CN212922000U - 一种用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台及无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台及无人机，属于无人机航拍技术领域，解决现有倾斜拍摄设备针对不规则航拍对象获得的模型误差较大的问题。无人机倾斜拍摄平台，包括基板、调平装置、水平板、第一拍摄组件和第二拍摄组件；水平板通过调平装置安装在基板上；调平装置调节水平板处于水平状态；第一拍摄组件固定设置在水平板的底面上，且拍摄方向竖直向下；第二拍摄组件可转动地设置在水平板的底面上，且拍摄方向相对竖直方向倾斜向下；第二拍摄组件绕第一拍摄组件旋转。通过绕第一拍摄组件旋转的第二拍摄组件进行不同水平方向的连续倾斜拍摄，从而能够通过连续倾斜拍摄的图像获取更加准确的非规则拍摄对象的模型。

Description

一种用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台及无人机

技术领域

本实用新型涉及无人机航拍技术领域，尤其涉及一种用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台及无人机。

背景技术

区域地质调查、勘探或地图测绘等地质区域作业，传统的方式是依靠工作人员人工作业，包括使用行走载具、攀爬设备等进行地面作业，野外填图作业往往需要面临复杂的地形和恶劣的环境，给地面作业带来了诸多不便。无人机作为一种飞行器平台，可有效地克服地面作业中需要的障碍，无人机在地质、测绘领域的应用优势开始突显，尤其是在高海拔且交通不便的高原地区，使用无人机进行填图作业，进而完成地质调查、勘探或地图测绘等作业的需求更为迫切。

倾斜摄影是近几年刚刚兴起的一项重要技术，在无人机平台上，倾斜摄影系统一般采用的是多台传感器设备，与其他正射影像系统的不同之处在于，倾斜摄影具有除垂直相机之外，还有另外四个不同方向的相机，在被拍摄物体的五个方向来采集数据，用这些数据来合成实体的三维模型。倾斜摄影系统能够从多个方向来观察物体，可以实现对物体的高度、长度、坡度、角度的数据记录。传统的3D建模是采用3DMax等软件进行人工建模，其精度和效率较低。而倾斜摄影技术采用专业的数据处理软件和流程，生成的实体三维模型具有高分辨率，大范围，更接近实体的成果展示出来。为测绘级的精度和更直观真实的效果提供支持。然而，现有的倾斜拍摄设备一般适用于建筑物等形状规则的拍摄对象，当在西藏高海拔地区进行野外地质填图时，针对山体、岩石、土地等不规则野外航拍对象，西藏高海拔地区的环境气候因素对无人机平稳飞行以及机载设备成像均有不利的影响，往往难以获得准确的模型。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台及无人机，用以解决现有倾斜拍摄设备针对不规则航拍对象获得的模型误差较大的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，提供一种无人机倾斜拍摄平台，包括基板、调平装置、水平板、第一拍摄组件和第二拍摄组件；水平板通过调平装置安装在基板上；调平装置调节水平板处于水平状态；第一拍摄组件固定设置在水平板的底面上，且拍摄方向竖直向下；第二拍摄组件可转动地设置在水平板的底面上，且拍摄方向相对竖直方向倾斜向下；水平板的底面设有圆形滑轨，第二拍摄组件通过滑块与圆形滑轨滑动连接，第二拍摄组件能够沿圆形滑轨绕第一拍摄组件旋转；圆形滑轨的内侧壁设有齿圈，滑块位于圆形滑轨内的部分设有齿轮；齿轮与齿圈通过行星齿轮组啮合，且第二拍摄组件朝远离圆形滑轨的径向向外倾斜。

本实用新型的一套技术方案中，水平板设有齿轮组电机，齿轮组电机控制滑块绕第一拍摄组件转动。

本实用新型的一套技术方案中，第一拍摄组件位于圆形滑轨的圆心处。

本实用新型的一套技术方案中，调平装置设有至少3个调平组件和1个标定铰；调平组件为可伸缩杆，相对于第一拍摄组件在水平板上的位置周向均布；标定铰为直接将基板和水平板连接的球铰。

本实用新型的一套技术方案中，可伸缩杆的固定端与水平板球铰接，可伸缩杆的伸缩端与基板球铰接；水平板设有陀螺仪，陀螺仪与调平装置的控制器电连接，控制器控制调平组件的伸缩长度。

本实用新型的一套技术方案中，第一拍摄组件包括第一相机，第一相机的拍摄方向竖直向下；

第二拍摄组件包括第二相机和倾斜调整组件，倾斜调整组件调整第二相机的拍摄方向与竖直方向的夹角。

本实用新型的一套技术方案中，第二相机的拍摄范围与第一相机的拍摄范围之间设有公共拍摄区域。

本实用新型的一套技术方案中，水平板和基板均为圆形板；

基板设有周向均布的多个安装通孔。

另一方面，提供一种倾斜拍摄无人机，倾斜拍摄无人机的底部安装有本实用新型的上述技术方案中的无人机倾斜拍摄平台，倾斜拍摄无人机为固定翼无人机或旋翼无人机。

本实用新型的一套技术方案中，倾斜拍摄无人机还设有红外测距设备和高度控制器，红外测距设备用于测量倾斜拍摄无人机距离地面的竖直高度，高度控制器用于调整倾斜拍摄无人机距离地面的竖直高度。

与现有技术相比，本实用新型技术方案至少能够实现以下有益效果之一：

1)本实用新型通过绕第一拍摄组件旋转的第二拍摄组件进行不同水平方向的连续倾斜拍摄，从而能够通过连续倾斜拍摄的图像获取更加准确的非规则拍摄对象的模型。

2)本实用新型的无人机倾斜拍摄平台设置水平板及调平装置，能够保证在第二拍摄组件绕第一拍摄组件进行连续倾斜拍摄时，第二拍摄组件始终位于同一水平面上，使得连续倾斜拍摄的图像不会出现高度上的位移差，方便通过图像合成模型；

3)本实用新型在无人机上设置高度调节装置，从而保证在进行连续倾斜拍摄时，无人机相对底面的高度保持不变，可以适应野外山区内复杂多变的山风，防止山风造成连续拍摄的图像产生高度差。

附图说明

图1为实施例1中的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台的结构示意图；

图2为实施例2中的用于高海拔地区填图的倾斜拍摄无人机的结构示意图；

附图标记：

1-基板；2-水平板；3-调平组件；4-第一相机；5-第二相机；6-圆形滑轨； 7-滑块；8-倾斜调整组件。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

实施例1

如图1、图2所示，本实用新型实施例提供一种用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台，搭载于无人机，用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄。无人机倾斜拍摄平台，包括：基板1、调平装置、水平板2、第一拍摄组件和第二拍摄组件。基板1与无人机固定连接，作为整个无人机倾斜拍摄平台的安装载体；水平板2通过调平装置安装在基板1上，调平装置调节水平板2处于水平状态；第一拍摄组件固定设置在水平板2的底面上，且拍摄方向竖直向下；第二拍摄组件可转动地设置在水平板2的底面上，且拍摄方向相对竖直方向倾斜向下，用于获取直射拍摄图像；第二拍摄组件绕第一拍摄组件旋转，用于获取连续倾斜拍摄图像。由于本实用新型实施例能够用于山区尤其高海拔地区的野外地质勘察或灾害评估，野外复杂的气流会造成无人机的倾斜，当无人机发生倾斜时，调平装置能够调节水平板2处于水平状态，使得在第二拍摄组件进行连续倾斜拍摄时，不会因无人机的倾斜而造成连续倾斜拍摄图像存在高度和/或角度的差异，避免因此产生的三维模型误差。

在第二拍摄组件进行倾斜拍摄时，第二拍摄组件的拍摄方向始终沿第二拍摄组件圆形运动轨迹的径向向外，以保证连续倾斜拍摄的角度保持不变，方便三维模型的合成。具体的，水平板2的底面设有圆形滑轨6，第一拍摄组件位于圆形滑轨的圆心处；第二拍摄组件设置在滑块7上，滑块7在圆形滑轨6内绕第一拍摄组件转动，且第二拍摄组件朝远离圆形滑轨6的径向向外倾斜。在进行连续倾斜拍摄时，滑块7在圆形滑轨6内匀角速度转动，连续拍摄的拍摄步长越短、滑块7旋转一周后，连续倾斜拍摄的图像越多，每帧图像之间的连续性越好，三维模型的合成越贴合实际的拍摄对象，但如果拍摄步长过短，拍摄的图像过多，会极大地增加图像的数据量以及模型合成的计算量，本实用新型实施例中滑块7旋转一周，连续倾斜拍摄的图像数量为8-60，优选为24。

本实用新型实施例通过行星齿轮组的形式来实现滑块7在圆形滑轨6内的运动，具体的，圆形滑轨6的内侧壁设有齿圈，滑块7位于圆形滑轨6内的部分设有齿轮；齿轮与齿圈通过行星齿轮组啮合。

为了使滑块7能够在圆形滑轨6内绕第一拍摄组件匀速转动，本实用新型实施例中，水平板2设有齿轮组电机，齿轮组电机控制滑块7绕第一拍摄组件转动，由于齿轮组电机的转动角速度决定了滑块7在圆形滑轨6内绕第一拍摄组件旋转的角速度，而滑块7在圆形滑轨6内绕第一拍摄组件旋转的角速度决定了第二拍摄组件进行连续倾斜拍摄过程中拍摄图像的时间间隔，因此为了方便对齿轮组电机转动速度的控制，本实用新型实施例中齿轮组电机采用步进电机，以简化电机的控制算法。

本实用新型实施例中，调平装置调节水平板2处于水平状态，具体的，调平装置设有至少3个调平组件3和1个标定铰；调平组件3为可伸缩杆，相对于第一拍摄组件在水平板2上的位置周向均布；标定铰为直接将基板1和水平板2连接的球铰；可伸缩杆的固定端与水平板2球铰接，可伸缩杆的伸缩端与基板1球铰接。调平组件3通过伸缩来调整基板1与水平板2对应位置处的距离，使得在基板1随无人机发生倾斜时，水平板2能够保证处于水平状态。此外，由于调平组件3均为可伸缩杆，标定铰的设置能够防止调平组件3造成水平板2远离或靠近无人机，只要无人机能够保持相对地表高度不变，即可实现水平板2相对地表高度不变，且保持水平，进而使得第二拍摄组件在进行连续倾斜拍摄时不会出现图像的高度差，避免因此产生的三维建模误差，是三维模型能更加准确地模拟实际地形。为了简化调平组件3控制算法的复杂程度，本实用新型实施例中，标定铰与水平板2连接的位置与第一拍摄组件在水平板2 上的安装位置重合，并分别位置水平板2的顶面和底面上，圆形滑轨6的圆心处。

为了反映水平板2是否处于水平状态，本实用新型实施例中采用陀螺仪作为水平板2的水平程度的反馈，具体的，水平板2设有陀螺仪，陀螺仪与调平装置的控制器电连接，控制器控制调平组件3的伸缩长度。通过陀螺仪来反映水平板2的状态，并提供反馈信号，用以作为调整调平结组件的伸缩长度依据。

本实用新型实施例中，第一拍摄组件包括第一相机4，第一相机4的拍摄方向竖直向下，第一相机4获取直射图像，能够作为连续倾斜拍摄图像生成三维模型时的合成位置依据，使得图像合成时不会造成图像间明显的位置错位。

第二拍摄组件包括第二相机5和倾斜调整组件8，倾斜调整组件8调整第二相机5的拍摄方向与竖直方向的夹角。本实用新型实施例采用第二相机5绕第一相机4旋转的方式来进行连续倾斜拍摄，并获取连续倾斜拍摄图像，用以合成三维模型，整个过程中只使用一个相机作为倾斜拍摄的相机，相比现有的设置4个不同方向的倾斜相机，能够简化倾斜拍摄平台的重量，减轻无人机的负载，提高无人机的实际续航时间。此外，倾斜调整组件8能够调整第二相机5 相对水平面的俯仰角度，在使用第二相机5进行连续倾斜拍摄前，可以根据拍摄对象的山体走势、倾斜程度等设置第二相机5的俯仰角度，使得第二相机5 进行连续倾斜拍摄的图像能够包含更多的拍摄对象的特征、形状等信息，使通过连续倾斜拍摄的图像合成的三维模型能够更加真实地模拟拍摄对象。

由于第一相机4的直射图像作为连续倾斜拍摄图像合成的位置标定依据，第二相机5的拍摄范围与第一相机4的拍摄范围之间设有公共拍摄区域。

为了方便本实用新型实施例的生产加工，本实用新型实施例中，水平板2 和基板1均为圆形板，方便圆形滑轨6的设置、调平组件3的周向均布设置、以及第一拍摄组件在水平板2上的位置设置。基板1设有周向均布的多个安装通孔，用以与无人机固定连接，周向均布设置有利于使基板1对无人机的作用力周向均布施加，防止本实用新型实施例与无人机的安装，造成无人机的重量不平衡。

实施例2

本实用新型实施例提供了一种用于高海拔地区填图的倾斜拍摄无人机，通过在无人机上安装实施例1的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台来实现无人机对高海拔地区户外山地等非规则拍摄对象的倾斜拍摄。需要说明的是，无人机为固定翼无人机或旋翼无人机；固定翼无人机成本较低、便携性更强，体型变得越来越小，重量越来越轻，由原来的油机，发展为现在的油电混合、纯电力驱动的无人机，适用于地质区域调查项目。旋翼无人机，可以为四旋翼无人机、升力更大的八旋翼无人机载重更大的十二旋翼无人机、十六旋翼无人机，根据复杂的大小，拍摄环境的复杂成度确定。

实施例1中的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台能够保证第二拍摄组件相对与基板1的高度差不变，即第二拍摄组件相对与无人机的高度差不变，当无人机相对地表的高度不变，即可保证第二拍摄组件相对地表的高度不变，从而使连续倾斜拍摄的图像之间不存在高度差。更方便通过连续倾斜拍摄的图像来合成三维模型。本实用新型实施例中，倾斜拍摄无人机还设有红外测距设备和高度控制器；红外测距设备测量倾斜拍摄无人机距离地面的竖直高度；高度控制器通过调整无人机的飞行或悬停状态，来调整倾斜拍摄无人机距离地面的竖直高度。

使用本实用新型实施例进行地质勘探或灾害评估时，先将基板1与无人机的底部连接，使用螺栓穿过基板1的安装通孔和无人机的底部，并将基板1与无人机固定连接，完成无人机与无人机倾斜拍摄平台的安装。

预先对待航拍的山体进行粗评估，确定无人机航拍的高度、第二相机5的俯仰角度、第二相机5进行连续是倾斜拍摄360°的拍摄次数等参数，完成无人机连续倾斜拍摄的参数的预先设置。

放飞无人机，并控制无人机飞行至目标拍摄区域上方，调整无人机的高度，至目标高度；启动第一相机4，对目标区域进行直射拍摄，获得的直射图像作为连续倾斜拍摄图像的合成依据；启动滑块7，滑块7带动第二相机5绕第一相机 4匀速转动，在第二相机5绕第一相机4匀速转动的过程中，第二相机5进行连续倾斜拍摄，获取连续倾斜拍摄图像，用于合成目标区域的三维空间模型。

在上述拍摄过程中：当无人机因外力(山区气流等)发生倾斜时，水平板2 页发生倾斜，陀螺仪发出水平板2倾斜的信号，通过调平装置的控制器调整每个调平组件3的伸缩长度，使得水平板2再次处于水平状态；当无人机因外力 (山区气流等)发生高度变化时，无人机上的红外测距设备检测到无人机相对底面的高度发生变换，并通过无人机自身的控制装置调整无人机的悬停或飞行高度至初始高度。本实用新型实施例通过上述调整，使得在第二相机5进行连续倾斜拍摄时，获得的连续拍摄图像不会出现高度差和角度差，同时结合直射图像，能更加准确地合成目标区域的三维模型。需要说明的是，直射图像和连续倾斜拍摄图像可以储存在无人机的存储设备中，也可通过无线或有线的方式传输至无人机的控制人员处。

当完成对目标区域的航拍后，回收无人机，将实施例1的无人机倾斜拍摄平台从无人机上拆下即可。

综上所述，本实用新型实施例提供了一种用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台及无人机；本实用新型通过绕第一拍摄组件旋转的第二拍摄组件进行不同水平方向的连续倾斜拍摄，从而能够通过连续倾斜拍摄的图像获取更加准确的非规则拍摄对象的模型；本实用新型设置水平板及调平装置，能够保证在第二拍摄组件绕第一拍摄组件进行连续倾斜拍摄时，第二拍摄组件始终位于同一水平面上，使得连续倾斜拍摄的图像不会出现高度上的位移差，方便通过图像合成模型；本实用新型在无人机上设置高度调节装置，从而保证在进行连续倾斜拍摄时，无人机相对底面的高度保持不变，可以适应野外山区内复杂多变的山风，防止山风造成连续拍摄的图像产生高度差。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台，其特征在于，包括基板(1)、调平装置、水平板(2)、第一拍摄组件和第二拍摄组件；

所述水平板(2)通过调平装置安装在所述基板(1)上；所述调平装置用于调节水平板(2)处于水平状态；所述第一拍摄组件固定设置在水平板(2)的底面上，且拍摄方向竖直向下；所述第二拍摄组件可转动地设置在水平板(2)的底面上，且拍摄方向相对竖直方向倾斜向下；所述水平板(2)的底面设有圆形滑轨(6)，所述第二拍摄组件通过滑块(7)与所述圆形滑轨(6)滑动连接，所述第二拍摄组件能够沿所述圆形滑轨(6)绕所述第一拍摄组件旋转；

所述圆形滑轨(6)的内侧壁设有齿圈，所述滑块(7)位于圆形滑轨(6)内的部分设有齿轮；所述齿轮与齿圈通过行星齿轮组啮合，且所述第二拍摄组件朝远离圆形滑轨(6)的径向向外倾斜。

2.根据权利要求1所述的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台，其特征在于，所述水平板(2)设有齿轮组电机，所述齿轮组电机控制滑块(7)绕第一拍摄组件转动。

3.根据权利要求1所述的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台，其特征在于，所述第一拍摄组件位于圆形滑轨的圆心处。

4.根据权利要求1所述的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台，其特征在于，所述调平装置设有至少3个调平组件(3)和1个标定铰；所述调平组件(3)为可伸缩杆，相对于第一拍摄组件在水平板(2)上的位置周向均布；所述标定铰为直接将基板(1)和水平板(2)连接的球铰。

5.根据权利要求4所述的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台，其特征在于，所述可伸缩杆的固定端与水平板(2)球铰接，可伸缩杆的伸缩端与基板(1)球铰接；所述水平板(2)设有陀螺仪，所述陀螺仪与调平装置的控制器电连接，所述控制器控制调平组件(3)的伸缩长度。

6.根据权利要求5所述的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台，其特征在于，所述第一拍摄组件包括第一相机(4)，所述第一相机(4)的拍摄方向竖直向下；

所述第二拍摄组件包括第二相机(5)和倾斜调整组件(8)，所述倾斜调整组件(8)调整第二相机(5)的拍摄方向与竖直方向的夹角。

7.根据权利要求6所述的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台，其特征在于，所述第二相机(5)的拍摄范围与第一相机(4)的拍摄范围之间设有公共拍摄区域。

8.根据权利要求1至7任一项所述的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台，其特征在于，所述水平板(2)和基板(1)均为圆形板；

所述基板(1)设有周向均布的多个安装通孔。

9.一种用于高海拔地区填图的倾斜拍摄无人机，其特征在于，所述倾斜拍摄无人机的底部安装有权利要求1至8任一项所述的用于高海拔地区填图的无人机倾斜拍摄平台。

10.根据权利要求9所述的用于高海拔地区填图的倾斜拍摄无人机，其特征在于，所述倾斜拍摄无人机还设有红外测距设备和高度控制器，所述红外测距设备测量倾斜拍摄无人机距离地面的竖直高度，所述高度控制器调整倾斜拍摄无人机距离地面的竖直高度。

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