无人机的机载摄像装置设计_兰天.pdf

Application 创新应用168 电子技术 第 52 卷 第 4 期（总第 557 期）2023 年 4 月摘要：阐述四旋翼无人机的结构，摄像头角度可自动调节，在电力巡检无人机工作中对线路观察，需要设计无人机的机载摄像装置在竖向平面绕无人机旋转进行不同视角拍摄。关键词：无人机，摄像装置，自动调节，不同视角。中图分类号：TP391.41，V279文章编号：1000-0755(2023)04-0168-02文献引用格式：兰天，刘月，杨伟樱.无人机的机载摄像装置设计J.电子技术,2023,52(04):168-169.准目标，设备在无人机上固定安装，受载机姿态变化影响较大，载体限制导致侦察效率低。需要建立跟踪平台系统，可以有效修正偏差量，摄像跟踪平台是无人机飞行控制的传感器2。无人机飞行控制方法分为按预编程控制与电视图像实时操控方式，遥控飞行时地面控制设备向无人机发送指令控制飞行，无人机向地面控制设备发挥飞行参数等遥测信号，军事应用中发射 无线电信号易被定位打击。无人机机动性大的运动载体摄像跟踪系统需要控制视轴转动，采用视轴稳定技术消除摄像抖动。设计具备跟踪功能的摄像平台可以有效实现跟踪侦查功能。摄像跟踪平台控制方法需要在方位方向控制，以永磁同步电机驱动设备安装支架，实现对摄像设备的视轴转动控制。研究设计摄像跟踪平台实现主要功能是按控制指令要求转动，有效隔离载机的振动，在惯性空间保持稳定。载体具有位置姿态不固定，空间扰动特性。摄像平台需要隔离载机振动产生通道角扰动，设计摄像跟踪平台要满足控制指令转动功能。摄像跟踪平台系统基于无人机系统，系统设计前需要了解针对无人机系统原理。无人机系统包括地面遥控遥测基站与无人机分系统，地面遥控遥测基站为无人机任务系统的人机接口。无人机分系统分为机体结构与自动驾驶系统部分，自动驾驶系统包括机载电气设备，任务平台分系统可以为光电侦察设备，摄像跟踪平台功能模糊传感器与执行机构的界限。0 引言 随着科技的迅速发展，微机电技术不断进步，无人机具有控制灵活，功能性强等优点，在电力检测、目标追踪等领域具有广泛应用前景。无人机在国防与民用领域应用逐渐增加，依靠用途广泛，耗费小等优点在军事领域具有重要作用，民用领域无人机可用于航空探矿，交通巡逻等领域，无人机搭载航拍相机进行航拍可快速获取高精度影像数据，无人机航拍技术在云层低地区应用优势明显。无人机在电力巡检工作中发挥重要的作用，现有无人机技术不能满足社会发展的需求，涌现出大量新型设备装置。研究设计无人机记载设想装置，增加摄像头用于近距离观察电力部件，及时有效发现巡检中的问题。1 无人机加载摄像系统无人机航拍中需要将拍摄图像数据传输至地面接收站，要将图像信息存储在机载存储器，随着国防领域的需求，无人机向高空方向发展。航空相继拍摄效果逐步提高，无人机机载图像压缩性他可对航拍图像数据压缩处理，有效减小无线传输带宽1。随着应用范围的扩大，为无人机设备提出更高的技术要求，早期军事领域航空侦察使用胶片照相机，随着电子设备小型化发展，可见光摄像机逐渐发展城市，无人机可搭载设备种类不断增多。红外摄像机等侦察设备优点是需要将轴向对无人机的机载摄像装置设计兰天，刘月，杨伟樱（陕西工业职业技术学院，陕西 712000）Abstract This paper describes the structure of the quadrotor UAV,and the camera angle can be automatically adjusted.To observe the line during the operation of the power patrol UAV,it is necessary to design the airborne camera device of the UAV to rotate around the UAV in the vertical plane to take pictures from different perspectives.Index Terms drone,camera device,automatic adjustment,different perspectives.Design of Airborne Camera Device for DronesLAN Tian,LIU Yue,YANG Weiying(Shaanxi Industrial Vocational and Technical College,Shaanxi 712000,China.)基金项目：陕西工业职业技术学院自然科学研究项目（2022YKYB-011）。作者简介：兰天，陕西工业职业技术学院，工程师，博士研究生；研究方向：深度学习、模式识别、电子设计。收稿日期：2022-08-02；修回日期：2023-04-12。Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 4 期（总第 557 期）2023 年 4 月 169摄像跟踪平台姿态数据转发给飞控计算机，接收飞控计算机发出控制指令，执行动作实现机构功能。飞控计算机判断无人机相对目标物体位置姿态偏差量，实现传感器的功能。摄像跟踪平台具有独立控制芯片等设备，具有控制自身执行功能。摄像跟踪平台系统包括机载跟踪平台系统与地面监控系统部分，机载摄像跟踪平台系统分为摄像机安装支架与转动结构部分，安装支架为摄像机机械结构部分，控制系统包括控制执行电气设备。摄像机架设在转动平台，实现摄像机在俯仰角转动轴上转动动作，飞机飞行速度输入给主控计算电路，结合反馈数据控制驱动电机转动。地面监测系统为系统与监控操作人员人机接口，地面操控人员通过监测平台下传图像初步判断，遥控摄像跟踪系统平台将摄像机视轴转动到预定方向。2 无人机机载摄像装置设计摄像头是完成图像分解的器件，现有技术中可将摄像头安装在无人机上，现有无人机巡视摄像装置调焦能力有限，无人机巡线作业对绝缘子连接处等位置需要靠近看清，无人机螺旋桨易与电线接触。研究设计无人机机载摄像装置包括机体设置旋翼装置，内设置飞行控制系统云台主体设置第一连接杆，十字万向轴底部设置第二连接杆，第一支撑板底部设置弹簧，第二支撑底部设置第二摄像头。云台主体设置缺口与摄像头适应，机架靠近云南台主体一侧旋翼装置设置防护架3。图1系统框架。装置通过增加摄像头与地面保持平行，可近距离巡检电力部件。光电传感器可检测无人机距离电感位置，缓冲垫可在电力线路间起到防护缓冲作用，减少对无人机机体的冲击。防护架便于采用硬质弹性塑料材质，有利于飞行稳定。摄像头位于云台主体内部起到防护作用。无人机机载摄像装置包括机体上设置旋翼装置，机体内设飞行控制系统，云台主体设置连接杆，机体底部设置摄像头与支撑架，第一连杆底端设置十字万向轴。十字万向使第二支撑板处于水平位置，第二连接杆底部设置第一支撑板，弹簧底端设置第二支撑板。弹簧起到缓冲作用，第二摄像头位于第一摄像头上方。第二摄像头与飞行控制系统图像处理模块连接。云台主体底部设置第一凹槽，广电传感器与飞行控制系统微处理器连接。检测无人机距离电杆顶部安全距离外，使飞手及时调整无人机位置，防止无人机与电杆相撞。防护架设置缓冲垫，使得防护架与电力线路发生碰撞减少冲击。防护架与旋翼装置卡接，防护架便于采用硬质弹性塑料材质，有利于无人机飞行稳定。第二支撑板设置第二凹槽。凸起设置有利于第二摄像头与地面保持平行。第一摄像头位于云台主体内部，使得云台主体对第一摄像头起到防护作用。通过控制端控制无人机飞行，第一摄像头正常巡检，可以近距离巡检电力部件。3 结语视觉技术在无人机上应用分为传感器跟踪信息已知人造标志，控制无人机靠近实现定位效果，通过采集位置环境自然特征对比得出运动信息。近年来视觉传感器在无人机系统中协同工作成为热门研究，对视觉数据滤波是实现测量系统最优估计的必选方案4-10。视觉模块与滤波器结合是视觉导航广泛应用的方案，国内研究存在多数成果以仿真形式呈现，未考虑视觉模块输出频率是否满足实际应用，本文研究设计无人机记载装置是基于现有无人机发明创造，增加方便的新型技术，新型技术装备应用缩短作业时间，为企业创造价值。参考文献1 廖伟宁,李卓鹏,杨钦,欧发斌,郭志广,许光和,吕鸿健,张楚渊,梁开朗,朱开放,李维康.一种无人机机载摄像装置P.中国：CN207510735U,2018-06-19.2 沈阳农业大学.一种航测无人机摄像机悬挂固定装置P.中国:CN202122490331.6,2022-01-14.3 湖南景辉农林生态科技有限公司.一种无人机摄像平衡装置P.中国:CN201921769006.X，2020-08-04.4 买小争,杨波,冯晓敏.无人机航摄像控点布设方法探讨J.测绘通报,2012(S1):268-271.5 李万能,唐庆忠,陈黎.无人机航摄像控点数量对空三解算精度的影响J.测绘通报,2017(S1):84-89+99.6 洪荣.无人机对地面目标位姿的单目视觉测量方法研究D.湖南：国防科学技术大学,2012.7 黄家威,罗卫兵,邵华.微小型无人机无线数字视频传输系统的设计与实现J.现代电子技术,2011,34(04):4-6.8 孙鹏.无人机高清视频电子稳像算法研究D.辽宁：沈阳大学,2014.9 葛川.基于自适应运动滤波的电子稳像技术研究D.陕西：西安电子科技大学,2011.10 李鸣.基于无人机的电力输电线路巡检监测系统研究D.北京交通大学,2017.图1 系统框架