CN114285968A - 一种旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集装置 - Google Patents

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过程状态舱内记录的清晰度、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，本发明提供了一种旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集装置，该装置由升降架、导轨、全景云台、工业相机、控制器和标定杆组成，通过拍摄位置调节及设定、相机安装及标定、拍摄路径规划、实施拍摄、外翻补地几个步骤实现高清晰度、高质量、高连续性和无死角的图像采集。

Description

一种旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集装置

技术领域

本发明涉及一种旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集装置，用于载人航天器总装过程中舱内全景影像采集，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过程舱内总装实做状态记录主要通过单反相机或数码相机拍摄照片进行记录，具体拍摄实施方式为：检验人员手持单反相机或数码相机，在舱内针对单机产品安装状态、电连接器插接状态、电缆铺设及绑扎状态、管路安装状态及热控多层实施状态等进行拍照记录，照片应对焦于被摄产品，且可以清晰记录产品型号代号和安装状态等信息。

手持相机进行舱内总装实做状态拍照记录的优点为拍摄方式灵活，可较为清晰的记录舱内总装实做状态要素信息，但是在实际航天总装检验工作中，该记录方式存在照片数据量巨大、信息离散等缺点，在后期状态确认和质量追溯过程中，往往出现照片连续性差、照片景深不足、无法清晰反映电缆和管路等产品的完整安装状态、照片查询困难等问题，因此亟需对现有舱内总装实做状态记录手段进行升级以满足照片高清晰度、高连续性和快速查询需求。

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，而后通过计算机图形技术进行全景图像合成，建立全景模型，基于Flash播放技术或HTML5技术，进行全景漫游、浏览及查询。

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。载人航天器超高清舱内全景采集装置可有效满足总装实做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，总装过程状态记录的照片要求也不断提高，要求照片满足高清晰度、高分辨率和状态连续，传统的总装实做状态拍照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实做状态记录要求。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集装置。装置由升降架、导轨、全景云台、工业相机、控制器和标定杆组成，升降架由主杆、升降手摇柄组成。升降架具有沿导轨水平滑动和竖直方向上高度调节的功能。全景云台底部通过驱动轴固定连接于升降架顶端，全景云台由具有角度调节功能的若干驱动轴和支撑相机的云台支架组成，全景云台的主要功能是安装用于采集全景影像的工业相机，同时通过驱动轴驱动相机进行角度调节进而进行全景拍摄。控制器用于控制全景云台的运动及相机拍摄参数的调节，控制器与全景云台和工业相机的连接方式为有线连接。

利用以上超高清全景采集装置进行载人航天器舱内全景采集，具体步骤为：

(1)拍摄位置调节及设定。将单导轨铺设于载人航天器舱内底部，滑动升降架将升降架移至合适拍摄位置并进行固定，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。

(2)相机安装及标定。将相机安装于全景云台的云台支架上，通过控制器控制进行相机焦距、光圈、ISO、快门和对焦点的调节及参数设定，将相机标定杆安装于单导轨上，手动调节相机在云台支架上的前后左右四向安装位置，直至相机标定杆在相机取景器中无视差，将相机位置锁定，完成相机的安装和标定。

(3)拍摄路径规划。通过控制器控制升降架顶部的全景云台上各个驱动轴电机转动进行角度调节，通过调节全景云台带动相机进行全景拍摄范围设定，首先设定相机拍摄视场角，之后通过控制器控制相机分别指向舱内拍摄点位顶部及拍摄点位地面，设定顶部为云台拍摄行程的起点，地面为拍摄点位的终点。

(4)实施拍摄。云台设定好的拍摄行程的起点和终点及相机视场角，控制器自动逐行规划360°全景拍摄矩阵路径，之后控制器驱动云台及相机按照规划好的拍摄路径进行逐张全景照片拍摄，拍摄过程中拍摄的照片在控制器屏幕进行显示，拍摄完成后的照片在控制器上的SD存储卡上进行存储。

(5)外翻补地，具体为全景拍摄完成后，通过控制器上调节驱动轴和全景云台，使全景云台绕驱动轴向外旋转180°，并使工业相机的镜头指向导轨，通过控制器控制所述升降架沿导轨，使工业相机的镜头指向全景拍摄时升降架遮挡的位置，进行补地拍摄，至此完成舱内超高清全景采集。

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内超高清全景采集装置采用导轨加升降架式结构，实现云台相机水平和高度位置调节，增强了拍摄位置调节的灵活性及拍摄装置运行的稳定性，避免因拍摄支撑装置不稳定带的拍摄虚焦问题，该结构可满足舱内全景拍摄长时曝光的拍摄需求。

(2)本发明设计的采集装置采用标定杆设计，实现相机在全景拍摄前的校正，通过校正调节相机在全景云台上的安装位置，以消除全景云台视差，进而消除因视差带来的全景图片拼接畸变，有效提升全景图像采集质量。

(3)本发明采用控制器、全景云台、导轨及相机联动模式，通过控制器可实现导轨移动、全景云台拍摄路径控制及规划、相机拍摄参数设定及拍摄控制，实现拍摄过程的实时监控与调节，有效提升了舱内全景拍摄的自动化程度及拍摄效率。

(4)本发明采用旋转轴式外翻补地结构，当相机根据云台拍摄路径拍摄完成后，升降架在导轨上水平移动一个云台长度的距离，通过云台旋转外翻进行补地拍摄，实现360°无死角拍摄，进一步提升了全景拍摄质量。

附图说明

图1本发明舱内超高清全景采集装置示意图；

图2本发明全景云台、相机示意图；

图3本发明全景云台外翻补地示意图。

图中图例为，全景云台1、控制器2、调节滚轮2.1、控制按钮2.2、显示屏幕2.3、控制线2.4、工业相机3、升降架4、升降手摇柄4.1、导轨5、标定杆6、载人航天器7、升降架8、主轴承9、云台底座10、支架驱动轴11、支架支撑杆12、相机驱动轴13、云台支架14、相机托板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。一种旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集装置，如图1所示，装置安装于载人航天器7舱内，装置由全景云台1、控制器2、工业相机3、升降架4、导轨5和标定杆6构成,升降架4上具有升降手摇柄4.1,控制器2由调节滚轮2.1、控制按钮2.2、显示屏幕2.3和控制线2.4构成。

如图2所示为全景云台、相机示意图。全景云台1由安装于升降架末端8的主轴承9、云台底座10、支架驱动轴11、支架支撑杆12、相机驱动轴13、云台支架14和相机托板15构成。

图3所示为全景云台外翻补地示意图。

利用上述的载人航天器舱外超高清全景采集装置进行舱内全景拍摄，具体步骤为：

(1)拍摄位置调节。如图1所示，导轨5铺设在载人航天器7舱内底部，并通过螺栓与舱内底部工艺孔连接。升降架4底部通过滚轮机构与导轨5连接，沿导轨5滑动升降架4至合适拍摄位置并锁紧滚轮机构，完成水平方向位置调节。升降架4为多节升降架套筒式结构，升降方式为液压式升降，摇动手摇柄4.1将升降架4调节至合适拍摄高度，完成竖直方向位置调节；

(2)相机安装及参数设定。如图2所示，将焊连于全景云台底座10上的主轴承9安装于升降架末端8，工业相机3通过底部螺栓安装于托板15，托板15通过螺栓与云台支架14连接，云台支架14通过相机驱动轴13与支架支撑杆12连接，支架支撑杆12通过支架驱动轴11与云台底座10连接。如图1所示，通过控制器2上的控制按钮2和现实屏幕2.3进行相机拍摄参数设定：光圈一般设定在F22-F32范围，曝光时间一般设定在2秒-3秒，ISO一般设定在200-800范围内。

(3)相机视差校正。如图1所示，将标定杆6通过螺纹连接的方式固定于导轨5上，工业相机3与标定杆6距离1米至2米，通过控制器2上的调节滚轮2.1驱动主轴承9、支架驱动轴11和相机驱动轴13转动，以调节工业相机3姿态，使相机的镜头朝向标定杆6，通过控制器2上的调节滚轮2.1驱动主轴承9转动，通过控制器2上的显示屏幕2.3查看工业相机3的实时取景，查看标定杆6在取景中有无视差，若存在视差，调节工业相机3在相机托板15上的安装位置及相机托板在云台支架14上的安装位置，直至消除视差为止；

(4)云台拍摄路径规划。如图1和图2所示，通过控制器2上的调节滚轮2.1驱动主轴承9、支架驱动轴11和相机驱动轴13转动，以调节工业相机3的姿态，进行云台拍摄路径的设定。舱内全景拍摄工业相机3选用的镜头焦距范围一般为35-50mm定焦镜头，因此设定拍摄的相机视场角为26°-40°，控制器2上的调节滚轮2.1调节全景云台1的姿态，使工业相机3分别指向载人航天器7舱内拍摄点位顶部及拍摄点位地面，设定顶部为云台拍摄行程的起点，地面为拍摄点位的终点。

(5)全景拍摄。控制器2控制全景云台1和工业相机3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2.3可实时显示每个角度拍摄的照片，工业相机3拍摄的照片存储于控制器2的SD存储卡中。

(6)云台外翻补地。如图3所示，全景拍摄完成后，通过控制器2上的调节滚轮2.1驱动支架驱动轴11和相机驱动轴13转动，使云台支架14绕驱动轴11向外旋转180°，云台支架14绕相机驱动轴13向上旋转180°，使工业相机3的镜头指向导轨5，通过控制器2控制升降架4沿导轨5移动，使工业相机3的镜头指向全景拍摄时升降架4所遮挡的位置，工业相机3进行补地拍摄，至此完成舱内超高清全景采集。

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 (7)

1.一种旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集装置，其特征在于，由升降架、导轨、全景云台、工业相机、控制器和标定杆组成，所述升降架由主杆、升降手摇柄组成，所述升降架被设置为可以沿导轨水平滑动，并可以通过所述升降手摇柄在竖直方向上调节高度，所述全景云台底部通过驱动轴固定连接于所述升降架顶端，所述全景云台包括若干驱动轴和支撑相机的云台支架，所述控制器用于控制所述全景云台的运动及所述工业相机拍摄参数的调节，所述控制器与所述全景云台和所述工业相机的连接方式为有线连接。

2.使用权利要求1所述的旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集装置的采集方法，具体步骤为：

S1拍摄位置调节及设定；

S2相机安装及标定；

S3拍摄路径规划；

S4实施拍摄；

S5外翻补地。

3.如权利要求2所述的旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集方法，其特征在于，所述S1拍摄位置调节及设定，具体为将单导轨铺设于载人航天器舱内底部，滑动升降架将升降架移至合适拍摄位置并进行固定，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。

4.如权利要求2所述的旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集方法，其特征在于，所述S2相机安装及标定，具体为将相机安装于全景云台的云台支架上，通过控制器控制进行相机参数调节与设定，将相机标定杆安装于所述导轨上，手动调节相机在云台支架上的前后左右四向安装位置，直至相机标定杆在相机取景器中无视差，将相机位置锁定，完成相机的安装和标定。

5.如权利要求2所述的旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集方法，其特征在于，所述S3拍摄路径规划，具体为通过控制器控制升降架顶部的全景云台上的各个驱动轴电机转动进行角度调节，通过调节全景云台带动相机进行全景拍摄范围设定，首先设定相机拍摄视场角，之后通过控制器控制相机分别指向舱内拍摄点位顶部及拍摄点位地面，设定顶部为云台拍摄行程的起点，地面为拍摄点位的终点。

6.如权利要求5所述的旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集方法，其特征在于，所述S4实施拍摄，具体为，云台设定好拍摄行程的起点和终点及相机视场角，控制器自动逐行规划360°全景拍摄矩阵路径，之后控制器驱动云台及相机按照规划好的拍摄路径进行逐张全景照片拍摄，拍摄过程中拍摄的照片在控制器屏幕进行显示，拍摄完成后的照片在控制器上的存储器中进行存储。

7.如权利要求6所述的旋转式外翻补地航天器舱内全景影像采集方法，其特征在于，所述S5外翻补地，具体为全景拍摄完成后，通过所述控制器上调节所述驱动轴和所述全景云台，使所述全景云台绕所述驱动轴向外旋转180°，并使所述工业相机的镜头指向所述导轨，通过所述控制器控制所述升降架沿所述导轨，使所述工业相机的镜头指向全景拍摄时所述升降架遮挡的位置，进行补地拍摄，至此完成舱内超高清全景采集。

Images