CN114285967A

CN114285967A - 一种载人航天器舱外超高清全景采集装置及方法

Info

Publication number: CN114285967A
Application number: CN202111500486.1A
Authority: CN
Inventors: 赵志纲; 黄垒; 付光辉; 侯向阳; 周强; 魏邦友; 余越; 赵铄; 苏亮; 苏东; 司顺成; 刘月
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2041-12-09

Abstract

随着航天器质量追溯、状态确认和在轨运营等要求的提高，AIT过程状态记录的清晰度、连续性和图像质量的要求也随之不断增强，传统的AIT拍照过程状态记录方法已难以满足状态记录要求，本发明提供了一种一种载人航天器舱外超高清全景采集装置及方法，该装置由升降架、全景云台、工业相机和控制器组成，通过升降架调节、全景云台调节及设定、相机调节及路径规划、实施拍摄几个步骤实现高清晰度、高质量和高连续性的图像采集。

Description

一种载人航天器舱外超高清全景采集装置及方法

技术领域

本发明涉及一种载人航天器舱外超高清全景采集装置及方法，用于航天器AIT过程舱外全景影像采集，属于航天器总装过程状态控制技术领域。

背景技术

目前航天器AIT过程舱外实做状态记录主要通过两种方式完成：单反相机整舱拍摄和相机局部拍摄。单反相机整体拍摄的实施方式为：采用高像素单反相机配合广角镜头，通过手持或三脚架支撑的方式在距离舱体较远位置，按舱体象限进行拍摄，每个象限拍摄一张照片，照片涵盖该象限的整个舱外舱体结构；相机局部拍摄拍摄方式为通过单反相机或数码相机，通过手持或三脚架支撑的方式，通过升降车按象限、位置及舱外结构(如舱外设备、电缆、管路和多层材料等)进行局部拍摄照片。

单反相机整舱拍摄的优点为照片内容连续性好，整舱状态记录拍摄照片张数少，缺点为照片清晰度较差，局部细节像素密度不足导致无法清晰查看舱外结构细节状态，同时由于整舱采用广角镜头进行拍摄，被摄舱体照片存在畸变现象，对实做状态记录形成干扰。相机局部拍摄方式的优点为可较为清晰的记录舱外总装状态信息，但是存在照片数据量大、信息离散等缺点，同时基于升降车进行局部拍摄因升降车晃动引入的照片虚焦问题会导致照片拍摄的质量稳定性差，现有技术手段难以满足AIT过程舱外实做状态记录要求。

全景影像技术又称为360°全景影像技术，其主要技术路径为基于全景采集装置进行全景图像数据采集，而后通过图像拼接、畸变校正和图像融合等计算机图形技术进行全景图像合成，再采用兼容性极高的Flash播放技术或HTML5技术，将其应用到不同的运行环境中，作为以全景视角展示的立体地图，浏览者可以通过鼠标或者触摸屏操作360度全景的画面，可任意切换视角浏览各场景的三维空间。

全景采集装置一般由支撑装置(如三脚架)、云台和相机组成，全景采集过程为通过固定于支撑装置上的云台带动相机围绕光心轴线旋转进行矩阵式拍摄，进而通过计算机处理技术对矩阵图像进行拼接获取全景图像。舱外超高清全景采集装置可有效满足AIT状态记录的高清晰度、连续性和高质量等要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：随着航天器质量追溯、状态确认和在轨运营等要求的提高，AIT过程状态记录的清晰度、连续性和图像质量的要求也随之不断增强，传统的AIT拍照过程状态记录方法已难以满足状态记录要求，亟需通过超高清全景影像等技术满足以上状态记录要求。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种载人航天器舱外超高清全景采集装置。装置由升降架、全景云台、工业相机和控制器组成，升降架由主杆、斜向支撑杆、升降手摇柄和滚轮组成，其中主杆的高度可通过升降手摇柄调节，至少三根斜向支撑杆与主杆连接，用于支撑主杆保持竖直状态，斜向支撑杆与地面接触的一端设置有滚轮，滚轮上设置有锁定机构，可切换移动和锁定两种状态。升降架具有地面移动转移、锁死固定、竖直方向上调节高度功能。全景云台和升降架顶部连接，全景云台主要由若干驱动轴和云台支架组成，全景云台的主要功能是固定相机并通过驱动轴转动带动相机进行相机镜头的角度调节。控制器通过控制线与全景云台和工业相机连接，控制器控制驱动轴的电机，调节全景云台各轴的速度、扭力及阻尼，实现云台转动调节，同时控制器控制工业相机进行焦距、光圈、ISO、快门和对焦点的调节，以最终实现通过控制全景云台和工业相机进行舱外高清全景拍照。

进一步地，全景云台可以是二轴或三轴云台。

利用以上超高清全景采集装置进行载人航天器舱外全景采集的方法，具体步骤为：

(1)升降架调节。通过升降架的斜向支撑杆底部的滚轮对升降架进行地面移动，升降架距离舱体位置根据镜头焦段范围进行调节，直至将其移动至合适拍摄位置,通过滚轮上的锁紧机构对滚轮进行锁紧，使升降架稳定支撑不能在水平方向上移动。转动升降手摇柄调节升降架主杆，控制各节升降架伸缩以控制升降架升降，以调节升降架的垂直高度，直至调节至合适高度位置。调节斜向支撑杆，根据升降架顶部的水平仪示数进行升降架水平调节，直至调节升降架居于水平。

(2)全景云台调节及设定。通过控制器控制升降架顶部的全景云台各个驱动电机转动进行角度调节，使全景云台支架托举工业相机使工业相机处于水平状态且相机镜头朝向载人航天器舱体。调节全景云台控制全景相机进行全景拍摄范围设定，通过控制器调节云台将相机镜头指向舱体结构左上角，调节云台将相机镜头指向舱体结构右下角，并在全景云台上分别设定云台指向的左上角和右下角为云台拍摄行程的起始点和终止点。

(3)相机调节及路径规划。通过控制器控制全景云台上的工业相机进行焦距、光圈、ISO、快门和对焦点的调节及参数设定，之后根据设定好的云台拍摄起始点及相机焦距，规划云台拍摄路径，相机焦距越长，起始行程相距越远，则云台拍摄的角度调节次数越多。根据控制器规划好的拍摄路径，形成多行与多列的矩阵式拍摄路径。

(4)根据规划好的云台拍摄路径，控制器控制全景云台和相机按照逐行(或逐列)的拍摄顺序进行全景拍摄，控制器屏幕可实时显示每个角度拍摄的照片，拍摄者在控制拍摄过程的同时对照片质量进行确认，拍摄完成的照片在控制器内的存储介质进行存储，直至拍摄完成。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明设计的载人航天器舱外超高清全景采集装置采用可移动式升降架结构，并设计有锁紧机构，有效提升了全景拍摄的稳定性，可满足超高清全景素材采集的小光圈、长曝光的拍摄需求，有效提升了全景采集照片质量。

(2)本发明设计的采集装置采用控制器实现全景云台和工业相机的同步实时控制，实现在拍摄路径规划和拍摄过程的同步实时控制，同时通过控制器的显示屏幕对拍摄过程可实时监控、调节和结果确认，有效提升了全景拍摄的效率。

(3)本发明采用全景云台和工业相机一体式设计，云台驱动相机的驱动轴安装在相机两侧，避免了传统的滑块和螺丝的固定方式带来的拍摄过程中相对抖动对图像拍摄质量带来的影像。

附图说明

图1为本发明舱外超高清全景采集装置示意图；

图2为本发明全景云台、相机示意图。

图中图例为，全景云台1、升降架2、主杆3、斜向支撑杆4、升降手摇柄5、滑轮及锁紧机构6、工业相机7、控制器8、调节滚轮8.1、控制按钮8.2、显示屏幕8.3、主轴承9、支架驱动轴10、全景支架11、相机驱动轴12、水平仪13、相机机身14、相机镜头15。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。一种载人航天器舱外超高清全景采集装置，如图1所示，装置由全景云台1、升降架2、工业相机7和控制器8构成。升降架2由升降架主杆3、斜向支撑杆4、升降手摇柄5和滑轮及锁紧机构6构成；控制器8由调节滚轮8.1、控制按钮8.2和显示屏幕8.3构成。

如图2所示为全景云台、相机示意图。全景云台1由主轴承9、支架驱动轴10、全景支架11和相机驱动轴12构成，工业相机7由相机机身14和相机镜头15构成，水平仪13为安装于升降架主杆3顶部的水平仪。

利用上述的载人航天器舱外超高清全景采集装置进行舱外全景拍摄，具体步骤为：

(1)升降架调节。如图1所示，升降架主杆3为套筒式多节升降架结构，斜向支撑杆4通过螺栓固连于最外侧支撑杆，斜向支撑杆底部通过螺栓安装有滚轮及锁紧机构6，通过滚轮滑动将升降架2移至合适位置，一般距离航天器舱体4-10米，将滚轮锁紧。摇动升降手摇柄5通过液压升降方式将升降架升降至合适高度，根据水平安装于升降架2顶端的水平仪13回传给控制器8的示数，通过调节斜向支撑杆4的张开角度对升降架2进行调节，直至控制器8上的水平度示数为0；

(2)全景云台调节。全景云台1通过主轴承9固连于升降架主杆3最末节顶端，主轴承9可以最末节为轴做360°旋转，支架驱动轴10焊连于主轴承9的外侧，驱动轴10内置驱动电机并与全景支架11通过轴承连接，全景支架11可绕驱动10进行旋转，相机驱动轴12焊连于全景支架11，驱动轴12内置驱动电机并与工业相机7通过轴承连接，工业相机7可绕驱动轴12进行360°旋转。控制器8通过线控方式对全景云台1和工业相机7进行控制，通过控制器上的调节滚轮8.1控制全景云台1旋转，将相机镜头15指向被摄舱体，并分别设定云台指向的左上角和右下角为云台拍摄行程的起始点和终止点；

(3)相机调节及参数设置。通过控制器8上的控制按钮8.2调节工业相机7的拍摄参数：一般总装厂房内部照明条件良好的情况下，焦距一般选用70-135mm焦段，选用小光圈和长曝光的组合方式进行拍摄，以增强所拍摄全景图像的分辨率，光圈一般设定在F22-F32范围，曝光时间一般设定在0.8秒-4秒，ISO一般设定在200-800范围内，通过控制器8的显示屏幕8.3进行相机对焦点的调节和设定；

(4)云台拍摄路径规划。根据云台设定的拍摄行程的起始点和终止点，控制器8进行云台拍摄路径的规划。以相机焦距为100mm，起始点和终止点水平方向水平角和垂直方向俯仰角均为100°为例，100mm焦距时相机的视场角约为15°，为保证相邻拍摄的照片有1/3重叠部分，则在水平(或垂直)方向上，全景云台带动相机在水平(或垂直)方向上每10°转动并拍摄，则在起始点和终点水平角和俯仰角均为100°条件下，云台拍摄路径共规划10行*10列的拍摄矩阵。

(5)全景拍摄。控制器8控制全景云台1和工业相机7根据规划的路径按照逐行(或逐列)的拍摄顺序进行全景拍摄，直至路径终点。拍摄过程中控制器显示屏幕8.3可实时显示每个角度拍摄的照片，工业相机7拍摄的照片存储于控制器8的SD储存卡中。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种载人航天器舱外超高清全景采集装置，其特征在于，由升降架、全景云台、工业相机和控制器组成，所述升降架由主杆、斜向支撑杆、升降手摇柄和滚轮组成，所述主杆的高度可通过升降手摇柄调节，至少三根所述斜向支撑杆与所述主杆连接，所述斜向支撑杆与地面接触的一端设置有所述滚轮，所述滚轮上设置有锁定机构，可切换移动和锁定两种状态，所述工业相机设置于所述全景云台上，所述全景云台和所述主杆顶部连接，所述全景云台包括若干驱动轴和云台支架，所述控制器通过控制线与所述全景云台和所述工业相机连接，所述控制器控制全景云台转动，同时控制工业相机进行参数调节，并控制整个拍摄过程。

2.如权利要求1所述的载人航天器舱外超高清全景采集装置，其特征在于，所述全景云台可以是二轴或三轴云台。

3.使用权利要求1-2中任一项所述的载人航天器舱外超高清全景采集装置的采集方法，具体步骤为：

S1升降架调节；

S2全景云台调节及设定；

S3相机调节及路径规划；

S4实施拍摄。

4.根据权利要求3所述的载人航天器舱外超高清全景采集方法，其特征在于，所述S1升降架调节，具体为通过所述升降架的所述斜向支撑杆底部的所述滚轮对升降架进行地面移动，所述升降架距离舱体位置根据镜头焦段范围进行调节，直至将其移动至合适拍摄位置,通过所述滚轮上的所述锁紧机构对滚轮进行锁紧，使所述升降架稳定支撑不能在水平方向上移动，转动所述升降手摇柄调节升降架主杆，控制各节升降架伸缩以控制升降架升降，以调节所述升降架的垂直高度，直至调节至合适高度位置，调节所述斜向支撑杆，根据升降架顶部的水平仪示数进行升降架水平调节，直至调节所述升降架居于水平。

5.根据权利要求3所述的载人航天器舱外超高清全景采集方法，其特征在于，所述S2全景云台调节及设定，具体为通过所述控制器控制所述升降架顶部的所述全景云台进行角度调节，使所述全景云台托举所述工业相机使所述工业相机处于水平状态且相机镜头朝向载人航天器舱体，调节所述全景云台控制所述全景相机进行全景拍摄范围设定，通过所述控制器调节云台将相机镜头指向舱体结构左上角，调节云台将相机镜头指向舱体结构右下角，并在全景云台上分别设定云台指向的左上角和右下角为云台拍摄行程的起始点和终止点。

6.根据权利要求5所述的载人航天器舱外超高清全景采集方法，其特征在于，所述S3相机调节及路径规划，具体为通过所述控制器控制全景云台上的所述工业相机进行参数调节及设定，之后根据设定好的云台拍摄所述起始点及相机焦距，规划云台拍摄路径，根据控制器规划好的拍摄路径，形成多行与多列的矩阵式拍摄路径。

7.根据权利要求6所述的载人航天器舱外超高清全景采集方法，其特征在于，所述S4实施拍摄，具体为根据规划好的所述拍摄路径，控制器控制全景云台和相机按照逐行或逐列的拍摄顺序进行全景拍摄，控制器屏幕可实时显示每个角度拍摄的照片，拍摄者在控制拍摄过程的同时对照片质量进行确认，拍摄完成的照片在控制器内的存储介质进行存储，直至拍摄完成。