CN111717406A - 一种无人机影像采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机影像采集系统，涉及无人机技术领域，包括：高光谱相机、红外热成像仪、可见光摄像机分别与采集控制装置连接，采集控制装置用于控制扫描伺服装置按照预设轨迹进行运动，并完成来自高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机的影像数据的采集和处理；扫描伺服装置，包括水平推扫框架、水平旋转组件和俯仰旋转组件，水平推扫框架顶部与无人机底部可水平移动连接，水平旋转组件通过减震组件与水平推扫框架顶部连接，水平旋转组件的左右两侧分别对称连接有下悬臂，俯仰旋转组件对称连接在下悬臂上，高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机所在外壳与俯仰旋转组件连接。本发明影像采集精度高的优点。

Description

一种无人机影像采集系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人机影像采集系统。
背景技术
随着经济建设的迅速发展和地理国情监测的提出，亟需大力发展地理国情信息实时获取和快速处理的技术体系。相对于传统的工程测量而言，以卫星、大飞机为搭载平台的遥感和航空摄影技术可以快速获取大范围的地理国情信息，能够在国家基本地形图的测制和更新中发挥着重要的作用。而随着无人机技术投入民用领域，以及数码相机技术的快速发展，无人机与遥感技术相结合形成的无人机遥感一体化系统成为目前地理国情监测领域的一个重要发展方向。因其具有机动、快速、经济等优点，这使得该系统在小区域测绘和应急数据获取等方面有着独特的优势。
但是，由于无人机的图像采集的质量，不仅与环境因素相关，也与摄像头的成像质量有关，还与数据采集处理系统对采集图像的处理方法有关，一旦任何一个因素出现偏差，拍摄的图像就可能会产生较多的噪点，使得最终的采集结果不理想。
发明内容
因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的无人机图像采集系统精度低。
为此，本发明实施例的一种无人机影像采集系统，包括：
高光谱相机，与采集控制装置连接，用于在扫描伺服装置的运动带动下完成对目标的二维几何空间及一维光谱信息的采集，采集控制装置实时采集获得的高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据；
红外热成像仪，与采集控制装置连接，用于在扫描伺服装置的运动带动下完成对目标的红外热图像的采集，采集控制装置实时采集获得的红外热图像数据；
可见光摄像机，与采集控制装置连接，用于在扫描伺服装置的带动下完成对目标的可见光图像的采集，采集控制装置实时采集获得的可见光图像数据；高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机共同封装在一外壳内，外壳安装在扫描伺服装置上；
扫描伺服装置，包括水平推扫框架、水平旋转组件和俯仰旋转组件，水平推扫框架顶部与无人机底部可水平移动连接，水平旋转组件通过减震组件与水平推扫框架顶部连接，水平旋转组件的左右两侧分别对称连接有下悬臂，俯仰旋转组件对称连接在下悬臂上，高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机所在外壳与俯仰旋转组件连接；
采集控制装置，与扫描伺服装置连接，用于控制扫描伺服装置按照预设轨迹进行运动，并完成来自高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机的影像数据的采集和处理。
优选地，水平推扫框架顶部具有齿轮组件，齿轮组件与无人机底部的齿条组件相啮合。
优选地，减震组件包括：底板、第一连接柱、第一弹性组件、传递环、内弯弹性组件、内环圆板、第二弹性组件、第二连接柱和顶板；
底板连接在水平旋转组件上，顶板连接在水平推扫框架上，第一连接柱的下端与底板上表面连接，第一连接柱的上端与顶板下表面连接，第一弹性组件的下端与底板上表面连接，第一弹性组件的上端与传递环下表面连接，内弯弹性组件的下端与传递环上表面连接，内弯弹性组件的上端与内环圆板下表面连接，第二弹性组件的下端与内环圆板上表面连接，第二连接柱的下端与内环圆板上表面连接，第二连接柱的上端与顶板的下表面连接；
内弯弹性组件为弯曲形弹性构件，内环圆板的外径小于传递环的内径，即内环圆板置于传递环环内空间中，传递环的外边缘具有内凹部，内凹部用于供第一连接柱通过，底板、传递环、内环圆板和顶板共轴排列。
优选地，底板、第一连接柱和第一弹性组件构成外圈减震机构，内环圆板、第二弹性组件和第二连接柱构成内圈减震机构，传递环和内弯弹性组件构成剪切力减震机构。
优选地，传递环和顶板上具有通孔。
优选地，高光谱相机采用基于液晶可调滤光片的多光谱成像技术和面阵凝视成像方式。
优选地，红外热成像仪采用成像质量最佳的小型非制冷红外探测器。
优选地，可见光摄像机采用数字网络接口摄像头作为相机的机芯。
优选地，采集控制装置的载荷数据接口使用统一的RJ45接口。
优选地，还包括：
扫描控制电路板，连接在扫描伺服装置和采集控制装置之间，用于转化获得驱动扫描伺服装置工作的电信号；
AV数字压缩板，连接在红外热成像仪和采集控制装置之间，用于将红外热成像仪采集的影像数据进行压缩处理后发送给采集控制装置；
电源与PWM控制板，分别与系统中的各部件连接，用于提供电源。
本发明实施例的技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供的无人机影像采集系统通过扫描伺服装置实现对高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机的水平移动、水平和俯仰角度调整的全方位的运动控制，系统具有视场角大的优点。通过增加减震组件，在高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机所在外壳与无人机之间实现了减震连接，从而极大地减小了飞行震动对影像采集造成的影响，提高了影像采集精度和清晰度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明实施例1中无人机影像采集系统的一个具体示例的原理框图；
图2为本发明实施例1中扫描伺服装置的一个具体示例的结构示意图；
图3为本发明实施例1中减震组件的一个具体示例的结构示意图；
图4为本发明实施例1中第一弹性组件的一个具体示例的结构示意图。
附图标记：1-高光谱相机、2-红外热成像仪、3-可见光摄像机、4-扫描伺服装置、41-水平推扫框架、42-齿轮组件、43-减震组件、431-底板、432-第一连接柱、433-第一弹性组件、4331-齿状结构、434-传递环、435-内弯弹性组件、436-内环圆板、437-第二弹性组件、438-第二连接柱、439-顶板、44-水平旋转组件、45-俯仰旋转组件、5-采集控制装置、6-扫描控制电路板、7- AV数字压缩板、8-电源与PWM控制板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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。
尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而可以理解的是，该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述存储模块中存储的过程，从而执行一个或多个过程。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种无人机影像采集系统，如图1和2所示，包括：
高光谱相机1，与采集控制装置5连接，用于在扫描伺服装置4的运动带动下完成对目标的二维几何空间及一维光谱信息的采集，采集控制装置5实时采集获得的高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据；
红外热成像仪2，与采集控制装置5连接，用于在扫描伺服装置4的运动带动下完成对目标的红外热图像的采集，采集控制装置5实时采集获得的红外热图像数据；
可见光摄像机3，与采集控制装置5连接，用于在扫描伺服装置4的带动下完成对目标的可见光图像的采集，采集控制装置5实时采集获得的可见光图像数据；高光谱相机1、红外热成像仪2和可见光摄像机3共同封装在一外壳内，外壳安装在扫描伺服装置4上；
扫描伺服装置4，包括水平推扫框架41、水平旋转组件44和俯仰旋转组件45，水平推扫框架41顶部与无人机底部可水平移动连接，水平旋转组件44通过减震组件与水平推扫框架41顶部连接，水平旋转组件44的左右两侧分别对称连接有下悬臂，俯仰旋转组件45对称连接在下悬臂上，高光谱相机1、红外热成像仪2和可见光摄像机3所在外壳与俯仰旋转组件45连接；水平推扫框架41顶部与无人机底部可水平移动连接，实现在采集控制装置5的控制下水平前后移动，进行推扫运动；通过减震组件43将水平旋转组件44与水平推扫框架41顶部进行连接，即高光谱相机1、红外热成像仪2和可见光摄像机3所在外壳与无人机之间实现了减震连接，从而极大地减小了飞行震动对影像采集造成的影响，提高了影像采集精度和清晰度；通过水平旋转组件44可实现水平偏转角的旋转调整；通过俯仰旋转组件45可实现俯仰偏转角的旋转调整；
采集控制装置5，与扫描伺服装置4连接，用于控制扫描伺服装置4按照预设轨迹进行运动，并完成来自高光谱相机1、红外热成像仪2和可见光摄像机3的影像数据的采集和处理。
上述无人机影像采集系统通过扫描伺服装置实现对高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机的水平移动、水平和俯仰角度调整的全方位的运动控制，系统具有视场角大的优点。通过增加减震组件，在高光谱相机、红外热成像仪和可见光摄像机所在外壳与无人机之间实现了减震连接，从而极大地减小了飞行震动对影像采集造成的影响，提高了影像采集精度和清晰度。
如图1所示，无人机影像采集系统还包括：
扫描控制电路板6，连接在扫描伺服装置4和采集控制装置5之间，用于转化获得驱动扫描伺服装置4工作的电信号；
AV数字压缩板7，连接在红外热成像仪2和采集控制装置5之间，用于将红外热成像仪2采集的影像数据进行压缩处理后发送给采集控制装置5；
电源与PWM控制板8，分别与系统中的各部件连接，用于提供电源。
优选地，高光谱相机1采用基于液晶可调滤光片的多光谱成像技术，其通过实现电控连续或间断光谱调谐，体积小、重量轻、功耗小，采用面阵凝视成像方式，电控实现快速光谱连续调谐，光路结构简单，对搭载平台要求低。
优选地，红外热成像仪2采用成像质量最佳的小型非制冷红外探测器，探测图像质量优良，性能稳定，体积小巧，使用方便。通过采集控制装置5获取红外图像测温值，可用于即时的红外图像最高温追踪与测量，动态记录8/14bit无损红外数字序列图。因此通过将包含红外热成像仪的影像采集系统挂载在无人机平台，可广泛应用于红外遥感、伪装勘察、地理测绘、全像素温度读取等专业领域。红外热成像仪还可以读取飞控数据，从中获取载机经纬度、高度、平台姿态、时间等信息，自动解算检测影像采集系统入射角、方位角和坐标等信息。
优选地，可见光摄像机3采用数字网络接口摄像头作为相机的机芯，通过采集控制装置5的控制实现对相机的变焦等操作，可见光摄像机3还可以读取飞控数据，从中获取载机经纬度、高度、平台姿态、时间等信息并自动解算检测影像采集系统入射角、方位角和坐标等信息。
优选地，水平推扫框架41顶部具有齿轮组件42，齿轮组件42与无人机底部的齿条组件相啮合，通过齿轮组件42的转动使其在齿条组件上前后水平移动，带动扫描伺服装置4的水平移动，实现可控水平推扫动作。
优选地，采集控制装置5的载荷数据接口使用统一的RJ45接口，无论是图传还是数据下载，均采用该接口进行数据交换，各任务载荷均可即插即用。
优选地，如图3所示，减震组件43包括：底板431、第一连接柱432、第一弹性组件433、传递环434、内弯弹性组件435、内环圆板436、第二弹性组件437、第二连接柱438和顶板439；
底板431连接在水平旋转组件44上，顶板439连接在水平推扫框架41上，第一连接柱432的下端与底板431上表面连接，第一连接柱432的上端与顶板439下表面连接，第一弹性组件433的下端与底板431上表面连接，第一弹性组件433的上端与传递环434下表面连接，内弯弹性组件435的下端与传递环434上表面连接，内弯弹性组件435的上端与内环圆板436下表面连接，第二弹性组件437的下端与内环圆板436上表面连接，第二连接柱438的下端与内环圆板436上表面连接，第二连接柱438的上端与顶板439的下表面连接；
内弯弹性组件435为弯曲形弹性构件，内环圆板436的外径小于传递环434的内径，即内环圆板436置于传递环434环内空间中，传递环434的外边缘具有内凹部，内凹部用于供第一连接柱432通过，底板431、传递环434、内环圆板436和顶板439共轴排列；
底板431、第一连接柱432、第一弹性组件433构成外圈减震机构，内环圆板436、第二弹性组件437、第二连接柱438构成内圈减震机构，传递环434、内弯弹性组件435构成剪切力减震机构，三者共同作用极大地提高了减震组件的减震效果。
优选地，传递环434、顶板439上具有通孔，从而减轻其本身重量，减轻了减震组件的重量，减小无人机负荷。
优选地，如图4所示，第一弹性组件433、第二弹性组件437均呈多层堆积状，中间膨大，靠近两端收缩，两端再次膨大，上下端面分别设有凹凸不平的齿状结构4331，以增大缓冲减震效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种无人机影像采集系统，其特征在于，包括：
高光谱相机（1），与采集控制装置（5）连接，用于在扫描伺服装置（4）的运动带动下完成对目标的二维几何空间及一维光谱信息的采集，采集控制装置（5）实时采集获得的高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据；
红外热成像仪（2），与采集控制装置（5）连接，用于在扫描伺服装置（4）的运动带动下完成对目标的红外热图像的采集，采集控制装置（5）实时采集获得的红外热图像数据；
可见光摄像机（3），与采集控制装置（5）连接，用于在扫描伺服装置（4）的带动下完成对目标的可见光图像的采集，采集控制装置（5）实时采集获得的可见光图像数据；高光谱相机（1）、红外热成像仪（2）和可见光摄像机（3）共同封装在一外壳内，外壳安装在扫描伺服装置（4）上；
扫描伺服装置（4），包括水平推扫框架（41）、水平旋转组件（44）和俯仰旋转组件（45），水平推扫框架（41）顶部与无人机底部可水平移动连接，水平旋转组件（44）通过减震组件（43）与水平推扫框架（41）顶部连接，水平旋转组件（44）的左右两侧分别对称连接有下悬臂，俯仰旋转组件（45）对称连接在下悬臂上，高光谱相机（1）、红外热成像仪（2）和可见光摄像机（3）所在外壳与俯仰旋转组件（45）连接；
采集控制装置（5），与扫描伺服装置（4）连接，用于控制扫描伺服装置（4）按照预设轨迹进行运动，并完成来自高光谱相机（1）、红外热成像仪（2）和可见光摄像机（3）的影像数据的采集和处理。
2.根据权利要求1所述的无人机影像采集系统，其特征在于，水平推扫框架（41）顶部具有齿轮组件（42），齿轮组件（42）与无人机底部的齿条组件相啮合。
3.根据权利要求1或2所述的无人机影像采集系统，其特征在于，减震组件（43）包括：底板（431）、第一连接柱（432）、第一弹性组件（433）、传递环（434）、内弯弹性组件（435）、内环圆板（436）、第二弹性组件（437）、第二连接柱（438）和顶板（439）；
底板（431）连接在水平旋转组件（44）上，顶板（439）连接在水平推扫框架（41）上，第一连接柱（432）的下端与底板（431）上表面连接，第一连接柱（432）的上端与顶板（439）下表面连接，第一弹性组件（433）的下端与底板（431）上表面连接，第一弹性组件（433）的上端与传递环（434）下表面连接，内弯弹性组件（435）的下端与传递环（434）上表面连接，内弯弹性组件（435）的上端与内环圆板（436）下表面连接，第二弹性组件（437）的下端与内环圆板（436）上表面连接，第二连接柱（438）的下端与内环圆板（436）上表面连接，第二连接柱（438）的上端与顶板（439）的下表面连接；
内弯弹性组件（435）为弯曲形弹性构件，内环圆板（436）的外径小于传递环（434）的内径，即内环圆板（436）置于传递环（434）环内空间中，传递环（434）的外边缘具有内凹部，内凹部用于供第一连接柱（432）通过，底板（431）、传递环（434）、内环圆板（436）和顶板（439）共轴排列。
4.根据权利要求3所述的无人机影像采集系统，其特征在于，底板（431）、第一连接柱（432）和第一弹性组件（433）构成外圈减震机构，内环圆板（436）、第二弹性组件（437）和第二连接柱（438）构成内圈减震机构，传递环（434）和内弯弹性组件（435）构成剪切力减震机构。
5.根据权利要求3或4所述的无人机影像采集系统，其特征在于，传递环（434）和顶板（439）上具有通孔。
6.根据权利要求1-5任一项所述的无人机影像采集系统，其特征在于，高光谱相机（1）采用基于液晶可调滤光片的多光谱成像技术和面阵凝视成像方式。
7.根据权利要求1-6任一项所述的无人机影像采集系统，其特征在于，红外热成像仪（2）采用成像质量最佳的小型非制冷红外探测器。
8.根据权利要求1-7任一项所述的无人机影像采集系统，其特征在于，可见光摄像机（3）采用数字网络接口摄像头作为相机的机芯。
9.根据权利要求1-8任一项所述的无人机影像采集系统，其特征在于，采集控制装置（5）的载荷数据接口使用统一的RJ45接口。
10.根据权利要求1-9任一项所述的无人机影像采集系统，其特征在于，还包括：
扫描控制电路板（6），连接在扫描伺服装置（4）和采集控制装置（5）之间，用于转化获得驱动扫描伺服装置（4）工作的电信号；
AV数字压缩板（7），连接在红外热成像仪（2）和采集控制装置（5）之间，用于将红外热成像仪（2）采集的影像数据进行压缩处理后发送给采集控制装置（5）；
电源与PWM控制板（8），分别与系统中的各部件连接，用于提供电源。
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