CN203845021U - 飞行器全景航拍装置系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种飞行器全景航拍装置系统，属于飞行器附属系统设计领域。装置系统包括半球形摄像头安装罩和18个航拍用摄像头，其中半球形摄像头安装罩其特征是半球平面安装于飞行器机身下腹平面，球形弧面正对地面，18个航拍用摄像头按等面积分布规律均匀分布于球形摄像头安装罩表面，18个航拍摄像头安装轴线反向延长汇聚于半球形摄像头安装罩的球心。本实用新型用于飞行器航拍时无需根据飞行器飞行姿态调整航拍摄像头方向，装置内无运动部件以及运动伺服机构，装置系统结构简单，实现成本低，可用于航拍、侦查用有人/无人驾驶旋翼和固定翼飞机。

Description

飞行器全景航拍装置系统

技术领域

本实用新型飞行器全景航拍装置系统涉及航空航天飞行器附属系统设计领域，具体涉及一种可用于航拍、侦查用飞行器航拍装置系统。

背景技术

航拍又称空中摄影或航空摄影，是指从空中拍摄地球地貌，获得俯视图，此图即为空照图。航拍的摄像机可以由摄影师控制，也可以自动拍摄或远程控制。航拍所用的平台包括飞机、直升机、热气球、小型飞船、火箭、风筝、降落伞等。为了让航拍照片稳定，需要使用高级摄影设备，它利用三轴或五轴陀螺仪稳定功能，使摄像头在航拍过程中稳定，提供高质量的稳定画面，甚至在长焦距镜头下也非常稳定。航拍图能够清晰的表现地面物体，因此除了作为摄影艺术之外，也被应用于军事、交通建设、水利工程、生态研究、城市规划等方面。

目前，常规飞行器航拍装置系统包括：航拍云台、陀螺稳定仪、航拍摄像头、摄像头安装架、方向传感器、位置传感器和运动伺服机构等。一般来说，云台水平旋转角度为0°～350°，垂直旋转角度为+90°。恒速云台的水平旋转速度一般在3°～10°/s，垂直速度为4°/s左右。变速云台的水平旋转速度一般在0°～32°/s，垂直旋转速度在0°～16°/s左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达480°/s以上，垂直旋转速度在120°/s以上，云台的灵敏度极大地依赖于伺服机构的响应速度。

用于航拍和侦查的飞行器航拍系统常常需要锁定视野中的航拍目标，此时控制系统必须根据飞行器的飞行姿态和摄像头位置实时调节云台转轴位置，保证锁定目标位于摄像头焦距和视野范围内。云台增稳是将全部的光学系统和敏感元件安装在一个用环架系统悬挂起来的台体上，并将陀螺等惯性传感器安装于台体上，形成陀螺稳定平台。根据环架系统稳定轴的数量，可分为单轴、两轴和三轴稳定平台。当环架的支承轴无任何干扰力矩作用时，平台将相对惯性空间始终保持在原来的方位上，当平台因干扰力矩作用而偏离原来的方位时，陀螺仪感知平台变化的姿态角或角速率并反馈到控制核心，经过一系列算法处理，送出控制量给环架的力矩电机，通过力矩电机产生补偿力矩对干扰力矩进行补偿，从而使平台保持稳定。

上述常规飞行器航拍系统机构组成复杂，控制难度大，尤其当飞行器遇到大湍流度气流扰动或飞行器自身振动严重时，获得稳定高分辨率航拍图像的难度大大增加。同时，基于上述结构的航拍系统成本较高，难以大规模向民用领域推广。

因此，设计一种结构简单、控制容易、实现成本较低的飞行器全景航拍控制系统将具有较高的应用价值。

发明内容

本实用新型飞行器全景航拍装置系统，其目的是提供一种用于航拍、侦查用有人/无人驾驶旋翼和固定翼飞机的全景航拍装置系统，避免借助云台、姿态传感器和陀螺稳定仪等方向控制调节装置对锁定目标持续拍摄或获取其实时图像。本实用新型装置系统内无需运动控制伺服机构，结构简单，实现成本低。

本实用新型的目的通过以下措施来达到，飞行器全景航拍装置系统包括半球形摄像头安装罩和18个航拍用摄像头，其中半球形摄像头安装罩其特征是半球平面安装于飞行器机身下腹平面，球形弧面正对地面，18个航拍用摄像头按等面积分布规律均匀分布于球形摄像头安装罩表面，18个航拍摄像头安装轴线反向延长汇聚于半球形摄像头安装罩的球心。

本实用新型飞行器全景航拍装置系统，与传统带多轴陀螺稳定仪的航拍装置相比具有无运动部件和方向传感伺服机构的优势。航拍装置开始工作时，18个航拍摄像头在同一时刻在各自所处视野范围进行拍摄，获取的图像或视频数据储存于机载文件储介质或者通过图像传输系统实时传输回地面控制站。对于将所获得的图像或视频文件储存于机载文件储存介质的工作方式，图像文件全部储存并通过飞行器带回地面后由地面图像处理软件完成18个摄像头所获取图像拼接和删除重叠图像的工作。对于将图像或视频实时传输回地面控制站的工作方式，机载图像处理系统先实时完成18个摄像头获取图像拼接和删除重叠图像，然后再将已处理完成的图像或视频通过数据传输系统传输回地面控制站。

当本航拍装置系统在飞行器机腹正对地面的飞行姿态工作时，航拍装置系统能够获取地面和周向360°视角图像。当飞行器机腹处于最大极端位置，即机腹平面垂直于地面时，航拍装置能够获取地面和周向最大180°视角图像。飞行器飞行姿态处于其余正常航拍状态时，本实用新型的飞行器全景航拍装置系统均能保证获得地面和周向180°～360°的图像。

附图说明

 图1是本实用新型安装于飞行器机腹下表面示意图。

图2是本实用新型俯视图。

图3是本实用新型正视图。

图4是定义本实用新型摄像头安装位置所需球面坐标系。

图5是本实用新型三维示意图。

图6是本实用新型18个摄像头同时拍摄时正对地面和周向视角示意图。

具体实施方式

本实用新型飞行器全景航拍装置系统安装于飞行器机身下腹平面，如图1虚线圆圈位置所示。图1中的飞行器为固定翼飞行器，本实用新型适用范围不限于固定翼飞行器，当用于其他类型飞行器，如旋翼飞行器时，将航拍装置系统安装于正对被拍摄物方向。航拍装置系统如图2和图3所示，由航拍用摄像头（1）和半球形摄像头安装罩（2）组成，其中航拍摄像头一共18个，按照等面积分布规律均匀分布于半球形摄像头安装罩表面，18个摄像头轴线反向延长线汇聚于半球球心。

 本实用新型18个摄像头在半球形摄像头安装罩中的位置由图4所示球面坐标系确定。其中，角度Ф为球半径与Z轴夹角，在本实用新型中可取值范围为0°～90°；角度θ为球半径与X轴夹角，在本实用新型中可取值范围为0°～360°。18个摄像头在半球形安装罩上的分布位置具体确定方法为：将图5所示半球形摄像头安装罩球心置于图4所示球面坐标系的О点，OP为半球形安装罩半径，将半球面用图5中3和4所示两个球面圆分为三个部分，其中圆3所处位置按图4坐标系定义为Ф=33.56°，圆4所处位置按图4坐标系定义为Ф=60°。在Ф=0°～33.56°球形表面部分设置三个摄像头，摄像头圆心位置（图5箭头5所示）Ф=23.56°，三个摄像头在θ=0°～360°球面范围内平均分布。在Ф=33.56°～60°球形表面部分设置六个摄像头，摄像头圆心位置（图5箭头6所示）Ф=48.19°，六个摄像头在θ=0°～360°球面范围内平均分布。在Ф=60°～90°球形表面部分设置九个摄像头，摄像头圆心位置（图5箭头7所示）Ф=75.52°，九个摄像头在θ=0°～360°球面范围内平均分布。

当全景航拍装置系统工作时，18个摄像头在同一时刻记录所有方向图像，图6所示为将18个摄像头拍摄到的图像往底面和周向四个面投影示意图。图6中底面带编号的圆圈表示每个摄像头拍摄到的画面，图中圆圈编号仅做示意。为了不产生混淆，图6中仅给出底面一个面投影示意图，周向四个面按与底面相同的方法处理。将18个摄像头在同一时刻拍摄到的图像在底面和周向投影，删除单个摄像头所拍摄到的重叠部分画面并且重新组合，最终获得底面和周向四个面图像。

当飞行器飞行姿态改变，半球形摄像头安装罩将无法拍摄到机身下腹平面遮挡部分图像，当半球形摄像头安装罩位于飞行器姿态极限位置，如机身下腹平面与地面垂直时，全景航拍系统只能拍摄到底面和周向180°范围内未被机身遮挡部分图像。因此，本实用新型全景航拍装置系统在不同飞行器飞行姿态下至少能够捕获全部地面图像和0°～180°周向图像，最多能够捕获全部地面图像和0°～360°周向图像。

Claims (4)

1.一种飞行器全景航拍装置系统，包括半球形摄像头安装罩（2）和18个航拍用摄像头（1），18个航拍用摄像头按等面积分布规律均匀分布于球形摄像头安装罩表面，18个航拍摄像头安装轴线反向延长汇聚于半球形摄像头安装罩的球心。

2.如权利要求1所述一种飞行器全景航拍装置系统，其特征是半球形摄像头安装罩（2）半球平面置于飞行器机身下腹平面，球形表面正对地面。

3.如权利要求1所述一种飞行器全景航拍装置系统，其特征是装置内部无运动控制和伺服装置，半球形摄像头安装罩（2）和18个航拍用摄像头（1）在航拍过程中位置固定不变。

4.如权利要求3所述一种飞行器全景航拍装置系统，其特征是航拍时由18个摄像头（1）在同一时刻拍摄各自所属视野内照片，通过对获得照片重新拼接并删除重叠部分获取地面和周向全景图像。