CN205139164U - 一种基于无人机的粒子图像测速检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于无人机的粒子图像测速检测系统；包括多旋翼无人机、微型智能相机、万向传动装置、浓度测量仪和地面站监控系统；本实用新型中万向传动装置可以实现微型智能相机任意角度的拍摄，充分满足科研拍摄需要。本实用新型中实现的利用无人机搭载微型智能相机并依靠PC上位机完成一个闭环式的大尺度粒子图像检测任务相较于实验室环境下有了很大的突破，在便捷高效地基础上实现了在非常规环境下的检测，具备很大的实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机研究领域，特别涉及一种基于无人机的非常规情况下图像粒子检测系统。
背景技术
近年来，随着无人机技术的不断发展，其在电力、通信、气象、农林、海洋、勘探、防灾减灾等领域的应用也越来越广泛。多旋翼无人机由于其简单紧凑的机械结构、更加灵活的行动、起降环境要求较低、易操作、可在小氛围内实现起飞、悬停、降落等优异特点，被格外重视。
大尺度粒子图像测速是一种安全、高效的全场流速测量技术。它采用模式识别的方法匹配、跟踪连续视频图像中的水流示踪物，实现流速场的定量表示及可视化。现有的图像粒子测速技术在实验室环境下已经取得较为满意的成果，但是当研究环境改为自然环境下，特别是在一些高危情况下或者科研工作者不能近距离检测的情况下，传统的粒子图像检测就面临一个较为尴尬的处境。作为实验室环境下的粒子图像测速PIV技术在大尺度现场环境下的扩展，不仅可用于常规条件下天然河道水流紊动特性的研究，其非接触特性更使之成为极端条件下河流流量测量少数可行的方法之一，可以克服导致传统测流仪器无法正常施测的难题，而且可以在一些非常规的情况下体现出系统设备强有力的实用性。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种基于无人机的粒子图像测速检测系统。
一种基于无人机的粒子图像测速检测系统，包括多旋翼无人机、微型智能相机、万向传动装置、浓度测量仪和地面站监控系统；
所述微型智能相机内嵌于万向传动装置内；
所述万向传动装置包括第一步进电机、第二步进电机、第一传动构件、第二传动构件和电机控制器；
所述的第一传动构件与第二传动构件采用扣件式无缝对接；所述第一步进电机驱动第一传动构件，第二步进电机驱动第二传动构件，每个传动构件都能实现在一个平面内旋转，两个构件的旋转平面互成90°；万向传动装置固定在多旋翼无人机的底部；
所述微型智能相机在上位机的控制下驱动第一步进电机、第二步进电机可以实现任意角度的图像拍摄；
所述浓度测量仪包括机械杆、金属探头和传感器；机械杆是一种可伸缩折叠机械结构，可以在上位机的控制下由微电机实现折叠伸缩运动；机械杆顶部与多旋翼无人机的底部相连，机械杆末端设置有金属探头，传感器安装在金属探头上；
地面站监控系统由无线数据收发设备、无线图像接收设备和PC上位机组成；无线数据收发设备接收多旋翼无人机的无线数据收发设备传出的飞行姿态数据，并将其通过计算机软件整合显示在微型计算机的屏幕上；无线图像接收设备接收无线图像发送设备的图像信号，并将图像处理软件显示在PC上位机上，实现图像的捕捉和记录功能。
所述微型智能相机包括处理器模块、CMOS图像传感器模块、光学系统模块、内部寄存器和电源模块；所述光学系统模块包括双滤镜切换器、三可变镜头和补光灯，CMOS图像传感器模块外侧依次设置有双滤镜切换器、三可变镜头；补光灯设置在相机外侧；双滤镜切换器安装在CMOS图像传感器模块外侧，双滤镜切换器中内嵌850～1050nm近红外滤镜和400～1050全光谱滤镜，内部寄存器的信号输出端口接处理器模块。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点：
(1)本实用新型中万向传动装置可以实现微型智能相机任意角度的拍摄，充分满足科研拍摄需要。
(2)本实用新型中实现的利用无人机搭载微型智能相机并依靠PC上位机完成一个闭环式的大尺度粒子图像检测任务相较于实验室环境下有了很大的突破，在便捷高效地基础上实现了在非常规环境下的检测，具备很大的实用性。
附图说明
图1是本实用新型中不包括多旋翼无人机的万向传动装置的结构图；
图2是本实用新型多旋翼无人机结构示意图；
图3是本实用新型基于无人机的微型智能相机模块结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
基于无人机的粒子图像测速检测系统，包括多旋翼无人机1、微型智能相机2、万向传动装置3、浓度测量仪4和地面站监控系统。所述微型智能相机2内嵌于万向传动装置3内。
如图1所示，所述万向传动装置3包括第一步进电机3.1、第二步进电机3.2、第一传动构件3.3、第二传动构件3.4和电机控制器3.5；
所述的第一传动构件3.3与第二传动构件3.4采用扣件式无缝对接，保证结构的稳定；所述第一步进电机3.1驱动第一传动构件3.3，第二步进电机3.2驱动第二传动构件3.4，每个传动构件都能实现在一个平面内旋转，两个构件的旋转平面互成90°；万向传动装置3固定在多旋翼无人机1的底部。
所述微型智能相机2在上位机的控制下驱动第一步进电机3.1、第二步进电机3.2可以实现任意角度的图像拍摄，充分满足采集需要。
如图3所示，所述微型智能相机2包括处理器模块2.1、CMOS图像传感器模块2.2、光学系统模块、内部寄存器和电源模块2.4。
所述光学系统模块包括双滤镜切换器2.3.1、三可变镜头2.3.2和补光灯2.3.3，CMOS图像传感器模块2.2外侧依次设置有双滤镜切换器2.3.1、三可变镜头2.3.2；补光灯2.3.3设置在相机外侧；双滤镜切换器2.3.1安装在CMOS图像传感器模块2.2外侧，双滤镜切换器2.3.1中内嵌850～1050nm近红外滤镜和400～1050全光谱滤镜，内部寄存器的信号输出端口接处理器模块2.1；这种光学滤波技术可以为后续流程中原本复杂的图像增强算法得以简化；补光灯2.3.3的开闭由光敏电阻和处理器模块2.1控制的继电器共同完成，以满足弱光下的拍摄要求。
所述浓度测量仪4包括机械杆、金属探头和传感器。机械杆是一种可伸缩折叠机械结构，可以在上位机的控制下由微电机实现折叠伸缩运动；机械杆顶部与无人机的底部相连，机械杆末端设置有金属探头，传感器安装在金属探头上，用以检测和传输浓度数据。同时可根据检测要求更换相应的浓度测量仪4。
如图2所示，所述多旋翼无人机1包括：多轴飞行器机架1.1、机载电调1.2、锂电池1.3、飞行器飞行控制单元1.4、PMU电源管理单元1.5、气压计、陀螺仪以及PCMS收发模组1.6及其配套遥控器，机载电调1.2、锂电池1.3、飞行器飞行控制单元1.4、PMU电源管理单元1.5、气压计、陀螺仪和PCMS收发模组1.6均安装在多轴飞行器机架1.1上；多轴飞行器机架旋翼的各个电机经机载电调1.2连接飞行器飞行控制单元1.4，气压计用于检测飞行器距离地面高度，陀螺仪用于检测飞行器空中姿态角；飞行器飞行控制单元分别与气压计、陀螺仪、PCMS收发模组相连接，锂电池1.3经PMU电源管理单元1.5与飞行器飞行控制单元1.4连接供电。同时多旋翼无人机1的类型可以根据实际情况进行选用，且机身与支架易于安装或拆卸，从而方便多旋翼无人机的更换。
所述的多轴飞行器机架1.1包括旋翼1.1.1、无刷电机1.1.2、机臂1.1.3、飞行器支架1.1.4；多轴飞行器支架1.1的各个机臂1.1.3上均安装有无刷电机1.1.2，无刷电机1.1.2输出轴连接旋翼1.1.1。
地面站监控系统由无线数据收发设备、无线图像接收设备和PC上位机组成。无线数据收发设备接收无线数据收发设备传出的飞行姿态数据，并将其通过计算机软件整合显示在微型计算机的屏幕上。无线图像接收设备接收无线图像发送设备的图像信号，并将图像处理软件显示在PC上位机上，实现图像的捕捉和记录功能。
Claims (2)
1.一种基于无人机的粒子图像测速检测系统，包括多旋翼无人机、微型智能相机、万向传动装置、浓度测量仪和地面站监控系统；
其特征在于：所述微型智能相机内嵌于万向传动装置内；
所述万向传动装置包括第一步进电机、第二步进电机、第一传动构件、第二传动构件和电机控制器；
所述的第一传动构件与第二传动构件采用扣件式无缝对接；所述第一步进电机驱动第一传动构件，第二步进电机驱动第二传动构件，每个传动构件都能实现在一个平面内旋转，两个构件的旋转平面互成90°；万向传动装置固定在多旋翼无人机的底部；
所述微型智能相机在上位机的控制下驱动第一步进电机、第二步进电机可以实现任意角度的图像拍摄；
所述浓度测量仪包括机械杆、金属探头和传感器；机械杆是一种可伸缩折叠机械结构，可以在上位机的控制下由微电机实现折叠伸缩运动；机械杆顶部与多旋翼无人机的底部相连，机械杆末端设置有金属探头，传感器安装在金属探头上；
地面站监控系统由无线数据收发设备、无线图像接收设备和PC上位机组成；无线数据收发设备接收多旋翼无人机的无线数据收发设备传出的飞行姿态数据，并将其通过计算机软件整合显示在微型计算机的屏幕上；无线图像接收设备接收无线图像发送设备的图像信号，并将图像处理软件显示在PC上位机上，实现图像的捕捉和记录功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的粒子图像测速检测系统，其特征在于：所述微型智能相机包括处理器模块、CMOS图像传感器模块、光学系统模块、内部寄存器和电源模块；所述光学系统模块包括双滤镜切换器、三可变镜头和补光灯，CMOS图像传感器模块外侧依次设置有双滤镜切换器、三可变镜头；补光灯设置在相机外侧；双滤镜切换器安装在CMOS图像传感器模块外侧，双滤镜切换器中内嵌850～1050nm近红外滤镜和400～1050全光谱滤镜，内部寄存器的信号输出端口接处理器模块。
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