CN112455664A - 自稳定的球形无人机车辆摄像机组件 - Google Patents

Abstract

一种自稳定球形无人机（UAV）摄像机总成，包括：稳定器总成；耦合到稳定器总成的多个电机；布置在稳定器总成周围并耦合到稳定器总成的球形摄像机安装笼总成；以及多个摄像头，所述多个摄像头耦合到所述球形摄像头安装保持架组件上。优选地，所述多个摄像头包括耦合到所述球形摄像头安装笼组件的外部的多个立体摄像头。自稳定球形无人机摄像机总成可拍摄/记录360度×180度立体照片/视频内容。自稳定球形无人机摄像机组件还可以与各种实时可视化和控制技术一起使用。

Description

自稳定的球形无人机车辆摄像机组件

技术领域

本发明一般涉及摄影、摄像和无人机领域。更具体地说，本发明涉及一种能够拍摄、记录360度×180度立体照片、视频内容的自稳定球形无人机相机组件。自稳定球形无人机摄像机组件还可以与各种实时可视化和控制技术一起使用。

背景技术

存在各种自稳定无人机摄像机组件（此处也称为无人机摄像机组件）。通常，这些无人机相机组件包括一架常规无人机，该无人机带有万向节装置和立体摄像机。立体摄像机为本领域技术人员所熟知，包括两个或多个镜头，每个镜头具有单独的胶片框或图像传感器。这使得立体摄像机能够模拟人类的双目视觉，从而使其能够捕捉三维（3D）照片、视频图像。因此，立体照相机可用于制作立体视图和电影的3D图片，或用于距离成像。全景图像通常是通过组合或“缝合”来自相机部件周围每个镜头的图像或电影来实现的，以为每个立体视图创建单个图像或电影。

然而，不利的是，摄像头通常会捕捉到一部分阻塞支撑装置的图像，在某些情况下还会捕捉到操作员的图像。图像的这一部分必须通过后处理删除，并可能导致实时可视化问题。因此，本领域仍需要一种自稳定无人机相机组件，该组件能够在不使用阻挡支撑装置的情况下拍摄、录制360度×180度立体照片、视频内容。最好将单个信号传输到地面接收器。本发明提供了一种自稳定球形无人机摄像机组件。

发明内容

在各种示例性实施例中，本发明提供了一种自稳定球形无人机相机组件，该组件能够在不使用阻挡支撑装置的情况下拍摄、记录360度×180度立体照片、视频内容。最好将单个信号传输到地面接收器。自稳定球形无人机摄像头组件被配置成从与自稳定球形无人机摄像头组件相关的机械部件上无障碍地捕捉全景视图。

在一个示例性实施例中，本发明提供了一种自稳定球形无人机（UAV）摄像机组件，包括：稳定器组件；耦合到稳定器组件的多个电机；一个球形摄像机安装笼组件，设置在稳定器组件周围并与之耦合；以及多个摄像机与球形摄像机安装笼组件耦合。多个电机包括多个螺旋桨中的一个和多个可用于提升和控制无人机摄像机组件的管道风扇。稳定器总成可用于相对于稳定器总成在两个轴上倾斜球形摄像机安装保持架总成。或者，稳定器组件可用于围绕相对于稳定器组件的中心轴旋转球形摄像机安装保持架组件。优选地，所述多个摄像头包括多个立体摄像头。优选地，多个摄像头耦合到球形摄像头安装保持架组件的外部。自稳定球形无人机摄像头组件还包括用于处理来自多个摄像头的信号的车载处理器。

在另一示例性实施例中，本发明提供了一种提供自稳定球形无人机（UAV）摄像机组件的方法，包括：提供稳定器组件；提供多个耦合到稳定器组件的电机；提供一种球形摄像机安装保持架组件，该球形摄像机安装保持架组件设置在稳定器组件周围并与稳定器组件耦合；以及提供多个耦合到球形摄像机安装保持架组件的摄像机。多个电机包括多个螺旋桨中的一个和多个可用于提升和控制无人机摄像机组件的管道风扇。稳定器总成可用于相对于稳定器总成在两个轴上倾斜球形摄像机安装保持架总成。或者，稳定器组件可用于围绕相对于稳定器组件的中心轴旋转球形摄像机安装保持架组件。优选地，所述多个摄像头包括多个立体摄像头。优选地，多个摄像头耦合到球形摄像头安装保持架组件的外部。提供自稳定球形无人机摄像头组件的方法还包括用于处理来自多个摄像头的信号的机载处理器。

附图说明

本文参考各种图纸对本发明进行了说明和描述，其中，在适当情况下，使用类似的参考号表示类似的系统组件、方法步骤，并且其中：

图1是本发明自稳定球形无人机相机组件的一个示例性实施例的透视图；

图2是本发明自稳定球形无人机相机组件的一个示例性实施例的分解透视图；

图3是本发明自稳定球形无人机相机组件的一个示例性实施例的一对平面图，突出了稳定器组件的倾斜半径；

图4是本发明自稳定球形无人机相机组件的第二示例性实施例的透视图；

图5是本发明自稳定球形无人机相机组件第二示例性实施例的分解透视图；

图6是本发明自稳定球形无人机相机组件第二示例性实施例的一对平面图，突出了稳定器组件的倾斜半径；

图7是本发明第二实施例稳定器组件的透视图；

图8是本发明第二实施例稳定器总成的分解透视图；

图9是处理装置的方框图，该处理装置可并入或与稳定球形无人机摄像头组件相关联；并且

图10是移动设备的框图，可用于控制稳定球形无人机摄像机组件，例如通过与图9的处理设备通信。

具体实施方式

公开内容的详细说明再次，在各种示例性实施例中，本发明提供了这样一种自稳定球形无人机摄像头组件，该组件能够在不使用阻挡支撑装置的情况下拍摄、记录360度×180度立体照片、视频内容。最好将单个信号传输到地面接收器。

现在特指图1和2，在一个示例性实施例中，自稳定球形无人机摄像头组件10包括稳定器组件12和耦合到稳定器组件12的多个电机14。稳定器组件12可用于在两个轴上倾斜无人机摄像头组件10。或者，稳定器组件12也可用于围绕相对于稳定器组件12的中心轴旋转连接的球形摄像机安装保持架组件16。在该示例性实施例中，稳定器组件12包括一个中心构件18，该中心构件18耦合到一个内框架构件20，该内框架构件20耦合到一个外方形框架构件22。中心构件18被配置为相对于内框架构件20围绕第一轴倾斜，而内框架构件20被配置为相对于外框架构件22围绕垂直于第一轴的第二轴倾斜。多个电机14通过连接到外部框架构件22的多个臂24耦合到稳定器组件12。通过这种方式，可以控制稳定器组件12的滚动、变桨和偏航。稳定器组件12通过连接到中心构件18的中心杆结构26连接到球形摄像机安装保持架组件16。通过这种方式，还可以控制球形摄像机安装保持架组件16的滚动、倾斜和偏航。

一般而言，稳定器组件12和多个电机14代表可通过手动或自动（即基于传感器的）控制在空间中任何方向移动或旋转的常规无人机，这两种控制均为本领域技术人员所熟知。因此，可以通过照片、视频在空间中移动、定向和稳定连接的球形摄像机安装笼组件16。任何转子配置、陀螺布置或控制、反馈系统都可用于实现这些目的，无论是传统的还是新颖的。例如，可以使多个电机14中的一个或多个相对于稳定器组件12或其外部框架构件22转动。八转子配置仅通过示例说明。

布置在稳定器组件12周围的球形摄像机安装保持架组件16由一个框架结构组成，该框架结构旨在最大限度地提高刚度，同时最小化重量。优选地，该框架结构由轻质金属、复合材料或塑料材料制成。优选地，电线布置在框架结构的各个构件内/附近，或者沿着框架结构的各个构件印刷或形成电路痕迹，通过这些构件连接各种电子元件、电路板、电源等。优选地，耦合到球形摄像机安装保持架组件16的多个摄像机28包括多个立体摄像机。优选地，多个摄像头28耦合到球形摄像头安装保持架组件16的外部。立体摄像机为本领域技术人员所熟知，包括两个或多个镜头（或摄像机），每个镜头（或摄像机）具有单独的胶片框或图像传感器。这使得立体摄像机可以模拟人的双目视觉，从而使他们能够捕捉3D照片/视频图像。因此，立体摄像机可用于拍摄电影的立体视图和3D图像，或用于距离成像。因此，自稳定球形无人机相机组件10能够在不使用阻挡万向节装置的情况下拍摄/记录360度×180度立体照片/视频内容。

自稳定球形无人机摄像头组件10还包括用于处理来自多个摄像头28的信号的机载处理器30。因此，最好将单个信号传输到地面接收器。车载处理器30可以是图9所示的处理装置100，其与图10所示的移动装置200通信。

图3是本发明自稳定球形无人机相机组件10的一个示例性实施例的一对平面图，突出了稳定器组件12的倾斜半径。在示例性实施例中，稳定器组件12可以在45度和−45度之间倾斜。还考虑了其他倾斜角。

现在特指图4-8，在第二个示例性实施例中，自稳定球形无人机摄像头组件50包括稳定器组件52和耦合到稳定器组件52的多个电机54。稳定器组件52可用于在两个轴上倾斜无人机摄像头组件50。或者，稳定器组件52也可用于围绕相对于稳定器组件52的中心轴旋转连接的球形摄像机安装保持架组件56。在该示例性实施例中，稳定器组件52包括一个中心构件58，该中心构件58耦合到一个内框架构件60，该内框架构件60耦合到一个外方形框架构件62。中心构件58配置为相对于内框架构件60围绕第一轴倾斜，而内框架构件60配置为相对于外框架构件62围绕垂直于第一轴的第二轴倾斜。多个电机54通过连接到外部框架构件62的多个臂64耦合到稳定器组件52。通过这种方式，可以控制稳定器组件52的滚动、变桨和偏航。稳定器组件52通过连接到中心构件58的中心杆结构66连接到球形摄像机安装保持架组件56。通过这种方式，还可以控制球形摄像机安装保持架组件56的滚动、倾斜和偏航。

一般而言，稳定器组件52和多个电机54代表可通过手动或自动（即基于传感器的）控制在空间中任何方向移动或旋转的常规无人机，这两种控制均为本领域技术人员所熟知。因此，可以通过照片/视频在空间中移动、定向和稳定连接的球形摄像机安装笼组件16。任何转子配置、陀螺布置或控制/反馈系统都可用于实现这些目的，无论是传统的还是新颖的。例如，可以使多个电机54中的一个或多个相对于稳定器组件52或其外部框架构件62转动。十六个转子结构仅通过示例说明。

布置在稳定器组件52周围的球形摄像机安装保持架组件56由一个框架结构组成，该框架结构旨在最大限度地提高刚度，同时最小化重量。优选地，该框架结构由轻质金属、复合材料或塑料材料制成。优选地，电线布置在框架结构的各个构件内/附近，或者沿着框架结构的各个构件印刷或形成电路痕迹，通过这些构件连接各种电子元件、电路板、电源等。优选地，耦合到球形摄像机安装保持架组件16的多个摄像机28包括多个立体摄像机。优选地，多个摄像头28耦合到球形摄像头安装保持架组件56的外部。立体摄像机为本领域技术人员所熟知，包括两个或多个镜头（或摄像机），每个镜头（或摄像机）具有单独的胶片框或图像传感器。这使得立体摄像机可以模拟人的双目视觉，从而使他们能够捕捉3D照片/视频图像。因此，立体摄像机可用于拍摄电影的立体视图和3D图像，或用于距离成像。因此，自稳定球形无人机相机组件50能够在不使用阻挡式万向节装置的情况下拍摄/记录360度×180度立体照片/视频内容。

自稳定球形无人机摄像头组件50还包括位于中央构件58中的车载处理器70，用于处理来自多个摄像头28的信号。因此，最好将单个信号传输到地面接收器。车载处理器70可以是图9所示的处理装置100，其与图10所示的移动装置200通信。

图6是本发明自稳定球形无人机相机组件50的一个示例性实施例的一对平面图，突出了稳定器组件52的倾斜半径。在示例性实施例中，稳定器组件12可以在45度和−45度之间倾斜。还考虑了其他倾斜角。

图7是本发明第二实施例稳定器组件的透视图；图8是本发明第二实施例稳定器组件的分解透视图。

同样，在这个示例性实施例中，稳定器组件52包括连接到连接到外部方形框架构件62的内部框架构件60的中心构件58。中心构件58配置为相对于内框架构件60围绕第一轴倾斜，而内框架构件60配置为相对于外框架构件62围绕垂直于第一轴的第二轴倾斜。多个稳定杆72包括带有稳定杆轴承的外稳定杆环74和带有稳定杆轴承的中间稳定杆环76。

参考图9，在一个示例性实施例中，方框图说明了一个处理装置100，该处理装置可以包括或与稳定球形无人机摄像头组件10相关。处理装置100可以是数字计算机，在硬件结构方面，通常包括处理器102、输入/输出（I/O）接口104、网络接口106、数据存储器108和存储器110。本领域普通技术人员应当理解，图9以过于简单的方式描述了处理装置100，并且实用实施例可以包括额外的组件和适当配置的处理逻辑，以支持已知的或常规的操作特征，所述操作特征e此处未详细描述。组件（102、104、106、108和110）通过本地接口112进行通信耦合。例如，本地接口112可以是（但不限于）一个或多个总线或其他有线或无线连接，如本领域所知。本地接口112可以有额外的元素，为了简单起见省略了这些元素，例如控制器、缓冲区（缓存）、驱动程序、中继器和接收器等，以实现通信。此外，本地接口112可包括地址、控制或数据连接，以实现上述组件之间的适当通信。

处理器102是用于执行软件指令的硬件设备。处理器102可以是任何定制的或市售的处理器、中央处理器（CPU）、与处理设备100关联的多个处理器之间的辅助处理器，基于半导体的微处理器（以微芯片或芯片组的形式），或通常用于执行软件指令的任何设备。当处理装置100工作时，处理器102被配置为执行存储在存储器110内的软件，与存储器110之间进行数据通信，并且通常根据软件指令控制处理装置100的操作。I/O接口104可用于接收来自或向一个或多个设备或组件提供系统输出的用户输入。用户输入可以通过键盘、触摸板或鼠标提供。系统输出可通过显示设备和打印机（未显示）提供。I/O接口104可包括（例如）串行端口、并行端口、小型计算机系统接口（SCSI）、串行ATA（SATA）、光纤通道、Infiniband、iSCSI、PCI Express接口（PCI-X）、红外（IR）接口，射频（RF）接口或通用串行总线（USB）接口。

网络接口106可用于使处理设备100能够通过网络（例如Internet、WAN 101、Enterprise 200等）进行通信。网络接口106可包括例如以太网卡或适配器（例如，10BaseT，快速以太网、千兆以太网、10GbE）或无线局域网（WLAN）卡或适配器（例如802.11a/b/g/n）。网络接口106可包括地址、控制或数据连接，以便在网络上进行适当的通信。数据存储器108可用于存储数据。数据存储108可包括任何易失性存储器元件（例如，随机存取存储器（RAM，例如DRAM、SRAM、SDRAM等））、非易失性存储器元件（例如，ROM、硬盘、磁带、CDROM等）及其组合。此外，数据存储108可包含电子、磁性、光学或其他类型的存储介质。在一个示例中，数据存储1208可以位于处理设备100内部，例如，连接到处理设备100中的本地接口112的内部硬盘驱动器。另外，在另一实施例中，数据存储108可位于处理设备100外部，例如，连接到I/O接口104的外部硬盘驱动器（例如，SCSI或USB连接）。在又一实施例中，数据存储108可以通过网络（例如，网络连接的文件服务器）连接到处理设备100。

存储器110可包括任何易失性存储器元件（例如随机存取存储器（RAM，例如DRAM、SRAM、SDRAM等）、非易失性存储器元件（例如ROM、硬盘、磁带、CDROM等）及其组合。此外，存储器110可包含电子、磁性、光学或其他类型的存储介质。请注意，内存110可能具有分布式体系结构，其中不同的组件彼此远程定位，但可以由处理器102访问。存储器110中的软件可以包括一个或多个软件程序，每个软件程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。存储器110中的软件包括适当的操作系统（O/S）114和一个或多个程序116。操作系统114基本上控制其他计算机程序（例如一个或多个程序116）的执行，并提供调度、输入输出控制、文件和数据管理、内存管理、通信控制和相关服务。一个或多个程序116可配置为实现本文所述的各种过程、算法、方法、技术等。

参考图10，在示例性实施例中，方框图说明了可用于控制稳定球形无人机摄像机组件10的移动设备200，例如通过与处理设备100的通信。移动设备200可以是数字设备，在硬件结构方面，通常包括处理器202、输入/输出（I/O）接口204、无线电206、数据存储208和存储器210。本领域技术人员应当理解，图10以过于简单的方式描述移动设备200，实用实施例可以包括附加组件和适当配置的处理逻辑，以支持本文未详细描述的已知或常规操作特征。组件（202、204、206、208和202）通过本地接口212进行通信耦合。例如，本地接口212可以是（但不限于）一个或多个总线或其他有线或无线连接，如本领域所知。本地接口212可以有额外的元素，为了简单起见可以省略这些元素，例如控制器、缓冲区（缓存）、驱动程序、中继器和接收器等，以实现通信。此外，本地接口212可包括地址、控制或数据连接，以实现上述组件之间的适当通信。

处理器202是用于执行软件指令的硬件设备。处理器202可以是任何定制的或商用的处理器、中央处理器（CPU）、与移动设备200关联的多个处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器（以微芯片或芯片组的形式）。或通常用于执行软件指令的任何设备。当移动设备200运行时，处理器202被配置为执行存储在存储器210中的软件，与存储器210之间进行数据通信，并且通常根据软件指令控制移动设备200的操作。在示例性实施例中，处理器202可包括优化的移动处理器，例如针对功耗和移动应用进行优化。I/O接口204可用于接收来自或提供系统输出的用户输入。用户输入可以通过键盘、触摸屏、滚动球、滚动条、按钮、条形码扫描仪等提供。系统输出可以通过显示设备提供，例如液晶显示器（LCD）、触摸屏等。I/O接口204还可以包括例如串行端口、并行端口、小型计算机系统接口（SCSI）、红外（IR）接口、射频（RF）接口、通用串行总线（USB）接口等。I/O接口204可以包括图形用户界面（GUI），该界面允许用户与移动设备200交互。

无线电206允许与外部接入设备或网络进行无线通信。无线电206可支持任何数量的适当无线数据通信协议、技术或方法，包括但不限于：射频、红外、蓝牙、ZigBee（以及其他IEEE 802.15协议的变体）；IEEE 802.11（任何变体）；IEEE 802.16（WiMax或任何其他变体）；直接序列扩频；跳频扩频；长期演进（LTE）；蜂窝/无线/无绳通信协议（例如3G/4G等）；无线家庭网络通信协议；寻呼网络协议；磁感应；卫星数据通信协议；无线医院或医疗机构网络协议，如在WMTS频段中操作的协议；GPRS；专有无线数据通信协议，如无线USB变体；以及其他无线通信协议。数据存储208可用于存储数据。数据存储208可包括任何易失性存储器元件（例如，随机存取存储器（RAM，例如DRAM、SRAM、SDRAM等））、非易失性存储器元件（例如，ROM、硬盘、磁带、CDROM等）及其组合。此外，数据存储208可包含电子、磁性、光学或其他类型的存储介质。

存储器210可包括任何易失性存储器元件（例如，随机存取存储器（RAM，例如DRAM、SRAM、SDRAM等）、非易失性存储器元件（例如，ROM、硬盘等）及其组合。此外，存储器210可包含电子、磁性、光学或其他类型的存储介质。请注意，内存210可能具有分布式体系结构，其中各种组件彼此远程定位，但可以由处理器202访问。内存210中的软件可以包括一个或多个软件程序，每个程序都包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。在图4的示例中，存储器210中的软件包括适当的操作系统（O/S）214和程序216。操作系统214基本上控制其他计算机程序的执行，并提供调度、输入输出控制、文件和数据管理、内存管理、通信控制和相关服务。程序216可以包括各种应用程序、附加组件等，这些应用程序、附加组件等被配置为提供移动设备200的最终用户功能。例如，示例性程序216可包括但不限于用于控制包括飞行部件和多个摄像头28的稳定球形无人机摄像头组件10的应用程序。

处理装置100配置成控制球形无人机摄像机组件10的各个方面，包括飞行部件和多个摄像机28。来自多个摄像头28的图像或视频可以存储在数据存储108中，也可以通过网络接口108和无线电206，通过I/O接口104、204等传输到移动设备200。

应了解，本文所述的一些示例性实施例可包括一个或多个通用或专用处理器（“一个或多个处理器”），例如微处理器、数字信号处理器、定制处理器和现场可编程门阵列（FPGA）。以及独特的存储程序指令（包括软件和固件），控制一个或多个处理器与某些非处理器电路一起实现本文所述方法或系统的部分、大部分或全部功能。或者，部分或全部功能可以由没有存储程序指令的状态机实现，也可以在一个或多个特定于应用的集成电路（ASIC）中实现，其中每个功能或某些功能的某些组合作为自定义逻辑实现。当然，可以使用上述方法的组合。此外，一些示例性实施例可以实现为非暂时性的计算机可读存储介质，其上存储有用于编程计算机、服务器、设备、设备等的计算机可读代码。每种存储介质都可以包括处理器来执行所述和声称的方法。艾因。此类计算机可读存储介质的示例包括但不限于硬盘、光学存储设备、磁存储设备、只读存储器、可编程只读存储器、可编程只读存储器、可擦除可编程只读存储器、EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）、闪存等。当存储在非暂时性计算机可读介质中时，软件可以包括处理器可执行的指令，该指令响应这种执行，使处理器或任何其他电路执行一组操作、步骤、方法、过程、算法等。

Claims (10)

1.一种无人驾驶飞行器（UAV），包括：安装架；带有多个电机的稳定器组件，其中稳定器组件设置在安装架内，并连接到安装架的中心部分，以便滚动、倾斜，安装架的偏航根据稳定器组件的位置进行控制；以及位于安装架外部的一个或多个摄像头。

2.根据权利要求1所述的无人机，其中所述稳定器总成通过内部框架构件和外部框架构件连接到与安装保持架连接的中心构件，从而使内部框架构件和外部框架构件旋转。

3.根据权利要求1所述的无人机，其中所述多个电机通过相应的臂分别与稳定器组件耦合，从而基于相关电机的控制来控制安装保持架的滚动、俯仰和偏航。

4.根据权利要求1所述的无人机，其中所述安装架具有布置在所述安装架的相关构件内或附近的相关导线。

5.根据权利要求1所述的无人机，其中所述稳定器组件可用于围绕稳定器组件的中心轴旋转球形摄像机安装保持架组件。

6.根据权利要求1所述的无人机，其中所述一个或多个摄像头包括多个立体摄像头，所述立体摄像头适于从所述安装笼中获得无障碍物的全景图像。

7.根据权利要求1所述的无人机，进一步包括用于处理来自一个或多个摄像头的信号的车载处理器。

8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述车载处理器与用于控制所述无人机的移动设备通信，并且用于提供来自所述一个或多个摄像头的图像或视频。

9.根据权利要求1所述的无人机，其中所述一个或多个摄像头包括多个配置为获得360度×180度立体照片、视频内容的摄像头。

10.一种方法，包括：提供一种无人机（UAV），其包括：安装架；带有多个电机的稳定器组件，其中稳定器组件设置在安装架内，并连接到安装架的中心部分，以便滚动、倾斜和偏航f根据稳定器组件的位置控制安装架；以及位于安装架外部的一个或多个摄像头。

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