CN210027896U - 一种倒崖立面精细倾斜航摄装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，包括多旋翼飞行平台，其特征在于：所述多旋翼飞行平台上表面连接有上置调角相机支架云台，上置调角相机支架云台上端还连接有上置调角拍摄装置，多旋翼飞行平台下表面连接有下置摇摆相机吊架云台，下置摇摆相机吊架云台下端还连接有下置摇摆拍摄装置，所述多旋翼飞行平台上还连接有机载GNSS差分模块、自驾仪模块、通信模块和电源模块，机载GNSS差分模块、自驾仪模块和通信模块均与电源模块相连，自驾仪模块还与机载GNSS差分模块、通信模块、上置调角相机支架云台和下置摇摆相机吊架云台相连。通过上相机可以方便的对物体下侧进行拍照，并利用下相机摇摆拍摄模拟了多镜头拍摄，减少了整体的重量。

Description

一种倒崖立面精细倾斜航摄装置

技术领域

本实用新型涉及无人机倾斜摄影测量技术领域，具体涉及一种倒崖立面精细倾斜航摄装置。

背景技术

现有传统无人机倾斜摄影多采用笨重的“三镜头”或“五镜头”倾斜相机，其目的是从空中朝下侧各角度采集大重叠度的航摄数据，之后建立实景三维模型，但在陡峭峡谷、复杂边坡、建筑物立面测绘、复杂建筑物廊檐等场景下的精细建模往往存在如下问题：

(1)空中朝下采集倒崖、复杂建筑物立面和檐廊下侧纹理存在航摄漏洞，造成建模漏洞和扭曲变形，渐已成为行业痛点；

(2)采用地面和空中平视重复飞行补拍会造成补拍地面分辨率与大场景不一致，工作量较大，造成建模丢片，内外业返工频次高，同时存在不同时期航摄造成的色调差异，影响视觉美观。

实用新型内容

本实用新型提供了一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，目的是解决现有技术当中拍摄倒崖、建筑物立面和复杂建筑物檐廊精细建模场景下，存在的航摄漏洞和建模扭曲的问题。

本实用新型是通过以下技术手段实现技术目的的，

一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，包括多旋翼飞行平台，所述多旋翼飞行平台上表面连接有上置调角相机支架云台，上置调角相机支架云台上端还连接有上置调角拍摄装置，多旋翼飞行平台下表面连接有下置摇摆相机吊架云台，下置摇摆相机吊架云台下端还连接有下置摇摆拍摄装置，所述多旋翼飞行平台上还连接有机载GNSS差分模块、自驾仪模块、通信模块和电源模块，机载GNSS 差分模块、自驾仪模块和通信模块均与电源模块电连接，自驾仪模块还与机载 GNSS差分模块、通信模块、上置调角相机支架云台和下置摇摆相机吊架云台电信号连接。

进一步的，所述上置调角相机支架云台包括上调角相机支架和上伺服马达，上调角相机支架下端连接在多旋翼飞行平台上表面，上调角相机支架上端连接有伺服马达，上置调角拍摄装置连接在上伺服马达上，上伺服马达与自驾仪模块电信号连接，上伺服马达和电源模块电连接。

进一步的，所述下置摇摆相机吊架云台包括下摇摆相机吊架和下伺服马达，下摇摆相机吊架上端连接在多旋翼飞行平台下表面，下摇摆相机吊架下端连接有伺服马达，下置摇摆拍摄装置连接在下伺服马达上，下伺服马达与自驾仪模块电信号连接，下伺服马达和电源模块电连接。

进一步的，所述机载GNSS差分模块至少包括，机载多模高频GNSS接收机、 GNSS接收天线、历元数据存储器、RTK通讯链路电台和电子耦合连接附属件，所述电子耦合连接附属件用于记录照片拍摄时本照片对应的位置和时间，机载多模高频GNSS接收机高频历元采集频率不低于20HZ。

进一步的，所述上置调角拍摄装置为单镜头。

进一步的，所述下置摇摆拍摄装置为单镜头。

进一步的，所述下置摇摆拍摄装置为双镜头。

一种倒崖立面精细倾斜航摄装置的摄影方法，包括以下步骤：

第一步，设计飞行路线；

第二步，架设基站，在航摄装置起飞前架设GNSS基准站和RTK通讯电台，用于航摄装置空中定位和曝光点差分计算；

第三步，自动飞行与拍摄，航摄装置按遥控或按设计的飞行路线由自驾仪控制自动飞行，且飞行时上置调角拍摄装置和下置摇摆拍摄装置始终面对拍摄对象，期间上置调角拍摄装置拍摄镜头前方的景象，并根据实际情况调整上置调角拍摄装置上仰的角度以同时拍摄多旋翼飞行平台前方和上方的影像；下置摇摆拍摄装置在工作时，从平视到下视垂线的0°-90°内上下摇摆，拍摄不少于3张的大重叠度影像，大重叠度影像为相邻两张影像的重叠度不低于70％；

第四步，落地检查与数据整理。飞行完毕后落地对差分GNSS数据或后差分 RTK数据和倾斜影像根据电子耦合关系对应整理，倾斜航摄结束。

进一步的，所述第一步，设计飞行路线中，当拍摄倒崖立面类时，在上置调角拍摄装置和下置摇摆拍摄装置始终面对拍摄对象的情况下，多旋翼飞行平台沿倒崖立面水平飞行并拍摄。

进一步的，当拍摄倒崖立面类时，且倒崖立面上有向外突出的部分，且突出部分的长度大于多旋翼飞行平台距倒崖立面距离的三分之一时，采用多层航线，在上置调角拍摄装置和下置摇摆拍摄装置始终面对拍摄对象的情况下，多旋翼飞行平台沿倒崖立面水平飞行并拍摄，当一个高度拍摄完毕后，多旋翼飞行平台上升一定高度后再次沿倒崖立面水平飞行并拍摄，直至拍摄完毕。

进一步的，所述第一步，设计飞行路线中，当拍摄建筑物时，采用多层环绕飞行航线，所述多层飞行航线为在上置调角拍摄装置和下置摇摆拍摄装置始终面对拍摄对象的情况下，多旋翼飞行平台环绕建筑物从上至下螺旋飞行。

本实用新型的有益效果在于：1、本实用新型通过上置调角拍摄装置，可以在拍摄侧方和下方影像的同时，对倒崖和建筑物檐廊下侧纹理全面采集，解决了传统朝下倾斜摄影航摄漏洞和建模扭曲变形的问题。

2、本实用新型通过上置调角拍摄装置和下置摇摆拍摄装置，且两者距离拍摄对象距离一致，使得被拍摄出的上视图、侧视图和下视图摄影比例尺相等或相近，且地面分辨率和色调一致，有效减少了航摄漏洞，大幅提升三维实景建模完整性和准确性，有效减少三维建模的航摄和内业建模返工频次。

3、本实用新型通过角度可调的上置调角拍摄装置和下置摇摆拍摄装置，以及领下置摇摆拍摄装置摇摆来模拟多镜头采集，使得拍摄装置整体的重量减轻，增加了多旋翼飞行平台的续航时间，提高了采集效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型上置调角拍摄装置工作原理图；

图3为本实用新型下置摇摆拍摄装置工作原理图；

图4本实用新型拍摄倒崖立面时航线示意图；

图5本实用新型拍摄建筑物时航线示意图；

图中1、多旋翼飞行平台；2、机载GNSS差分模块；3、上置调角拍摄装置； 4、上置调角相机支架云台；5、下置摇摆拍摄装置；6、下置摇摆相机吊架云台。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明；

具体实施方式

【实施例1】

如图1至图3所示，一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，包括多旋翼飞行平台1，所述多旋翼飞行平台1上表面连接有上置调角相机支架云台4，上置调角相机支架云台4上端还连接有上置调角拍摄装置3，多旋翼飞行平台1下表面连接有下置摇摆相机吊架云台6，下置摇摆相机吊架云台6下端还连接有下置摇摆拍摄装置5，所述多旋翼飞行平台1上还连接有机载GNSS差分模块2、自驾仪模块、通信模块和电源模块，机载GNSS差分模块2、自驾仪模块和通信模块均与电源模块电连接，自驾仪模块还与机载GNSS差分模块2、通信模块、上置调角相机支架云台4和下置摇摆相机吊架云台6电信号连接。

如图1和图2所示，多旋翼飞行平台1上表面连接有上置调角相机支架云台4，上置调角相机支架云台4上端还连接有上置调角拍摄装置3，上置调角拍摄装置3可以在自驾仪模块的控制下从平视到天顶距的0°-90°的范围内摇摆，使得可以根据需要，拍摄多旋翼飞行平台1的侧方以及侧上方倒崖立面下方隐藏区域的影像。

如图1和图3所示，多旋翼飞行平台1下表面连接有下置摇摆相机吊架云台6，下置摇摆相机吊架云台6下端还连接有下置摇摆拍摄装置5，下置摇摆拍摄装置5可以在平视到下视垂线方向的0°-90°的范围内摇摆，以拍摄多旋翼飞行平台1侧方和侧下方的影像。

所述的多旋翼飞行平台为四轴、六轴、八轴等多轴旋翼无人机飞行平台。

如图1所示，所述多旋翼飞行平台1上还连接有机载GNSS差分模块2、自驾仪模块、通信模块和电源模块，机载GNSS差分模块2、自驾仪模块和通信模块均与电源模块相连，自驾仪模块还与机载GNSS差分模块2、通信模块、上置调角相机支架云台4和下置摇摆相机吊架云台6相连。

机载GNSS差分模块2用于定位，自驾仪模块则负责控制整个多旋翼飞行平台1的飞行、上置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5的拍摄以及下置摇摆相机吊架云台6和上置调角相机支架云台4的转动。通信模块用于接收外部的指令，电源模块负责为多旋翼飞行平台1和其上的各种电子模块供电。

【实施例2】

如图1和图2所示，所述上置调角相机支架云台4包括上调角相机支架和上伺服马达，上调角相机支架下端连接在多旋翼飞行平台1上表面，上调角相机支架上端连接有伺服马达，上置调角拍摄装置3连接在上伺服马达上，上伺服马达与自驾仪模块电信号连接，上伺服马达和电源模块电连接。

上置调角相机支架云台4包括上调角相机支架和上伺服马达，上调角相机支架顶端连接有上伺服马达，上置调角拍摄装置3连接在上伺服马达上，上伺服马达用于带动上置调角拍摄装置3转动，自驾仪模块控制上伺服马达的转动，电源模块为上伺服马达供电。

如图1和图3所示，所述下置摇摆相机吊架云台6包括下摇摆相机吊架和下伺服马达，下摇摆相机吊架上端连接在多旋翼飞行平台1下表面，下摇摆相机吊架下端连接有伺服马达，下置摇摆拍摄装置5连接在下伺服马达上，下伺服马达分别与自驾仪模块和电源模块相连。

所述下置摇摆相机吊架云台6包括下摇摆相机吊架和下伺服马达，下摇摆相机吊架上端连接在多旋翼飞行平台1下表面，下摇摆相机吊架下端连接有伺服马达，下置摇摆拍摄装置5连接在下伺服马达上，下伺服马达与自驾仪模块电信号连接，下伺服马达和电源模块电连接。

所述机载GNSS差分模块2至少包括，机载多模高频GNSS接收机、GNSS接收天线、历元数据存储器、RTK通讯链路电台和电子耦合连接附属件，所述电子耦合连接附属件用于记录照片拍摄时本照片对应的位置和时间，机载多模高频 GNSS接收机高频历元采集频率不低于20HZ。所述电子耦合连接附属件用于记录照片拍摄时本照片对应的位置和时间，将照片拍摄时的位置与时间和照片本身耦合起来，以便后续对图像进行处理，机载多模GNSS接收机可接收包括GPS、 GLONASS、GALILEO、BDS四种常用卫星导航系统广播信号；

所述上调角相机支架的长度大于，上调角相机支架的长度要保证上置调角拍摄装置3的下视角不会拍到多旋翼飞行平台1的旋翼桨叶，避免拍摄出的图像受到旋翼桨叶的影响。

所述上置调角拍摄装置3为单镜头。

所述下置摇摆拍摄装置5为单镜头。

所述下置摇摆拍摄装置5为双镜头。

上置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5为相机或镜头，并且均为单镜头，上置调角拍摄装置3通过调整角度可以实现对上方隐藏区域拍照，下置摇摆拍摄装置5通过在0°-90°内快速摇摆，拍摄多张大重叠度的影像，来模拟现有技术当中的三镜头相机倾斜摄影采集效果。在获取等效数据同时减小了相机重量。

所述下置摇摆拍摄装置5还可为双镜头。

【实施例3】

一种倒崖立面精细倾斜航摄装置的使用方法，包括以下步骤：

第一步，设计飞行路线；基于自驾仪开源SDK开发倒崖立面精细倾斜摄影航线设计软件设计航线。其中根据拍摄图像所需的设计分辨率，实际采用相机的相机主距、相机像幅、下置相机摇摆速度和曝光速度，确定飞行航速、相对航高、相对目标距离、航带间隔；其中下置相机曝光速度大于1/1250秒。

第二步，架设基站，在航摄装置起飞前至少10分钟架设GNSS基准站和RTK 通讯电台，用于航摄装置空中定位和曝光点差分计算；GNSS基准站历元采样频率不低于1HZ。

如图1至4所示，第三步，自动飞行与拍摄，航摄装置按遥控或按设计的飞行路线由自驾仪控制自动飞行，且飞行时上置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5始终面对拍摄对象，期间上置调角拍摄装置3拍摄镜头前方的景象，并根据实际情况调整上置调角拍摄装置3上仰的角度以同时拍摄多旋翼飞行平台1前方和上方的影像；下置摇摆拍摄装置5在工作时，从平视到下视垂线的0° -90°内上下摇摆，拍摄不少于3张的大重叠度影像，大重叠度影像为相邻两张影像的重叠度不低于70％；

在飞行时，飞行时上置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5始终面对拍摄对象，如图2所示，上置调角拍摄装置3上仰，同时拍摄镜头前方和上方的的影像。

如图3所示，下置摇摆拍摄装置5在工作时，从平视到下视垂线的0°-90°内上下摇摆，拍摄不少于3张的大重叠度影像，大重叠度影像为相邻两张影像的重叠度不低于70％。

第四步，落地检查与数据整理。飞行完毕后落地对差分GNSS数据或后差分 RTK数据和倾斜影像根据电子耦合关系对应整理，倾斜航摄结束。即将拍摄的照片和本照片对应的时间地点耦合，以方便后续根据时间位置对图像进行处理，倾斜航摄结束。

在数据处理中，因为在实际使用中机载GNSS差分模块2与上置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5的位置不能完全处在同一垂直线上。拍摄出的影像所对应的的位置信息有误差，在数据处理中，将机载GNSS差分模块2与上置调角拍摄装置3之间的距离差作为曝光点差分位置改正参数，对实际得到的位置参数做修正，以得到更精确的对应关系。

如上置调角拍摄装置3在位置15处拍摄了一张照片，机载GNSS差分模块2 与置调角拍摄装置3水平差了2个位置，那么此时机载GNSS差分模块2得到的位置为13，而不是实际的15，只有将曝光点差分位置改正参数，即数据2加入数据处理中作修正，才能得到位置15这个正确的数据。

所述第一步中，如图4所示，设计飞行路线中，当拍摄倒崖立面类时，在上置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5始终面对拍摄对象的情况下，多旋翼飞行平台1沿倒崖立面水平飞行并拍摄。

飞行时，置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5始终面对拍摄对象，多旋翼飞行平台1沿着倒崖立面走向水平运动，上置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5始终面对拍摄对象。

如图5所示，所述第一步，设计飞行路线中，当拍摄建筑物时，采用多层环绕飞行航线，所述多层飞行航线为在上置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5始终面对拍摄对象的情况下，多旋翼飞行平台1环绕建筑物从上至下螺旋飞行。

当拍摄倒崖立面类时，且倒崖立面上有向外突出的部分，且突出部分的长度大于多旋翼飞行平台1距倒崖立面距离的三分之一时，采用多层航线，在上置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5始终面对拍摄对象的情况下，多旋翼飞行平台1沿倒崖立面水平飞行并拍摄，当一个高度拍摄完毕后，多旋翼飞行平台1上升一定高度后再次沿倒崖立面水平飞行并拍摄，直至拍摄完毕。

如图4所示，假如多旋翼飞行平台1距倒崖立面5m，倒崖立面有部分突出来4m，那么明显超过了三分之一，就需要将航线变为多层，每层从座只有沿水平方向拍摄倒崖立面，然后垂直上升一端距离，再从右向左拍摄倒崖立面第二层，再次上升并水平运动拍摄第三层，循环往复直至全部拍摄完毕，在此过程中，多旋翼飞行平台1不转向，置调角拍摄装置3和下置摇摆拍摄装置5始终面对倒崖立面。

在倾斜摄影技术大规模迈入精细建模时期，本实用新型可广泛用于城市建筑物精细建模、城市建筑外立面整治、陡峭峡谷倾斜摄影精细建模、高边坡变形体周期监测、智慧城市管理等领域，具备较强的实用性。

Claims (7)

1.一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，包括多旋翼飞行平台(1)，其特征在于：所述多旋翼飞行平台(1)上表面连接有上置调角相机支架云台(4)，上置调角相机支架云台(4)上端还连接有上置调角拍摄装置(3)，多旋翼飞行平台(1)下表面连接有下置摇摆相机吊架云台(6)，下置摇摆相机吊架云台(6)下端还连接有下置摇摆拍摄装置(5)，所述多旋翼飞行平台(1)上还连接有机载GNSS差分模块(2)、自驾仪模块、通信模块和电源模块，机载GNSS差分模块(2)、自驾仪模块和通信模块均与电源模块电连接，自驾仪模块还与机载GNSS差分模块(2)、通信模块、上置调角相机支架云台(4)和下置摇摆相机吊架云台(6)电信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，其特征在于：所述上置调角相机支架云台(4)包括上调角相机支架和上伺服马达，上调角相机支架下端连接在多旋翼飞行平台(1)上表面，上调角相机支架上端连接有伺服马达，上置调角拍摄装置(3)连接在上伺服马达上，上伺服马达与自驾仪模块电信号连接，上伺服马达和电源模块电连接。

3.根据权利要求1所述的一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，其特征在于：所述下置摇摆相机吊架云台(6)包括下摇摆相机吊架和下伺服马达，下摇摆相机吊架上端连接在多旋翼飞行平台(1)下表面，下摇摆相机吊架下端连接有伺服马达，下置摇摆拍摄装置(5)连接在下伺服马达上，下伺服马达与自驾仪模块电信号连接，下伺服马达和电源模块电连接。

4.根据权利要求1所述的一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，其特征在于：所述机载GNSS差分模块(2)至少包括，机载多模高频GNSS接收机、GNSS接收天线、历元数据存储器、RTK通讯链路电台和电子耦合连接附属件，所述电子耦合连接附属件用于记录照片拍摄时本照片对应的位置和时间，机载多模高频GNSS接收机高频历元采集频率不低于20HZ。

5.根据权利要求1或2所述的一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，其特征在于：所述上置调角拍摄装置(3)为单镜头。

6.根据权利要求1或2所述的一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，其特征在于：所述下置摇摆拍摄装置(5)为单镜头。

7.根据权利要求1或2所述的一种倒崖立面精细倾斜航摄装置，其特征在于：所述下置摇摆拍摄装置(5)为双镜头。

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