CN112887596A - 一种无人机摄像头拍摄角度调整装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无人机摄像头拍摄角度调整装置及方法，可根据无人机飞行参数，用于可控地调整摄像头的拍摄角度，摄像头的拍摄角度为摄像头的光轴与竖直方向之间的夹角。无人机摄像头拍摄角度调整装置包括伺服电机、安装架、齿轮传动装置、角度传感器和控制装置；伺服电机位于左侧板与右侧板之间，固接在水平顶板的下端面，且伺服电机的动力输出轴平行于水平顶板；摄像头的左右两侧的中部分别设有同轴线的左安装轴和右安装轴；左安装轴和右安装轴分别可转动地设置在左侧板和右侧板上；角度传感器设置在左侧板上，用于检测摄像头的拍摄角度。本发明能够根据无人机飞行参数自动将摄像头调整为满足无人机实时飞行的最佳角度。

Description

一种无人机摄像头拍摄角度调整装置及方法
技术领域
本发明属于农业自动导航技术领域，尤其涉及一种无人机摄像头拍摄角度调整装置及方法，可根据无人机飞行参数，自动调整摄像头角度，满足无人机飞行实时性要求。
背景技术
随着精准农业时代的到来，农田病虫害防治要求会越来越高。低污染、高效率、低成本是未来农业植保的发展趋势。作为农业航空作业的主要工具——无人飞机(UVA)，有着巨大的发展前景。在使用植保无人机喷洒农药时，需要提前规划施药路径，这种方式费时费力，实时性差，无法应对果园突发病虫害。然而，手动操控植保无人机施药作业，需要机手具有较高的操作技能且作业时高度专注，长时间作业易使操作机手产生视觉疲劳，存在生产安全隐患。
基于机器视觉飞行作业的植保无人机是未来农业发展趋势，利用机器视觉进行导航作业的关键点是满足无人机实时性要求。作为图像获取的一个关键参数——摄像头拍摄角度，其对无人机实时性具有很大影响。目前，植保无人机摄像头拍摄角度，大多数是针对特定作业速度、高度下的最佳角度。现有技术主要依靠人为调整摄像头角度，且角度一般相对固定不能随作业环境的变化而变化。如“王东，范叶满，薛金儒，等.基于GNSS与视觉融合的山地果园无人机航迹控制[J].农业机械学报.2019，50(04):20-28.”。一旦，植保无人作业速度和作业高度发生改变，摄像头角度则无法满足无人机飞行实时性要求。拍摄角度过大、过小对于导航线的提取都有重要影响。拍摄角度过小时，拍摄照片包含前方距离过短，图像还没处理完无人机就已经飞离图像范围；拍摄角度过大，虽然前方距离足够远，但是图像包含目标物体太多、距离太远，目标物轮廓严重变形导致导航线提取误差过大，偏离实际作业路径。
发明内容
针对基于机器视觉的植保无人机导航线提取时，摄像头拍摄角度不能灵活调节，从而无法满足作业实时性要求的问题，本发明的目的是提供一种无人机摄像头角度调节装置及方法，能够根据无人机飞行参数(飞行高度、飞行速度、图像识别时间等)自动将摄像头调整为满足无人机实时飞行的最佳角度，即满足无人机飞行实时性要求的最小角度。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种无人机摄像头拍摄角度调整装置，用于可控地调整摄像头1的拍摄角度，所述摄像头1的拍摄角度为摄像头1的光轴与竖直方向之间的夹角；所述无人机摄像头拍摄角度调整装置包括伺服电机2、安装架3、齿轮传动装置4、角度传感器5和控制装置6。
所述安装架3包括水平顶板31、左侧板32和右侧板33；所述左侧板32和右侧板33并列地垂直固接在水平顶板31的下端面；所述水平顶板31的上端面与无人机机身的底部固接。
所述伺服电机2固接在水平顶板31的下端面，且伺服电机2的动力输出轴21平行于水平顶板31。
所述摄像头1的左右两侧的中部分别设有同轴线的左安装轴11和右安装轴12；所述左安装轴11和右安装轴12分别可转动地设置在左侧板32和右侧板33上。
所述齿轮传动装置4包括固接在伺服电机2的动力输出轴21上的主动齿轮41和固接在左安装轴11或右安装轴12上的从动齿轮42；主动齿轮41与从动齿轮42相互啮合。
所述控制装置6位于摄像头1的后方；所述控制装置6包括模式选择模块61、WiFi模块、处理器、储存卡和控制器；其中，模式选择模块61能够选择固定角度模式和自动调整角度模式；WiFi模块用于与遥控器进行交互操作的信号传输；处理器用于处理拍摄图像、提取飞行路径、计算最佳拍摄角度以及逻辑运算；储存卡用于储存拍摄照片、视频以及信号数据；控制器用于调控伺服电机转数以及角度传感器反馈数据的处理。
所述角度传感器5设置在左侧板32或右侧板33上，用于检测摄像头1的拍摄角度。
所述水平顶板31的上端面设有与无人机机身的底部连接的螺纹结构34。
所述伺服电机2的正极接线端22和负极接线端23穿过水平顶板31，分别与无人机机身内部的正、负极连接。
所述主动齿轮41与从动齿轮42均为树脂材料制成的圆柱直齿轮，且主动齿轮41与从动齿轮42的模数和压力角相同，主动齿轮41的齿数m＝9，从动齿轮42的齿数n＝360。
所述角度传感器5包括电阻条51、电阻测量针52和电阻表53；所述电阻条51为四分之一圆弧形，并以左安装轴11或右安装轴12为圆心，电阻条51位于以左安装轴11的轴心或右安装轴12的轴心为原点建立的坐标系XOY中的一个象限内，其中，无人机前进方向为X轴正方向，竖直向下方向为Y轴正方向；电阻测量针52的一端与左安装轴11或右安装轴12固接，另一端与电阻条51接触；所述电阻表53与电阻测量针52连接。
所述电阻表53的电阻值R与摄像头拍摄角度α之间的关系满足公式5：
α＝kR+b 公式5
其中，公式5中的系数k值和常数b值通过如下过程确定：
从摄像头拍摄角度α为0°开始，每隔一定角度测量一次电阻条51电阻值Ri，得到多组对应数据即(αi，Ri)，利用一元线性回归公式1至公式4，获得系数k值和常数b值；
Figure BDA0002908777060000041
Figure BDA0002908777060000042
Figure BDA0002908777060000043
Figure BDA0002908777060000044
式中，α为当前测量的拍摄角度，单位为°；R为电阻表53测得的电阻值，单位为Ω；
Figure BDA0002908777060000045
为w次测量电阻值的平均值，单位为Ω；
Figure BDA0002908777060000046
为w次测量摄像头拍摄角度的平均值，单位为°；Ri为第i次测量的电阻值，单位为Ω；αi为第i次测量的电阻值对应的摄像头拍摄角度，i＝1、2…w，单位为°。
优选地，从摄像头拍摄角度α为0°开始，每隔5°测量一次电阻条51电阻值Ri，得到十九组对应数据。
所述伺服电机2的动力输出轴21需要转的圈数N与摄像头最佳角度θ之间满足：
Figure BDA0002908777060000047
Figure BDA0002908777060000051
L＝v(t+Δt) 公式8
式中，
m为主动齿轮41的齿数；
n为从动齿轮42的齿数；
v为无人机飞行速度，单位为m/s；
t为处理单张图像的平均耗时，单位为s；
L为处理单张图像的无人机飞行距离，单位为m；
△t为识别时间余量，单位为s，△t＝0.1～0.5t；
β为摄像头垂直视场角，单位为°；
h为无人机飞行高度，单位为m；
θ为摄像头最佳角度，单位为°；
N为动力输出轴21需要转的圈数。
一种根据无人机摄像头拍摄角度调整装置的无人机摄像头拍摄角度调整方法，包括固定角度模式和自动调整角度模式，包括如下步骤：
S1、固定角度模式；
在无人机起飞前，通过控制装置6的模式选择模块61选择固定角度模式；
S1.1、在无人机的飞行控制器上输入预设拍摄角度；通过无线传输给控制装置6内的WiFi模块；再经由WiFi模块传输给处理器，根据公式9获取伺服电机的动力输出轴21需要转的圈数N，通过控制器控制伺服电机2转动；
Figure BDA0002908777060000052
其中，N为伺服电机2的动力输出轴21需要转的圈数；α为摄像头拍摄角度，单位为°；m为主动齿轮41的齿数；n为从动齿轮42的齿数；
S1.2、利用角度传感器5检测摄像头拍摄角度α是否调整到预设拍摄角度，如果摄像头拍摄角度α达到预设拍摄角度，则不再进行调整；如果摄像头拍摄角度α未达到预设拍摄角度，则将误差结果反馈给控制器进行微调操作：若摄像头拍摄角度α小于预设拍摄角度，伺服电机2继续正向转动进行正调整，若摄像头拍摄角度α大于预设拍摄角度，则伺服电机2反向转动进行负调整；
S2、自动调节角度模式；
在无人机起飞前，通过控制装置6的模式选择模块61选择自动调节角度模式；
S2.1、在无人机起飞后，WiFi模块自动获取无人机的飞行高度h、飞行速度v、处理单张图片耗时t、识别时间余量△t、处理单张图像无人机飞行距离L，由控制装置6内处理器利用公式7和公式8求解出摄像头最佳角度θ；再利用公式6求出伺服电机2的动力输出轴21需要转的圈数N，由控制器控制伺服电机2转动，从而带动摄像头1转动实现拍摄角度调节；
Figure BDA0002908777060000061
Figure BDA0002908777060000062
L＝v(t+Δt) 公式8
式中，
m为主动齿轮41的齿数；
n为从动齿轮42的齿数；
v为无人机飞行速度，单位为m/s；
t为处理单张图像的平均耗时，单位为s；
L为处理单张图像的无人机飞行距离，单位为m；
△t为识别时间余量，单位为s，△t＝0.1～0.5t；
β为摄像头垂直视场角，单位为°；
h为无人机飞行高度，单位为m；
θ为摄像头最佳角度，单位为°；
N为动力输出轴21需要转的圈数；
S2.2、在调整完摄像头角度后，自动利用角度传感器5检测摄像头拍摄角度α是否调整到最佳拍摄角度θ，如果摄像头拍摄角度α达到最佳拍摄角度θ，则不再进行调整；如果摄像头拍摄角度α未达到最佳拍摄角度θ，则将误差结果反馈给控制器进行微调操作：若摄像头拍摄角度α小于最佳拍摄角度θ，则伺服电机2继续正向转动进行正调整；若摄像头拍摄角度α大于最佳拍摄角度θ，且α-θ≥5°，则伺服电机2反向转动进行负调整。
所述步骤S2.2中，摄像头拍摄角度α如果满足：α-θ＜5°，则不再进行调节。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明能够根据无人机飞行参数(飞行高度、飞行速度、图像识别时间等)自动将摄像头调整为满足无人机实时飞行的最佳拍摄角度，即满足无人机飞行实时性要求的最小拍摄角度。
附图说明
图1为本发明的无人机摄像头拍摄角度调整装置的前视结构图；
图2为本发明的无人机摄像头拍摄角度调整装置在无人机上的装配示意图；
图3为本发明的无人机摄像头拍摄角度调整装置的顶部结构示意图；
图4为本发明的无人机摄像头拍摄角度调整装置的后视图；
图5为控制盒6的组成示意图；
图6为左侧安装板示意图；
图7为无人机相机拍摄角度示意图；
图8为本发明的无人机摄像头调整方法的流程图。
其中的附图标记为：
I无人机摄像头拍摄角度调整装置 Ⅱ无人机机身
1摄像头 11左安装轴
12右安装轴 2伺服电机
21动力输出轴 22正极接线端
23负极接线端 3安装架
31水平顶板 32左侧板
33右侧板 34螺纹结构
4齿轮传动装置 41主动齿轮
42从动齿轮 5角度传感器
51电阻条 52电阻测量针
53电阻表 6控制装置
61模式选择模块
θ为摄像头最佳拍摄角度
h为无人机飞行高度
β为摄像头垂直视场角
α摄像头拍摄角度
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1至图3所示，本发明的无人机摄像头拍摄角度调整装置I，用于可控地调整摄像头1的拍摄角度，所述摄像头1的拍摄角度为摄像头1的光轴与竖直方向之间的夹角。所述无人机摄像头拍摄角度调整装置包括伺服电机2、安装架3、齿轮传动装置4、角度传感器5和控制装置6。
所述安装架3包括水平顶板31、左侧板32和右侧板33；所述左侧板32和右侧板33并列地垂直固接在水平顶板31的下端面。所述水平顶板31的上端面设有与无人机机身Ⅱ的底部连接的螺纹结构34。
所述伺服电机2位于左侧板32与右侧板33之间，固接在水平顶板31的下端面，且伺服电机2的动力输出轴21平行于水平顶板31；如图4所示，所述伺服电机2的正极接线端22和负极接线端23穿过水平顶板31，分别与无人机机身Ⅱ内部的正负极连接。
所述摄像头1的左右两侧的中部分别设有同轴线的左安装轴11和右安装轴12；所述左安装轴11和右安装轴12分别可转动地设置在左侧板32和右侧板33上。
所述齿轮传动装置4包括固接在伺服电机2的动力输出轴21上的主动齿轮41和固接在左安装轴11或右安装轴12上的从动齿轮42。主动齿轮41与从动齿轮42相互啮合。
所述主动齿轮41与从动齿轮42均为树脂材料制成的圆柱直齿轮，且主动齿轮41与从动齿轮42的模数和压力角相同，主动齿轮41的齿数m＝9，从动齿轮42的齿数n＝360。
如图4所示，所述控制装置6位于摄像头1的后方，固接在左侧板32和右侧板33上。如图4和5所示，所述控制装置6包括模式选择模块61、WiFi模块、处理器、储存卡和控制器。其中，模式选择模块61可以选择固定角度模式和自动调整角度模式；WiFi模块用于与遥控器进行交互操作的信号传输；处理器用于处理拍摄图像、提取飞行路径、计算最佳拍摄角度以及逻辑运算；储存卡用于储存拍摄照片、视频以及信号数据；控制器用于调控伺服电机转数以及角度传感器反馈数据的处理。
所述角度传感器5设置在左侧板32或右侧板33上，用于检测摄像头1的拍摄角度。如图6所示，所述角度传感器5包括电阻条51、电阻测量针52和电阻表53。所述电阻条51为四分之一圆弧形，并以左安装轴11为圆心，电阻条51位于以左安装轴11的轴心或右安装轴12的轴心为原点建立的坐标系XOY中的一个象限内，其中，无人机前进方向为X轴正方向，竖直向下方向为Y轴正方向。电阻测量针52的一端与左安装轴11或右安装轴12固接，另一端与电阻条51接触；所述电阻表53与电阻测量针52连接。
如图6所示，本发明将摄像头拍摄角度α为0°时的电阻值作为起始值(即图6的A处)，角度越大电阻值越大。摄像头拍摄角度与电阻值关系建立过程为：从摄像头拍摄角度α为0°开始，每隔5°测量一次电阻条51电阻值Ri，可得到十九组对应数据即(αi，Ri)，利用一元线性回归公式1至公式4，可得系数k值和常数b值；获得的电阻值与摄像头拍摄角度关系表达式如公式5所示：
Figure BDA0002908777060000101
Figure BDA0002908777060000111
Figure BDA0002908777060000112
Figure BDA0002908777060000113
α＝kR+b 公式5
式中，α为当前测量的拍摄角度(图6中A与B的夹角)，单位为°；R为电阻表53测得的电阻值，单位为Ω；
Figure BDA0002908777060000116
为w次测量电阻值的平均值，
Figure BDA0002908777060000117
为w次测量摄像头拍摄角度的平均值，Ri为第i次测量的电阻值，αi为第i次测量的电阻值对应的摄像头拍摄角度，i＝1、2…w；
所述伺服电机2的动力输出轴21需要转的圈数N与摄像头最佳角度θ之间满足：
Figure BDA0002908777060000114
Figure BDA0002908777060000115
L＝v(t+Δt) 公式8
式中，
m为主动齿轮41的齿数；
n为从动齿轮42的齿数；
v为无人机飞行速度，单位为m/s；
t为处理单张图像的平均耗时，单位为s；
L为处理单张图像无人机飞行距离，单位为m；
△t为识别时间余量，单位为s，△t＝0.1～0.5t；
β为摄像头垂直视场角，单位为°；
h为无人机飞行高度，单位为m；
θ为摄像头最佳角度，单位为°；
N为动力输出轴21需要转的圈数。
如图7所示，所述坐标系XOY以摄像头1的左安装轴11为坐标系原点O，无人机前进方向为X轴正方向，竖直向下方向为Y轴正方向，摄像头调节角度α为0～90°，β是摄像头垂直视场角。
此外，本发明所涉及的无人机拥有自动定高、速度检测等功能。无人机作业时，采取录制视频方式。然后，再对视频每隔F帧提取一张图像，保存在控制装置6的储存卡内，经过处理器调用相关算法对图像进行导航线提取，将识别导航线传入无人机控制系统控制无人机飞行，并通过WiFi模块反馈给飞控手查看。
无人机在飞行时，通过自动获取无人机飞行参数(高度、速度以及图像识别时间等)建立模型来求解最佳拍摄角度。最佳拍摄角度定义为满足无人机飞行实时性要求最小拍摄角度。然后，再利用摄像头调节装置将摄像头调节至最佳拍摄角度，并利用角度检测传感器检测摄像头是否达到了指定位置，如果没达到则反馈给控制器，进一步控制伺服电机进行微调直到满足要求。
如图8所示，一种无人机摄像头拍摄角度调整方法，包括固定角度模式和自动调整角度模式，具体包括如下步骤：
S1、固定角度模式
在无人机起飞前，通过控制装置6的模式选择模块61选择固定角度模式F1；
S1.1、在无人机的飞行控制器上输入预设拍摄角度；通过无线传输给控制装置6内的WiFi模块；再经由WiFi模块传输给处理器，根据公式9获取伺服电机的动力输出轴21需要转的圈数N，通过控制器控制伺服电机2转动；
Figure BDA0002908777060000131
其中，N为伺服电机2的动力输出轴21需要转的圈数；α为摄像头拍摄角度，单位为°；m为主动齿轮41的齿数；n为从动齿轮42的齿数；
S1.2、利用角度传感器5检测摄像头拍摄角度α是否调整到预设拍摄角度，如果摄像头拍摄角度α达到预设拍摄角度(允许误差范围±1°)，则不再进行调整；如果摄像头拍摄角度α未达到预设拍摄角度，则将误差结果反馈给控制器进行微调操作：若摄像头拍摄角度α小于预设拍摄角度，伺服电机2继续正向转动进行正调整，若摄像头拍摄角度α大于预设拍摄角度，则伺服电机2反向转动进行负调整。
摄像头调整到预设拍摄角度后，无人机在飞行过程中的飞行速度和姿态始终保持不变。
S2、自动调节角度模式
在无人机起飞前，通过控制装置6的模式选择模块61选择自动调节角度模式F2；
S2.1、在无人机起飞后，WiFi模块自动获取无人机的飞行高度h、飞行速度v、处理单张图片耗时t、识别时间余量△t、处理单张图像无人机飞行距离L，由控制装置6内处理器利用公式7和公式8求解出摄像头最佳角度θ；再利用公式6求出伺服电机2的动力输出轴21需要转的圈数N，由控制器控制伺服电机2转动，从而带动摄像头1转动实现拍摄角度调节；
Figure BDA0002908777060000132
Figure BDA0002908777060000141
L＝v(t+Δt) 公式8
式中，
m为主动齿轮41的齿数；
n为从动齿轮42的齿数；
v为无人机飞行速度，单位为m/s；
t为处理单张图像的平均耗时，单位为s；
L为处理单张图像无人机飞行距离，单位为m；
△t为识别时间余量，单位为s，△t＝0.1～0.5t；
β为摄像头垂直视场角，单位为°；
h为无人机飞行高度，单位为m；
θ为摄像头最佳角度，单位为°；
N为动力输出轴21需要转的圈数。
S2.2、在调整完摄像头角度后，自动利用角度传感器5检测摄像头拍摄角度α是否调整到最佳拍摄角度θ，如果摄像头拍摄角度α达到最佳拍摄角度θ(允许误差范围±1°)，则不再进行调整；如果摄像头拍摄角度α未达到最佳拍摄角度θ，则将误差结果反馈给控制器进行微调操作：若摄像头拍摄角度α小于最佳拍摄角度θ，则伺服电机2继续正向转动进行正调整；若摄像头拍摄角度α大于最佳拍摄角度θ，且α-θ≥5°，则伺服电机2反向转动进行负调整。
为了防止摄像头拍摄角度调整装置进行反复调节工作，本实施例规定当前摄像头拍摄角度α如果满足：α-θ＜5°，则不再进行调节。

Claims (10)

1.一种无人机摄像头拍摄角度调整装置，用于可控地调整摄像头(1)的拍摄角度，所述摄像头(1)的拍摄角度为摄像头(1)的光轴与竖直方向之间的夹角，其特征在于，所述无人机摄像头拍摄角度调整装置包括伺服电机(2)、安装架(3)、齿轮传动装置(4)、角度传感器(5)和控制装置(6)；
所述安装架(3)包括水平顶板(31)、左侧板(32)和右侧板(33)；所述左侧板(32)和右侧板(33)并列地垂直固接在水平顶板(31)的下端面；所述水平顶板(31)的上端面与无人机机身的底部固接；
所述伺服电机(2)固接在水平顶板(31)的下端面，且伺服电机(2)的动力输出轴(21)平行于水平顶板(31)；
所述摄像头(1)的左右两侧的中部分别设有同轴线的左安装轴(11)和右安装轴(12)；所述左安装轴(11)和右安装轴(12)分别可转动地设置在左侧板(32)和右侧板(33)上；
所述齿轮传动装置(4)包括固接在伺服电机(2)的动力输出轴(21)上的主动齿轮(41)和固接在左安装轴(11)或右安装轴(12)上的从动齿轮(42)；主动齿轮(41)与从动齿轮(42)相互啮合；
所述控制装置(6)位于摄像头(1)的后方；所述控制装置(6)包括模式选择模块(61)、WiFi模块、处理器、储存卡和控制器；其中，模式选择模块(61)能够选择固定角度模式和自动调整角度模式；WiFi模块用于与遥控器进行交互操作的信号传输；处理器用于处理拍摄图像、提取飞行路径、计算最佳拍摄角度以及逻辑运算；储存卡用于储存拍摄照片、视频以及信号数据；控制器用于调控伺服电机转数以及角度传感器反馈数据的处理；
所述角度传感器(5)设置在左侧板(32)或右侧板(33)上，用于检测摄像头(1)的拍摄角度。
2.根据权利要求1所述的无人机摄像头拍摄角度调整装置，其特征在于，所述水平顶板(31)的上端面设有与无人机机身的底部连接的螺纹结构(34)。
3.根据权利要求1所述的无人机摄像头拍摄角度调整装置，其特征在于，所述伺服电机(2)的正极接线端(22)和负极接线端(23)穿过水平顶板(31)，分别与无人机机身内部的正、负极连接。
4.根据权利要求1所述的无人机摄像头拍摄角度调整装置，其特征在于，所述主动齿轮(41)与从动齿轮(42)均为树脂材料制成的圆柱直齿轮，且主动齿轮(41)与从动齿轮(42)的模数和压力角相同，主动齿轮(41)的齿数m＝9，从动齿轮(42)的齿数n＝360。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的无人机摄像头拍摄角度调整装置，其特征在于，所述角度传感器(5)包括电阻条(51)、电阻测量针(52)和电阻表(53)；所述电阻条(51)为四分之一圆弧形，并以左安装轴(11)或右安装轴(12)为圆心，电阻条(51)位于以左安装轴(11)的轴心或右安装轴(12)的轴心为原点建立的坐标系XOY中的一个象限内，其中，无人机前进方向为X轴正方向，竖直向下方向为Y轴正方向；电阻测量针(52)的一端与左安装轴(11)或右安装轴(12)固接，另一端与电阻条(51)接触；所述电阻表(53)与电阻测量针(52)连接。
6.根据权利要求5所述的无人机摄像头拍摄角度调整装置，其特征在于，所述电阻表(53)的电阻值R与摄像头拍摄角度α之间的关系满足公式5：
α＝kR+b 公式5
其中，公式5中的系数k值和常数b值通过如下过程确定：
从摄像头拍摄角度α为0°开始，每隔一定角度测量一次电阻条(51)电阻值Ri，得到多组对应数据即(αi，Ri)，利用一元线性回归公式1至公式4，获得系数k值和常数b值；
Figure FDA0002908777050000031
Figure FDA0002908777050000032
Figure FDA0002908777050000033
Figure FDA0002908777050000034
式中，α为当前测量的拍摄角度，单位为°；R为电阻表(53)测得的电阻值，单位为Ω；
Figure FDA0002908777050000035
为w次测量电阻值的平均值，单位为Ω；
Figure FDA0002908777050000036
为w次测量摄像头拍摄角度的平均值，单位为°；Ri为第i次测量的电阻值，单位为Ω；αi为第i次测量的电阻值对应的摄像头拍摄角度，i＝1、2…w，单位为°。
7.根据权利要求6所述的无人机摄像头拍摄角度调整装置，其特征在于，从摄像头拍摄角度α为0°开始，每隔5°测量一次电阻条(51)电阻值Ri，得到十九组对应数据。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的无人机摄像头拍摄角度调整装置，其特征在于，所述伺服电机(2)的动力输出轴(21)需要转的圈数N与摄像头最佳角度θ之间满足：
Figure FDA0002908777050000041
Figure FDA0002908777050000042
L＝v(t+Δt) 公式8
式中，
m为主动齿轮(41)的齿数；
n为从动齿轮(42)的齿数；
v为无人机飞行速度，单位为m/s；
t为处理单张图像的平均耗时，单位为s；
L为处理单张图像的无人机飞行距离，单位为m；
△t为识别时间余量，单位为s，△t＝0.1～0.5t；
β为摄像头垂直视场角，单位为°；
h为无人机飞行高度，单位为m；
θ为摄像头最佳角度，单位为°；
N为动力输出轴(21)需要转的圈数。
9.一种根据权利要求1-8所述的无人机摄像头拍摄角度调整装置的无人机摄像头拍摄角度调整方法，其特征在于，所述方法包括固定角度模式和自动调整角度模式，包括如下步骤：
S1、固定角度模式；
在无人机起飞前，通过控制装置(6)的模式选择模块(61)选择固定角度模式；
S1.1、在无人机的飞行控制器上输入预设拍摄角度；通过无线传输给控制装置(6)内的WiFi模块；再经由WiFi模块传输给处理器，根据公式9获取伺服电机的动力输出轴(21)需要转的圈数N，通过控制器控制伺服电机(2)转动；
Figure FDA0002908777050000051
其中，N为伺服电机(2)的动力输出轴(21)需要转的圈数；α为摄像头拍摄角度，单位为°；m为主动齿轮(41)的齿数；n为从动齿轮(42)的齿数；
S1.2、利用角度传感器(5)检测摄像头拍摄角度α是否调整到预设拍摄角度，如果摄像头拍摄角度α达到预设拍摄角度，则不再进行调整；如果摄像头拍摄角度α未达到预设拍摄角度，则将误差结果反馈给控制器进行微调操作：若摄像头拍摄角度α小于预设拍摄角度，伺服电机(2)继续正向转动进行正调整，若摄像头拍摄角度α大于预设拍摄角度，则伺服电机(2)反向转动进行负调整；
S2、自动调节角度模式；
在无人机起飞前，通过控制装置(6)的模式选择模块(61)选择自动调节角度模式；
S2.1、在无人机起飞后，WiFi模块自动获取无人机的飞行高度h、飞行速度v、处理单张图片耗时t、识别时间余量△t、处理单张图像无人机飞行距离L，由控制装置(6)内处理器利用公式7和公式8求解出摄像头最佳角度θ；再利用公式6求出伺服电机(2)的动力输出轴(21)需要转的圈数N，由控制器控制伺服电机(2)转动，从而带动摄像头(1)转动实现拍摄角度调节；
Figure FDA0002908777050000052
Figure FDA0002908777050000061
L＝v(t+Δt) 公式8
式中，
m为主动齿轮(41)的齿数；
n为从动齿轮(42)的齿数；
v为无人机飞行速度，单位为m/s；
t为处理单张图像的平均耗时，单位为s；
L为处理单张图像的无人机飞行距离，单位为m；
△t为识别时间余量，单位为s，△t＝0.1～0.5t；
β为摄像头垂直视场角，单位为°；
h为无人机飞行高度，单位为m；
θ为摄像头最佳角度，单位为°；
N为动力输出轴(21)需要转的圈数；
S2.2、在调整完摄像头角度后，自动利用角度传感器(5)检测摄像头拍摄角度α是否调整到最佳拍摄角度θ，如果摄像头拍摄角度α达到最佳拍摄角度θ，则不再进行调整；如果摄像头拍摄角度α未达到最佳拍摄角度θ，则将误差结果反馈给控制器进行微调操作：若摄像头拍摄角度α小于最佳拍摄角度θ，则伺服电机(2)继续正向转动进行正调整；若摄像头拍摄角度α大于最佳拍摄角度θ，且α-θ≥5°，则伺服电机(2)反向转动进行负调整。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S2.2中，摄像头拍摄角度α如果满足：α-θ＜5°，则不再进行调节。
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