CN203740140U - 一种多镜头航空摄影稳定平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多镜头航空摄影稳定平台，包括吊臂机构、摄像平台、陀螺仪、设置在摄像平台内的相机和摄影控制装置；所述吊臂机构包括第一转动组件，并通过该第一转动组件与摄像平台连接；所述摄像平台内设有第二转动组件，控制该摄像平台在同时垂直于水平面和第一转动平面的第二转动平面上转动；所述陀螺仪设置在摄像平台上，并与第一转动组件和第二转动组件电连接。所述摄影控制装置包括：主控模块、传输模块、电源模块和传感器。相对于现有技术，本实用新型多镜头航空摄影稳定平台，能够自动控制数码相机曝光，同时控制摄影图片实时高速传输，能够高效、快速地传输和切换。

Description

一种多镜头航空摄影稳定平台

技术领域

本实用新型涉及一种多镜头航空摄影稳定平台，特别是一种适合于小型低空遥感无人机的稳定平台。

背景技术

无人机低空遥感系统在实现影像图制作的基础上，正在向摄影测量立体测图专用领域发展。依据航空摄影测量规范，用于摄影测量的无人机航空摄影系统对有效载荷的姿态稳定度有着严格的量化要求。而飞机在航摄时会受到机体震动和空中杂散气流的影响，有效载荷会随之改变摄影姿态，造成航摄漏洞以及摄影测量交会角过小等严重问题。

除了机身不稳定的因素外，影响航拍获取高质量影像的因素有很多，例如针对不同的地形地貌的拍摄，若不调整相机参数，采用统一的感光度、分辨率和快门速度进行拍摄，势必会得到不同的图像质量。而目前尚未出现对无人机机载相机进行自动调节和控制的装置，使得相机在不同环境条件下，针对不同地形地貌无法自动调节其参数设置，导致无人机航拍影像质量不理想。

针对上述问题，现有技术中通过使用独立的稳定平台实现无人机有效载荷的增稳控制。该平台式稳定系统具有精度高计算简单响应快的优点。但是现有技术中的独立的稳定平台存在体积大、机械结构复杂、补偿范围小和价格昂贵的缺点；同时，独立的稳定平台一般仅适用于大型军用高端无人机。

实用新型内容

本实用新型在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多镜头航空摄影稳定平台。

本实用新型是通过以下的技术方案实现的：

一种多镜头航空摄影稳定平台，包括吊臂机构、摄像平台、陀螺仪、设置在摄像平台内的相机和摄影控制装置；

所述吊臂机构包括第一转动组件，并通过该第一转动组件与摄像平台连接，控制摄像平台在垂直于水平面的第一转动平面上转动；

所述摄像平台内设有第二转动组件，控制该摄像平台在同时垂直于水平面和第一转动平面的第二转动平面上转动；

所述陀螺仪设置在摄像平台上，并与第一转动组件和第二转动组件电连接，控制第一转动组件和第二转动组件的工作；

所述摄影控制装置包括：主控模块、传输模块、电源模块和传感器，所述主控模块的输入端连接至设于飞行器上的传感器，主控模块的输出端连接至飞行器上的相机，该相机内设有数据存储器；主控模块与传输模块电连接，传输模块与相机内的数据存储器连接；电源模块为主控模块和传输模块供电；以及传感器监测飞行器所处环境中的环境参数并传递至主控模块。

相比于现有技术，本实用新型通过使用陀螺仪、第一转动组件和第二转动组件，实现摄像平台在二维平面上的调整，方便相机视轴的稳定，防止晃动。同时，通过使用陀螺仪可以省去了复杂的机械结构平台，同时具有体积小、重量轻、成本低和补偿范围更大的特点。

作为本实用新型的进一步改进，所述吊臂机构还包括一吊臂壳体，该壳体的纵截面为倒梯形；所述第一转动组件设置在该吊臂壳体内；该第一转动组件包括与陀螺仪电连接的舵机、主动齿轮、从动齿轮和驱动转轴；该主动齿轮的中心与舵机转轴连接；该从动齿轮与主动齿轮啮合连接；该驱动转轴设置在该从动齿轮中心；该驱动转轴贯穿该吊臂壳体的前后两侧，且其两端分别外露在吊臂壳体外并位于吊臂壳体的下端；该驱动转轴的两端与摄像平台连接。进一步，通过使用主动齿轮和从动齿轮配合使用，可以使舵机的单轴输出通过两齿轮的传动带动驱动转轴的转动，实现双轴转动。将吊臂壳体的纵截面设置成倒梯形，可以减少占用的空间和吊臂的重量，同时也可以提供吊臂的刚性强度。

作为本实用新型的进一步改进，所述摄像平台还包括平台壳体和梁架；该平台壳体包括上壳体、下壳体和两侧壳体；所述两上下壳体对扣连接，形成一容纳空间；所述两侧壳体分别设置在上下两壳体连接处的相对两侧，并同时与上壳体和下壳体固定连接；该梁架设置在壳体内；该上壳体上设有一吊臂开口；所述吊臂壳体的下端穿过该吊臂开口，嵌设在该梁架上并通过该驱动轴与梁架的中心连接；所述第二转动组件设置在上下两壳体的连接处。作为本实用新型的进一步改进，所述摄像平台还包括一固定盖；该固定盖设置在上壳体与下壳体之间，并与该下壳体扣合连接；该陀螺仪设置在该固定盖上；该梁架位于固定盖的上方并位于上壳体内。进一步，通过固定盖可以将上下壳体分隔开来，避免内部器件的相互影响，同时可以承载陀螺仪和梁架。

作为本实用新型的进一步改进，所述下壳体内设有两组相互垂直的隔板，成“十”字型分布；其中每组隔板包括两块相互平行的隔板，形成五个相机容纳槽；该容纳槽包括由两组隔板相交处所形成的中央容纳槽和分布在该中央容纳槽的四个方位上的侧面容纳槽；所述相机分别设置在该相机容纳槽内部。进一步，通过隔板将下壳体分隔成五个相机容纳槽，可以方便相机的安装和增加摄像角度范围。

作为本实用新型的进一步改进，所述下壳体的相对两内侧壁上分别设有固定板，且该下壳体的两相对外侧壁上分别设有一轴架板；所述第二转动组件部件包括两个与陀螺仪电连接的舵机和两个连接轴；所述两舵机分别通过螺钉与下壳体内的两固定板连接；该两连接轴的一端分别与轴架板相连接，该两连接轴的另一端分别与两舵机的转轴连接。进一步，通过两个舵机与连接轴的配合使用，实现摄像平台的在第二转动平面上的转动，实现调整。

作为本实用新型的进一步改进，所述相机包括一设在中央容纳槽内的正向相机和四个设在在侧面容纳槽内的倾斜相机；该正向相机的视轴方向垂直向下；所述四个倾斜相机的视轴方向与正向相机的视轴方向所形成的角度为30～45度。进一步，通过对五个相机的视轴角度的调整，实现摄像的多角度的捕捉，使整个摄像效果更加清晰。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控模块包括：控制器、存储器、数据传输端、串口通信端和相机控制端；其中，主控模块通过数据传输端与传输模块电连接，从相机的数据存储器中快速获取数据信息并传递至控制器；串口通信端与相机连接，实时监控相机拍摄的参数信息并传递至控制器；存储器中预先储存着不同环境条件下相机拍摄的标准参数信息；以及控制器对所接收的上述信息进行分析，并利用相机控制端对相机进行相应的控制。

作为本实用新型的进一步改进，所述电源模块包括电源转换模块、升压模块、锂电池、滤波模块、稳压模块、备用电源和充电模块；其中，锂电池通过升压模块与电源转换模块电连接；备用电源通过稳压模块和滤波模块分别进行稳压和滤波处理，并将获得的稳定的电压输入至电源转换模块；电源转换模块将输入的电压转换后输出供主控模块和传输模块使用；以及充电模块在相机电池电量低于临界值时启动，为相机充电。

进一步，所述传输模块为USB传输器，所述相机的数据存储器为TF/SD卡。

本实用新型具有的优点和有益效果是：

1、本实用新型通过使用陀螺仪、第一转动组件和第二转动组件，实现摄像平台在二维平面上的调整，方便相机视轴的稳定，防止晃动。同时，通过使用陀螺仪可以省去了复杂的机械结构平台，同时具有体积小、重量轻、成本低和补偿范围更大的特点。

2、进一步，通过使用主动齿轮和从动齿轮配合使用，可以使舵机的单轴输出通过两齿轮的传动带动驱动转轴的转动，实现双轴转动。

3、进一步，通过对五个相机的视轴角度的调整，实现摄像的多角度的捕捉，使整个摄像效果更加清晰。

4、进一步，通过自动监测飞行器上一台或多台数码相机的状态参数，并将采集到的参数与预存的标准参数进行对比，驱动控制器对相机进行相应的调节和控制，从而实现对无人机上数码相机的自动控制；本装置还利用高速传输模块实现了航拍照片的实时高速传输。本装置还可以监测相机当前状态，如电池电压值，并在电池电压不足时及时进行充电，从而保证了航拍相机的正常工作。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1是本实用新型的三轴陀螺的外部示意图。

图2是本实用新型的三轴陀螺的剖面图。

图3是本实用新型的三轴陀螺的爆炸图。

图4是本实用新型的吊臂机构的结构示意图。

图5是本实用新型的摄像平台的下壳体的结构示意图。

图6是本实用新型的摄影控制装置的内部结构方框图。

具体实施方式

请同时参阅1～3，其中，图1是本实用新型的三轴陀螺的外部示意图，图2是本实用新型的三轴陀螺的剖面图，图3是本实用新型的三轴陀螺的爆炸图。

本实用新型的一种多镜头航空摄影稳定平台，包括包括吊臂机构1、摄像平台2、设置在摄像平台内的相机3、陀螺仪4、摄影控制装置5、主控模块51、传输模块52、电源模块53、传感器54；控制器511、存储器512、串口通信端513、相机控制端514、数据传输端515；TF/SD卡6、相机电池7；电源转换模块531、升压模块532、锂电池533、滤波模块534、稳压模块535、充电模块536、备用电源537。

所述吊臂机构1包括第一转动组件11，并通过该第一转动组件11与摄像平台2连接，控制摄像平台2在垂直于水平面的第一转动平面上转动。所述摄像平台2内设有第二转动组件24，控制该摄像平台2在同时垂直于水平面和第一转动平面的第二转动平面上转动；所述陀螺仪4设置在摄像平台2上，并与第一转动组件11和第二转动组件24电连接，控制第一转动组件11和第二转动组件24的工作。

请参阅图4，其为本实用新型的吊臂机构1的结构示意图。所述吊臂机构1包括第一转动组件11、吊臂壳体12和挂板13。具体的，所述吊臂壳体12的纵截面为倒梯形。所述挂板13设在在吊臂壳体12的上端。所述第一转动组件11设置在该吊臂壳体12内。该第一转动组件11包括与陀螺仪4电连接的舵机111、主动齿轮112、从动齿轮113和驱动转轴114；该主动齿轮112的中心与舵机111转轴连接；该从动齿轮113与主动齿轮112啮合连接；该驱动转轴114设置在该从动齿轮113中心；该驱动转轴114贯穿该吊臂壳体12的前后两侧，且其两端分别外露在吊臂壳体12外并位于吊臂壳体12的下端；该驱动转轴114的两端与摄像平台2连接。

所述摄像平台2包括平台壳体21、梁架22、固定盖23和第二转动组件24。所述平台壳体21包括上壳体211、下壳体212和两侧壳体213；该上壳体211和下壳体212对扣连接，形成一容纳空间。两侧壳体213设在该两上下壳体连接处的相对两侧，以固定连接两上壳体211和下壳体212。进一步，所述侧壳体213与下壳体212之间还设有一加强板2131。

请参阅图5，其为本实用新型的摄像平台2的下壳体212的结构示意图。具体的，所述上壳体211上设有一吊臂开口2111。所述下壳体212内设有多个隔板2121；该隔板2121与下壳体212的内壁连接，形成多个相机容纳槽；该相机容纳槽的底部分别设有摄像开口。进一步，所述下壳体212内设有两组相互垂直的隔板2121，成“十”字型分布；其中每组隔板2121包括两块相互平行的隔板2121，形成五个相机容纳槽。具体的，所述容纳槽包括由两组隔板2121相交处所形成的中央容纳槽和分布在该中央容纳槽的四个方位上的侧面容纳槽。其中，所述相机3分别设置在该相机容纳槽内部。

所述下壳体212的相对两内侧壁上分别设有固定板2122，且该下壳体212的两相对外侧壁上分别设有一轴架板2123。具体的，所述侧壳体213设在两轴架板2123的外侧。

所述固定盖23设置在上壳体211与下壳体212之间，并与该下壳体212扣合连接；所述梁架22位于固定盖23的上方并位于上壳体211内。所述吊臂壳体12的下端穿过上壳体211的吊臂开口2111，嵌设在该梁架22上并通过该驱动转轴114与梁架22的中心连接；所述第二转动组件24设置在上下两壳体的连接处。

所述第二转动组件24包括两个与陀螺仪4电连接的舵机241和两个连接轴242；所述两舵机241分别通过螺钉与下壳体212内的两固定板2122连接。所述两连接轴242的一端分别与轴架板2123相连接，该两连接轴242的另一端分别与两舵机241的转轴连接。

所述相机3包括一设在中央容纳槽内的正向相机3和四个设在在侧面容纳槽内的倾斜相机3；该正向相机3的视轴方向垂直向下；所述四个倾斜相机3的视轴方向与正向相机3的视轴方向所形成的角度为30～45度。

所述陀螺仪4设置在该固定盖23上。并且，该陀螺仪4同时与第一转动组件11和第二转动组件24电连接，控制第一转动组件11和第二转动组件24的工作。

该摄影控制装置5设置在飞行器上，与该飞行器上5台用于航拍的数码相机连接，这5台数码相机分别位于飞行器的不同位置，朝向不同的方位，从而可方便地拍摄不同角度的画面。该飞行器中设置有GPS定位模块。

本实用新型的三轴陀螺的稳定平台可以安装在直升机等飞行器上；在遭遇气流影响产生的颠簸或晃动时，可以通过本实用新型的稳定平台自动调节位置，以保证摄像过程中的稳定。具体的，通过陀螺仪4检测摄像平台2的位置信息，当摄像平台2出现倾斜或晃动时，该陀螺仪4控制第一转动组件11和第二转动组件24进行工作。其中，该第一转动组件11的舵机111在接收到陀螺仪4的信号后，通过主动齿轮112和从动齿轮113控制驱动转轴114的转动；该驱动转轴114与梁架22连接，控制梁架22的转动，从而可以控制摄像平台2实现在第一转动平面上的转动，以调整摄像角度。同理，该第二转动组件24中的舵机241在接收到陀螺仪4的信号后，通过连接轴242控制轴架板2123的转动，从而可以控制该摄像平台2实现在第二转动平面上的转动，调整摄像角度。而因为该第一转动平面和第二转动平面时相互垂直的，所以可以实现在二维平面上的任意角度的调整。

本实用新型具有多种变形实施例，比如，所述的相机3的分布位置可以根据不同情况任意调整，也可以根据具体情况调整相机3的视轴角度。

相比于现有技术，本实用新型通过使用陀螺仪4、第一转动组件11和第二转动组件24，实现摄像平台2在二维平面上的调整，方便相机3视轴的稳定，防止晃动。同时，通过使用陀螺仪4可以省去了复杂的机械结构平台，同时具有体积小、重量轻、成本低和补偿范围更大的特点。

请参阅图6，为本实用新型的摄影控制装置的内部结构方框图。该摄影控制装置5其包括：主控模块51、传输模块52、电源模块53和传感器54。其中，主控模块51为单片机，如可选用价格低、处理速度快、系统中断响应能力强的ARM处理器。传输模块52优选为USB2.0传输控制器，可选用高速传输芯片。主控模块51的输入端连接至飞行器上的传感器54，主控模块51的输出端连接至所述飞行器上的相机3，相机3内设有数据存储器，在本实施例中数据存储器为TF/SD卡6。主控模块51与传输模块52电连接，传输模块52与相机3的数据存储器连接。电源模块53为主控模块51和传输模块52供电；以及传感器54监测飞行器所处环境中的参数并传递至主控模块51。在具体实施过程中，主控模块51、传输模块52和电源模块53这三个主要功能模块分别设置在三块电路板上，以排线形式连接。

如图6所示，主控模块51具体包括：控制器511、存储器512、串口通信端513、相机控制端514和数据传输端515。串口通信端513作为调试观察串口，其与相机3连接，用于实时监控飞行器上相机3的拍摄参数，使控制器511及时了解相机3的各项状态，采取适当的调控措施。

存储器512中预先储存着不同环境条件下相机拍摄的标准参数信息；控制器511对所接收的上述信息进行分析，并利用相机控制端514对相机进行相应的控制，从而使得相机3在不同环境条件下都够实时自动调整其参数值，使其拍摄出高质量的照片。主控模块51通过数据传输端515与传输模块52电连接，数据传输端515具体为I/O端口，通过与传输模块52的通信，从相机3的数据存储器（TF/SD卡）6中快速获取数据信息并传递至控制器511。

在本实用新型中，传感器54具体为光照传感器，其所监测的环境参数为光照强度。光照传感器54将其监测到的当前光照强度传递至控制器511，控制器511对应查找存储器512中预存的该光照条件下拍摄照片的标准相机参数，将该标准参数与串口通信端513监测到的当前相机参数对比，若不同，则控制器511通过相机控制端514进行调节。

在本实用新型中，电源模块53具体包括电源转换模块531、升压模块532、锂电池533、滤波模块534、稳压模块535、充电模块536和备用电源537。其中，锂电池533通过升压模块532与电源转换模块531电连接，备用电源537通过稳压模块535和滤波模块534分别进行稳压和滤波处理，并将获得的稳定的电压输入至电源转换模块531，该电源转换模块531将输入的电压转换后输出供主控模块51和传输模块52使用。具体的，在本实施例中，升压模块532优选为直流的升压芯片；稳压模块535优选为防静电保护的稳压管；滤波模块534优选为由电感和电容共同组成的滤波电路；备用电源537优选为12V直流电源；电源转换模块531将12v直流电压转换为5v和3.3v的稳定可靠的电压供后续使用。充电模块536在相机电池7电量低于临界值（如3v）时启动，为其充电。

在本实施例的主控模块中还可以设置其他辅助模块，如Flash存储模块等。采用Flash存储模块，可以有选择性地保存相机操作的数据，可采用SPI方式和主控模块通信。本实用新型所述的控制装置主要应用于飞行器航拍领域，可以适用于自动控制飞行器上的数码相机调节其参数值，从而使相机在不同环境条件下都能够获取高质量的照片，并同时控制相机所拍摄照片的高速传输。本实用新型所述实施例可适用于一台或多台相机，在此以一台相机为例，但不局限于此数目，必要时可根据实际需要对相机数目进行增减。在本实用新型的实施例中，该控制装置设在飞行器上，与该飞行器上用于航拍的数码相机连接。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：包括吊臂机构、摄像平台、陀螺仪、设置在摄像平台内的相机和摄影控制装置； 

所述吊臂机构包括第一转动组件，并通过该第一转动组件与摄像平台连接，控制摄像平台在垂直于水平面的第一转动平面上转动； 

所述摄像平台内设有第二转动组件，控制该摄像平台在同时垂直于水平面和第一转动平面的第二转动平面上转动； 

所述陀螺仪设置在摄像平台上，并与第一转动组件和第二转动组件电连接，控制第一转动组件和第二转动组件的工作； 

所述摄影控制装置包括：主控模块、传输模块、电源模块和传感器，所述主控模块的输入端连接至设于飞行器上的传感器，主控模块的输出端连接至飞行器上的相机，该相机内设有数据存储器；主控模块与传输模块电连接，传输模块与相机内的数据存储器连接；电源模块为主控模块和传输模块供电；以及传感器监测飞行器所处环境中的环境参数并传递至主控模块。 

2.根据权利要求1所述多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：所述吊臂机构还包括一吊臂壳体，该壳体的纵截面为倒梯形；所述第一转动组件设置在该吊臂壳体内；该第一转动组件包括与陀螺仪电连接的舵机、主动齿轮、从动齿轮和驱动转轴；该主动齿轮的中心与舵机转轴连接；该从动齿轮与主动齿轮啮合连接；该驱动转轴设置在该从动齿轮中心；该驱动转轴贯穿该吊臂壳体的前后两侧，且其两端分别外露在吊臂壳体外并位于吊臂壳体的下端；该驱动转轴的两端与摄像平台连接。 

3.根据权利要求2所述多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：所述摄像平台还包括平台壳体和梁架；该平台壳体包括上壳体、下壳体和两侧壳体；所述两上下壳体对扣连接，形成一容纳空间；所述两侧壳体分别设置在上下两壳体连接处的相对两侧，并同时与上壳体和下壳体固定连接；该梁架设置在壳体内；该上壳体上设有一吊臂开口；所述吊臂壳体的下端穿过该吊臂开口，嵌设在该梁架上并通过该驱动转轴与梁架的中心连接；所述第二转动组件设置在上下两壳体的连接处。 

4.根据权利要求3所述多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：所述摄像平台还包括一固定盖；该固定盖设置在上壳体与下壳体之间，并与该下壳体扣合连接；该陀螺仪设置在该固定盖上；该梁架位于固定盖的上方并位于上壳体内。 

5.根据权利要求4所述多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：所述下壳体内设有两组相互垂直的隔板，成“十”字型分布；其中每组隔板包括两块相互平行的隔板，形成五个相机 容纳槽；该容纳槽包括由两组隔板相交处所形成的中央容纳槽和分布在该中央容纳槽的四个方位上的侧面容纳槽；所述相机分别设置在该相机容纳槽内部。 

6.根据权利要求3所述多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：所述下壳体的相对两内侧壁上分别设有固定板，且该下壳体的两相对外侧壁上分别设有一轴架板；所述第二转动组件部件包括两个与陀螺仪电连接的舵机和两个连接轴；所述两舵机分别通过螺钉与下壳体内的两固定板连接；该两连接轴的一端分别与轴架板相连接，该两连接轴的另一端分别与两舵机的转轴连接。 

7.根据权利要求5所述多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：所述相机包括一设在中央容纳槽内的正向相机和四个设在在侧面容纳槽内的倾斜相机；该正向相机的视轴方向垂直向下；所述四个倾斜相机的视轴方向与正向相机的视轴方向所形成的角度为30～45度。 

8.根据权利要求1所述多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：所述主控模块包括：控制器、存储器、数据传输端、串口通信端和相机控制端；其中， 

主控模块通过数据传输端与传输模块电连接，从相机的数据存储器中快速获取数据信息并传递至控制器； 

串口通信端与相机连接，实时监控相机拍摄的参数信息并传递至控制器； 

存储器中预先储存着不同环境条件下相机拍摄的标准参数信息；以及 

控制器对所接收的上述信息进行分析，并利用相机控制端对相机进行相应的控制。 

9.根据权利要求8所述多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：所述电源模块包括电源转换模块、升压模块、锂电池、滤波模块、稳压模块、备用电源和充电模块；其中， 

锂电池通过升压模块与电源转换模块电连接； 

备用电源通过稳压模块和滤波模块分别进行稳压和滤波处理，并将获得的稳定的电压输入至电源转换模块； 

电源转换模块将输入的电压转换后输出供主控模块和传输模块使用；以及 

充电模块在相机电池电量低于临界值时启动，为相机充电。 

10.根据权利要求9所述多镜头航空摄影稳定平台，其特征在于：所述传输模块为USB传输器，所述相机的数据存储器为TF/SD卡。