CN208001330U - 一种无人机高速可变倍抓拍系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无人机高速可变倍抓拍系统，具有机载云台和置于机载云台内的控制系统；其特征在于：所述机载云台包括固定座、连接座、滑动部、X轴驱动器、Y轴驱动器和机载设备；所述连接座固定于带安装孔的固定座下方；所述滑动部的一端滑动连接在连接座下方，另一端与X轴驱动器固定连接；所述X轴驱动器和Y轴驱动器之间通过连接臂连接；所述机载设备与X轴驱动器以及Y轴驱动器之间均为滑动设置。本实用新型利用步进电机驱动，每个步长对应一个螺距，步进电机通过减速组很容易达到0.01°/step的精度，实现了连续变焦时的同步聚焦。

Description

一种无人机高速可变倍抓拍系统

技术领域

本实用新型涉及无人机机载摄像机应用技术领域，特别涉及一种无人机高速可变倍抓拍系统。

背景技术

在小型无人直升机民用领域，无人机航拍是最为常见的一种机载应用，利用机载云台-摄像机系统对地面状况进行拍摄的过程中，传统机载摄像机采用定焦或基于DSP聚焦的思路，无法实现变倍同步聚焦的功能。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种在特定飞行高度，实现变倍同步聚焦的无人机高速可变倍抓拍系统。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种无人机高速可变倍抓拍系统，具有机载云台和置于机载云台内的控制系统；其特征在于：所述机载云台包括固定座、连接座、滑动部、X轴驱动器、Y轴驱动器和机载设备；所述连接座固定于带安装孔的固定座下方；所述滑动部的一端滑动连接在连接座下方，另一端与X轴驱动器固定连接；所述X轴驱动器和Y轴驱动器之间通过连接臂连接；所述机载设备与X轴驱动器以及Y轴驱动器之间均为滑动设置。

上述技术方案所述控制系统具有镜头控制器、数传电台、地面控制站、步进电机驱动电路和步进电机；所述镜头控制器的输出端通过步进电机驱动电路接步进电机的输入端；所述地面控制站通过数传电台与镜头控制器双向通讯连接；所述镜头控制器内具有ARM处理器；所述ARM处理器的两个输出端分别接变倍组和补偿组，ARM处理器的输入端接存储器调用存储器内置的距离表。

上述技术方案所述机载设备与X轴驱动器以及Y轴驱动器之间均通过滑轨和滑块配合连接。

采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：

（1）本实用新型完全避免了电机轴在长期使用中由于受自重或负载导致其弯折变形或损坏的可能性，延长了电机的使用寿命，且其结构更简单，易加工，成本更低；并且可以实现云台多自由度的重心的快速调节，节约了调整重心的时间，且利用步进电机驱动，每个步长对应一个螺距，步进电机通过减速组很容易达到0.01°/step的精度，实现了连续变焦时的同步聚焦。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1为本实用新型的机载云台结构示意图；

图2为本实用新型的控制系统原理图。

具体实施方式

（实施例1）

见图1和图2，本实用新型具有机载云台和置于机载云台内的控制系统；机载云台包括固定座1、连接座2、滑动部3、X轴驱动器4、Y轴驱动器5和机载设备6；连接座2固定于带安装孔的固定座1下方；滑动部3的一端滑动连接在连接座2下方，另一端与X轴驱动器4固定连接；X轴驱动器4和Y轴驱动器5之间通过连接臂7连接；机载设备6与X轴驱动器4以及Y轴驱动器5之间均为滑动设置。

控制系统具有镜头控制器8、数传电台9、地面控制站10、步进电机驱动电路11和步进电机12；镜头控制器8的输出端通过步进电机驱动电路11接步进电机12的输入端；地面控制站10通过数传电台9与镜头控制器8双向通讯连接；镜头控制器8内具有ARM处理器；ARM处理器的两个输出端分别接变倍组13和补偿组14，ARM处理器的输入端接存储器15调用存储器15内置的距离表。

机载设备6与X轴驱动器4以及Y轴驱动器5之间均通过滑轨和滑块配合连接。

本实用新型的工作原理为：无人机在高空侦察过程中，离地高度通常在100～1000 m之间，在日常的模拟训练和实际的作战侦察中，无人机飞行高度通常在100 m以上。假设物距在100 m以外，而摄像机的焦距在3～60 mm，透镜成像公式为：

其中，u为物距，v为像距，f为焦距。与焦距相比，物距可以近似看成无穷远的距离，所以在摄像机镜头设计过程中，可将物距看作无穷远，将变焦的连续过程分解成一个连续的微分过程。相对于焦平面，所有镜片组元的点位可以在计算机内存储，将透镜组的变焦与聚焦步长通过提前运算和修正，固化到两条不同的螺旋曲线运动轨迹上，变焦步长可以分解为若干个足够精细的连续点，螺距每前进或后退一个步长，在另一条螺旋曲线上对应一个聚焦补偿组的输出位置，将所有步长提前计算和实际校准后，形成一个固化的透镜组距离“表”，利用步进电机驱动，每个步长对应一个螺距，步进电机通过减速组很容易达到0.01°/step的精度，如此就实现了连续变焦时的同步聚焦。

镜头光学系统组成:在整个镜头构件的物理尺寸不超过设计要求的总长42 mm前提下，计算机仿真结果显示，镜头变焦的范围可远远超过4～9 mm。在计算机仿真优化的指导下，经实际加工后，最终获得3.7～14.8 mm的变焦镜头，变倍也由2.5倍扩展到4倍。

凸轮曲线设计:无人机飞行高度通常在100～1 000 m之间，摄像机焦距与无人机的飞行高度之比可达到1：100 000，系统焦距每增减0.01 mm，镜片之间的距离和各镜片到图像传感器靶面的距离在ARM处理器下达指令驱动变倍组运动时，ARM处理器同时调用存储器内置的距离表，给补偿组下达一一对应的指令，使补偿组执行特定的运动，实现变倍同步聚焦功能。

镜头控制系统

镜头控制器：采用同步快速聚焦设计对控制器的CPU资源占用会变得非常小。通过飞控的遥控指令，实现连续快速变倍与同步聚焦功能。镜头控制器的主要作用是通过程序实现飞行过程中的自动拍摄功能、检测变焦过程中的系统故障和错误、根据地面控制站指令完成步进电机控制、记录当前镜头倍率及GPS坐标与时间。

镜头控制的硬件设计：镜头控制主要由ARM处理器、步进电机驱动器、步进电机、地面控制站、数传电台等几部分组成。飞控系统中的ARM处理器除完成姿态测量、飞行控制和遥控遥测通信外，其富余的资源还可用于镜头的控制。步进电机驱动电路完成的主要功能为：步进电机的正反转、速度控制、对步长精确控制、按照CPU计算结果实现镜头的变倍同步聚焦。数传电台的任务是实现地面控制站与无人机之间的通信，将地面控制站的指令、信令等按照要求快速、准确地传到无人机飞行控制器上，机载数传电台将无人机的姿态、GPS坐标、速度、压缩处理后的图像信息等实时传到地面控制站。

镜头控制系统软件设计:根据设定的模式对镜头发出各种控制信号，驱动镜头完成该模式下的各种动作，并根据所获得的参数来判断镜头是否正常工作，并且可以与外围电路以及地面控制站进行数据传输。

镜头控制系统软件:由主控制程序、定时中断服务程序、串口通信程序、步进电机位置控制程序、步进电机加减速控制程序等构成。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种无人机高速可变倍抓拍系统，具有机载云台和置于机载云台内的控制系统；其特征在于：所述机载云台包括固定座（1）、连接座（2）、滑动部（3）、X轴驱动器（4）、Y轴驱动器（5）和机载设备（6）；所述连接座（2）固定于带安装孔的固定座（1）下方；所述滑动部（3）的一端滑动连接在连接座（2）下方，另一端与X轴驱动器（4）固定连接；所述X轴驱动器（4）和Y轴驱动器（5）之间通过连接臂（7）连接；所述机载设备（6）与X轴驱动器（4）以及Y轴驱动器（5）之间均为滑动设置。

2.根据权利要求1所述的无人机高速可变倍抓拍系统，其特征在于：所述控制系统具有镜头控制器（8）、数传电台（9）、地面控制站（10）、步进电机驱动电路（11）和步进电机（12）；所述镜头控制器（8）的输出端通过步进电机驱动电路（11）接步进电机（12）的输入端；所述地面控制站（10）通过数传电台（9）与镜头控制器（8）双向通讯连接；所述镜头控制器（8）内具有ARM处理器；所述ARM处理器的两个输出端分别接变倍组（13）和补偿组（14），ARM处理器的输入端接存储器（15）调用存储器（15）内置的距离表。

3.根据权利要求2所述的无人机高速可变倍抓拍系统，其特征在于：所述机载设备（6）与X轴驱动器（4）以及Y轴驱动器（5）之间均通过滑轨和滑块配合连接。