DE102011101513A1 - Measuring device for airborne remote sensing, has measuring instrument that is connected with rotatable drive unit through power transmission element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung, insbesondere für die Fernerkundung, wobei die Messeinrichtung ein Messinstrument und eine Vorrichtung zur beweglichen Lagerung des Messinstrumentes aufweist.The invention relates to a measuring device, in particular for remote sensing, wherein the measuring device has a measuring instrument and a device for the movable mounting of the measuring instrument.
In der luftgestützten Fernerkundung ist die Sensorik bzw. allgemein das Messinstrument üblicherweise senkrecht nach unten (nadir) gerichtet. Daraus lassen sich beispielsweise Orthomosaike und Oberflächenmodelle ableiten. Eine besondere Konfiguration stellen so genannte Oblique-Systeme dar, welche mindestens einen schräg schauenden Sensor (z. B. eine Matrixkamera) besitzen (
Luftgestützte Fernerkundungssysteme mit sich bewegenden Sensoren existieren u. a. für Matrix-Kameras. Sie sind aufgrund ihrer bisherigen Nachteile nur vereinzelt vorhanden und werden im Folgenden erläutert.Airborne Remote Sensing Systems with Moving Sensors Exist u. a. for matrix cameras. Due to their previous disadvantages, they are only occasionally available and will be explained below.
Ein Pendelkamerasystem ist beispielsweise Visionmap A3 (
Ein azimutal bewegliches Kamerasystem ist beispielsweise Azicam von GetMapping Plc. (
Weiter ist ein schwenkbares Kamerasystem um die Azimut-Achse unter Verwendung von zwei Kameras bekannt. Das Prinzip des Schrägblickes ist dabei, dass die beiden Kameras auf einer vertikalen Ebene angeordnet sind und einen Winkelversatz haben. Zu einem Zeitpunkt schaut eine Kamera schräg nach vorn und die zweite Kamera schräg nach hinten. Durch Drehung des Messaufbaus um 90° schauen die Kameras in beide Richtungen quer zur Flugbewegung. Auf diese Weise werden mithilfe zweier Kameras alle vier Hauptrichtungen abgedeckt. Auch hier sind die Probleme bezüglich kontinuierlicher Volldrehung (Stoppen des Aufbaus und rückwärts wieder Anfahren kostet Zeit) sowie Drehung um alle drei Winkel mit seinen bereits angesprochenen Konsequenzen vorhanden.Further, a pivotal camera system about the azimuth axis using two cameras is known. The principle of the oblique view is that the two cameras are arranged on a vertical plane and have an angular offset. At one point, one camera looks diagonally forward and the second camera diagonally backwards. By rotating the measurement setup by 90 °, the cameras look in both directions at right angles to the flight movement. In this way, two cameras cover all four main directions. Again, there are the problems of continuous full rotation (stopping the bodywork and backward starting again takes time) and rotation around all three angles with its already mentioned consequences.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Messeinrichtung, insbesondere für die Fernerkundung, zu schaffen, mittels derer verschiedene Blickrichtungen mit geringem Steuerungsaufwand erzielbar sind.The invention is based on the technical problem of providing a measuring device, in particular for remote sensing, by means of which different viewing directions can be achieved with little control effort.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects having the features of
Die Messeinrichtung weist dabei ein Messinstrument und eine Vorrichtung zur beweglichen Lagerung des Messinstruments auf, wobei die Vorrichtung zwei nicht parallele Drehachsen aufweist, wobei die beiden Drehachsen ungleich einer Längsachse des Messinstruments sind, wobei das Messinstrument über ein Kraftübertragungselement mit einem rotierbaren Antriebselement verbunden ist. Dies erlaubt einen sehr einfachen und kompakten Aufbau, wobei das Antriebselement durch einen einfachen einachsigen Antrieb bewegt werden kann, um so das Messinstrument in der Vorrichtung in eine definierte Taumelbewegung zu versetzen, d. h. die Längsachse des Messinstruments durchläuft eine definierte Bahnkurve, die je nach Ausgestaltung von Null bis unendlich sein kann. Bei Null wird das Antriebselement entsprechend nicht angetrieben und bei unendlich führt das Antriebselement eine vollständige Umdrehung aus, so dass sich eine geschlossene Bahnkurve, vorzugsweise eine Kreisbahn, ergibt. Dabei wird eine Rotation um die Längsachse des Messinstruments vermieden und gleichzeitig alle relevanten Blickrichtungen durchlaufen. Dabei sei angemerkt, dass, wenn das Messinstrument eine Kamera ist, die Längsachse gleich der optischen Achse ist.The measuring device in this case has a measuring instrument and a device for movably supporting the measuring instrument, wherein the device has two non-parallel axes of rotation, wherein the two axes of rotation are unequal to a longitudinal axis of the measuring instrument, wherein the measuring instrument is connected to a rotatable drive element via a force transmission element. This allows a very simple and compact design, wherein the drive element can be moved by a simple uniaxial drive, so as to put the measuring instrument in the device in a defined wobbling motion, ie the longitudinal axis of the measuring instrument passes through a defined trajectory, which can be from zero to infinity depending on the configuration. At zero, the drive element is not driven accordingly and at infinity, the drive element performs a complete revolution, so that there is a closed trajectory, preferably a circular path. In this case, a rotation about the longitudinal axis of the measuring instrument is avoided and at the same time go through all relevant viewing directions. It should be noted that when the measuring instrument is a camera, the longitudinal axis is equal to the optical axis.
In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine kardanische Aufhängung, bei der die beiden Drehachsen zueinander rechtwinklig stehen. Kardanische Aufhängungen haben den Vorteil einer sehr einfach zu beschreibenden Taumelbewegung.In one embodiment, the device comprises a gimbal in which the two axes of rotation are perpendicular to each other. Cardanic suspensions have the advantage of a very easy-to-describe tumbling motion.
In einer Ausführungsform weist die kardanische Aufhängung eine Basisaufhängung auf, die einen einachsig drehbar gelagerten Innenring trägt, wobei der Innenring das einachsig gelagerte Messinstrument trägt. Die Basisaufhängung ist dabei vorzugsweise starr an einem geeigneten Träger, beispielsweise in einem Fluggerät, angeordnet.In one embodiment, the gimbal has a base hanger carrying a single-axis rotatably mounted inner ring, the inner ring carrying the uniaxial mounted gage. The base suspension is preferably rigidly arranged on a suitable carrier, for example in an aircraft.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Antriebselement als Antriebsscheibe ausgebildet.In a further embodiment, the drive element is designed as a drive pulley.
Das Antriebselement ist vorzugsweise mit einer Welle fest verbunden, die von einer Antriebseinheit rotierbar antreibbar ist. Die Antriebseinheit ist dabei vorzugsweise unbeweglich und außerhalb der sich bewegenden Teile angeordnet. Dieses vermeidet einen notwendigen Masseausgleich sowie Kabelführungen im Vergleich zu Ausführungen, wo eine Antriebseinheit (Motor) am Innenring montiert ist.The drive element is preferably fixedly connected to a shaft which is rotatably driven by a drive unit. The drive unit is preferably immovable and arranged outside of the moving parts. This avoids a necessary mass balance and cable guides compared to versions where a drive unit (motor) is mounted on the inner ring.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein starres Führungselement für das Antriebselement vorgesehen, das unkontrollierte Bewegungen des Antriebselements und/oder der Welle verhindert.In a further embodiment, a rigid guide element for the drive element is provided which prevents uncontrolled movements of the drive element and / or the shaft.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Führungselement starr mit der Basisaufhängung verbunden. Prinzipiell kann das Führungselement aber auch beispielsweise an der starren Antriebseinheit oder an einem anderen starren Träger befestigt sein.In a further embodiment, the guide element is rigidly connected to the base suspension. In principle, however, the guide element can also be fastened, for example, to the rigid drive unit or to another rigid carrier.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine Sensorik zur Erfassung oder Ermittlung eines Rotationswinkels des Antriebselements auf, wobei aus dem Rotationswinkel des Antriebselements die Winkel der Drehachsen und daraus die Blickrichtung des Messinstruments bestimmbar sind. Die Sensorik kann dabei an dem Antriebselement direkt den Winkel erfassen. Es ist aber auch alternativ oder kumulativ möglich, an der Antriebseinheit die Rotorlage zu erfassen und aus der Rotorlage auf den Winkel der Welle zu schließen, die das Antriebselement antreibt.In a further embodiment, the measuring device has a sensor system for detecting or determining a rotational angle of the drive element, wherein the angle of the rotational axes and from this the viewing direction of the measuring instrument can be determined from the angle of rotation of the drive element. The sensor can detect the angle directly on the drive element. But it is also alternatively or cumulatively possible to detect the rotor position on the drive unit and to close from the rotor position to the angle of the shaft which drives the drive element.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Kraftübertragungselement als starre Verbindung ausgebildet. Dabei muss die Verbindung bei der Rotation des Antriebselements geeignet mitgeführt werden. In einer Ausführungsform ist dabei die starre Verbindung als Verbindungsstange ausgebildet, die vorzugsweise über ein Kugelkopflager mit dem Antriebselement verbunden ist.In a further embodiment, the force transmission element is designed as a rigid connection. The connection must be suitably carried along during the rotation of the drive element. In one embodiment, the rigid connection is designed as a connecting rod, which is preferably connected via a ball head bearing with the drive element.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Messinstrument als Kamera ausgebildet.In a further embodiment, the measuring instrument is designed as a camera.
In einer weiteren Ausführungsform führt das Antriebselement eine n × 360°-Drehung aus, wobei n > 1 gilt. Aufgrund der Tatsache, dass es zu keiner Kabeltorsion kommen kann, da das Messinstrument selbst nicht rotiert, kann das Antriebselement kontinuierlich in eine Richtung gedreht werden. Daher muss das Messinstrument auch nicht abgebremst werden, um in seine Ausgangslage zurückkehren zu können. Daher kann die Antriebseinheit kleiner dimensioniert werden und der Energiebedarf reduziert werden, was wiederum zu einem kleineren und leichteren Gesamtsystem führt.In a further embodiment, the drive element performs an n × 360 ° rotation, where n> 1. Due to the fact that no cable torsion can occur, as the measuring instrument itself does not rotate, the drive element can be continuously rotated in one direction. Therefore, the measuring instrument does not have to be braked in order to return to its original position. Therefore, the drive unit can be made smaller and the energy requirement can be reduced, which in turn leads to a smaller and lighter overall system.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Darstellung einer Messeinrichtung für die Fernerkundung.The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment. The single figure shows a perspective view of a measuring device for remote sensing.
Die Messeinrichtung
Wird nun die Welle
Eine nicht dargestellte Auswerteeinheit kann dabei die jeweilige Blickrichtung aus der Winkellage der Welke
Neben Luftbildbefliegungen mit Kameras aller Arten kann die Messeinrichtung beispielsweise für 3D-Stadtmodellierungen, Kartierungen oder Mappings eingesetzt werden. Die Messeinrichtung kann auch beispielsweise für ein Laser-Scanning oder für Schalldruckuntersuchungen verwendet werden.In addition to aerial surveys with cameras of all kinds, the measuring device can be used, for example, for 3D city modeling, mapping or mappings. The measuring device can also be used for example for a laser scanning or for sound pressure examinations.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Photogrammetrische Schrägluftbilder mit dem Aerial Oblique System AOS, Albert Wiedemann, DGPF Tagungsband 18/2009 [0002] Photogrammetric oblique aerial images with the Aerial Oblique System AOS, Albert Wiedemann, DGPF Proceedings 18/2009 [0002]
- VisionMap A3 – The New Digital Aerial Survey and Mapping System; M. Pechatnikow et al., FIG Working Week 2009 Surveyors Key Role in Accelerated Development, Eilat, Israel, 3–8 May 2009 [0004] VisionMap A3 - The New Digital Aerial Survey and Mapping System; M. Pechatnikov et al., FIG. Working Week 2009 Surveyors Key Role in Accelerated Development, Eilat, Israel, 3-8 May 2009 [0004]
- Getmapping Reveals New 'AZICAM' Oblique Camera System, PressRelease June 2009 [0005] Getmapping Reveals New 'AZICAM' Oblique Camera System, Press Release June 2009 [0005]
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