，所述云台避震板2的底部支撑在四个所述避震球3上。

所述云台避震板2的中间设有贯穿其上下表面的通孔，所述无人机安装机构穿过所述通孔并固定安装在所述负荷挂载板4上。

所述无人机安装机构为云台支架1，所述云台支架1包括底座和四个支撑架，每一所述支撑架倾斜安装在所述底座上，且四个所述支撑架的顶部位于同一平面。

在本实施例中，所述云台避震板2为飞行平台固定装置，所述负荷挂载板4通过螺丝15与云台支架1连接固定，所述负荷挂载板4的四周设置有避震球安装孔，所述避震球3的底部安装在避震球安装孔上，而所述避震球3的顶部则支撑所述云台避震板2的底部。

在本发明实施例中，所述主控制板(图未示)包括处理器、无线通讯模块，所述处理器的输入端与所述正摄摄像头组12、所述倾斜摄影摄像头组13连接，所述处理器的控制端与所述驱动电机7、所述红外激光发生器8连接，所述处理器的通讯端与所述无线通讯模块连接。所述主控制板还包括存储模块，所述存储模块与所述处理器的存储端连接。

在本发明实施例中，所述摄像头基座11的四周边缘设有若干散热孔，以用于所述主控制板的散热和防止所述红外激光发生器8受潮湿环境影响导致凸镜雾化问题，所述摄像头基座11上设置激光器盖板6，所述激光器盖板6通过平头螺丝15连接所述摄像头基座11与所述负荷挂载板4，所述负荷挂载板4设置四个避震球安装孔，所述避震球3通过所述负荷挂载板4安装孔连接连接到云台避震板2，再由所述云台支架1与负荷挂载板4通过螺丝15固定，呈T形安装。这种设计结构有益于为整个便捷式带激光三维扫描的航测装置提供多个维度避震减少来自飞行平台扰动影响，结构上更为紧凑，刚性强提高了航测成像稳定性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种航测装置，其特征在于，包括本体，所述本体包括无人机安装机构、避震机构以及摄影机构，所述无人机安装机构的底部通过所述避震机构安装在所述摄影机构的顶部；

所述摄影机构包括摄像头基座、主控制板、分别与所述主控制板连接的一个正摄摄像头组、四个倾斜摄影摄像头组、激光三维扫描模块，所述主控制板安装在所述摄像头基座上；

所述正摄摄像头组设于所述摄像头基座的底部中央，四个所述倾斜摄影摄像头组围绕所述正摄摄像头组并依次顺时针方向设于所述摄像头基座的底部四周，且四个所述倾斜摄影摄像头组以相同的倾斜角度及互补的倾斜方向设置；所述倾斜摄影摄像头组、所述正摄摄像头组的摄像头上均装有低通镜头；所述低通镜头为红外滤光片镜头；

所述激光三维扫描模块包括红外激光发生器、玻璃柱、驱动电机，所述红外激光发生器通过激光器固定板安装在所述摄像头基座上，且所述红外激光发生器的出光口朝向所述玻璃柱，所述红外激光发生器受所述驱动电机控制以调整激光发射角度和频率。

2.如权利要求1所述的航测装置，其特征在于，所述摄像头基座的底部设有用于安装所述正摄摄像头组的第一旋转卡槽、用于安装所述倾斜摄影摄像头组的四个第二旋转卡槽；

所述正摄摄像头组上设有第一旋转卡扣，所述正摄摄像头组通过所述第一旋转卡扣与所述第一旋转卡槽相配合以固定在所述摄像头基座上；

每一所述倾斜摄影摄像头组上设有第二旋转卡扣，所述倾斜摄影摄像头组通过所述第二旋转卡扣与对应的所述第二旋转卡槽相配合以固定在所述摄像头基座上。

3.如权利要求1或2所述的航测装置，其特征在于，所述摄像头基座的底部设有用于安装倾斜摄影摄像头组的四个倾斜安装台，四个所述倾斜安装台依次顺时针方向位于所述摄像头基座的底部四周，且四个所述倾斜安装台以相同的倾斜角度及互补的倾斜方向设置。

4.如权利要求1所述的航测装置，其特征在于，所述避震机构包括云台避震板、避震球、负荷挂载板；

所述云台避震板与所述负荷挂载板连接，所述负荷挂载板的顶部四周各自设有一个所述避震球，所述云台避震板的底部支撑在四个所述避震球上。

5.如权利要求4所述的航测装置，其特征在于，所述云台避震板的中间设有贯穿其上下表面的通孔，所述无人机安装机构穿过所述通孔并固定安装在所述负荷挂载板上。

6.如权利要求1或5所述的航测装置，其特征在于，所述无人机安装机构为云台支架，所述云台支架包括底座和四个支撑架，每一所述支撑架倾斜安装在所述底座上，且四个所述支撑架的顶部位于同一平面。

7.如权利要求1所述的航测装置，其特征在于，所述摄像头基座的四周边缘设有若干散热孔。

8.如权利要求1所述的航测装置，其特征在于，所述主控制板包括处理器、无线通讯模块，所述处理器的输入端与所述正摄摄像头组、所述倾斜摄影摄像头组连接，所述处理器的控制端与所述驱动电机、所述红外激光发生器连接，所述处理器的通讯端与所述无线通讯模块连接。

9.如权利要求8所述的航测装置，其特征在于，所述主控制板还包括存储模块，所述存储模块与所述处理器的存储端连接。