專利名稱：直升機(jī)航拍裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航拍測(cè)繪領(lǐng)域，尤其是一種適用于無人直升機(jī)以及載人直升機(jī)使用的直升機(jī)航拍裝置。
背景技術(shù)：
航拍又稱空中攝影或航空攝影，是指從空中拍攝地球地貌，獲得俯視圖?，F(xiàn)階段， 航拍技術(shù)已經(jīng)被普遍運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于不同的領(lǐng)域，拍攝所要求的效果也不盡相同。如大型群體活動(dòng)、電視、電影、城市安防巡視，通常要求清晰穩(wěn)定的實(shí)時(shí)視頻圖像，而且拍攝時(shí)需要定點(diǎn)拍攝，因此使用直升機(jī)航拍較為適宜；對(duì)于土地監(jiān)測(cè)、森林防火、電力巡線等，也是要求清晰穩(wěn)定的實(shí)時(shí)視頻圖像，由于巡邏的范圍比較大，因此，使用固定翼無人機(jī)效率會(huì)高一些，需定點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)，一般使用盤巡實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。對(duì)于測(cè)繪、交通勘測(cè)設(shè)計(jì)、水利勘測(cè)設(shè)計(jì)、小城鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計(jì)等，需要得到可以用以制作地圖的、有嚴(yán)格比例尺和精度要求的照片，目前還是以使用固定翼無人機(jī)為主導(dǎo)。該領(lǐng)域采用的固定翼無人機(jī)具有平飛速度快、效率高的特點(diǎn)，并且機(jī)身小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由人工遙控送飛，地面工作站操控自主飛行拍攝。無人機(jī)上安裝數(shù)碼相機(jī)飛行，通過保證重疊率的航拍和簡(jiǎn)單的軟件拼圖，獲得一個(gè)區(qū)域大致地貌的影像圖，方便快捷。然而，固定翼無人機(jī)起降受到場(chǎng)地限制，由于速度較快，只能盤旋監(jiān)測(cè)，不能懸停，對(duì)轉(zhuǎn)彎半徑有一定要求，因此不適合進(jìn)行小范圍區(qū)域測(cè)繪航拍。與之相反，直升機(jī)能夠彌補(bǔ)固定翼無人機(jī)在測(cè)繪航拍中的上述缺陷直升機(jī)可以垂直起降，能夠進(jìn)行空中懸停、側(cè)飛、后退飛等動(dòng)作，很少受到場(chǎng)地起降的限制，在建筑物周圍的也能安全飛行拍攝；另一方面，直升機(jī)飛行速度可以很慢，從而保證重疊率較高的航拍，并且其飛行高度低，適合拍攝高清晰度的航拍圖片，進(jìn)而更能保證測(cè)繪的精確性?，F(xiàn)有技術(shù)中使用航拍進(jìn)行測(cè)繪雖然具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，然而只能獲取測(cè)繪區(qū)域的豎直影像信息，根據(jù)這些信息，不能獲得區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)的海拔高度值，因此只能拼接出所測(cè)繪區(qū)域的平面地圖，無法建立起該區(qū)域立體的地形地貌圖像。另一方面，當(dāng)使用直升機(jī)進(jìn)行測(cè)繪航拍時(shí)，照相機(jī)通常通過航拍云臺(tái)安裝于直升機(jī)下方，航拍云臺(tái)的減震措施對(duì)航拍穩(wěn)像效果有至關(guān)重要的作用。而現(xiàn)有技術(shù)中的航拍云臺(tái)，無法滿足直升機(jī)航拍測(cè)繪的穩(wěn)像要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以記錄航拍過程中直升機(jī)與地表或地表建筑物頂?shù)拇怪备叨鹊闹鄙龣C(jī)航拍裝置。為解決上述問題，本發(fā)明的一種直升機(jī)航拍裝置，包括固定在直升機(jī)上的航拍云臺(tái)，以及安裝在航拍云臺(tái)內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)，所述航拍云臺(tái)內(nèi)還安裝有測(cè)距儀。所述測(cè)距儀為激光測(cè)距儀，該激光測(cè)距儀設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。所述航拍云臺(tái)包括支架，防風(fēng)箱安裝在支架內(nèi)部，數(shù)碼相機(jī)與測(cè)距儀位于防風(fēng)箱內(nèi)部。
多條張緊的減震橡膠管均布在防風(fēng)箱周圍，其一端固定在防風(fēng)箱上，另一端固定在支架上。所述數(shù)碼相機(jī)與測(cè)距儀安裝在防風(fēng)箱內(nèi)部的安裝盒內(nèi)，該安裝盒通過浮動(dòng)接頭懸掛在防風(fēng)箱內(nèi)。所述浮動(dòng)接頭下端與安裝盒相連，上端與浮動(dòng)接頭固定板相連；該浮動(dòng)接頭固定板通過阻尼器安裝在防風(fēng)箱上。所述浮動(dòng)接頭與浮動(dòng)接頭固定板之間設(shè)置有連接板；多條張緊的減震橡膠管均布在連接板周圍，其一端固定在連接板上，另一端固定在浮動(dòng)接頭固定板上。所述安裝盒靠近測(cè)距儀的外側(cè)壁上固定有步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，該步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)、為步進(jìn)電機(jī)提供能量的電源以及步進(jìn)電機(jī)控制裝置；步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力輸出軸穿過安裝盒側(cè)壁上的軸孔與測(cè)距儀相連。所述防風(fēng)箱頂面上設(shè)置有水平儀，直升機(jī)上安裝有視頻傳輸系統(tǒng)，該視頻傳輸系統(tǒng)中的攝像頭正對(duì)水平儀。所述安裝盒的前、后兩側(cè)分別布置有自然伸展的兩段彈性橡膠條，橡膠條的一端固定在安裝盒上，另一端固定在防風(fēng)箱內(nèi)側(cè)壁上。采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的直升機(jī)航拍裝置，根據(jù)測(cè)距儀所記錄的直升機(jī)距離地面的距離值，結(jié)合航拍區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干GPS定位點(diǎn)，能夠計(jì)算出航拍區(qū)域的海拔高度值，進(jìn)而在拼接出所測(cè)繪區(qū)域的平面地圖的基礎(chǔ)上，建立起該區(qū)域立體的地形地貌圖像。本發(fā)明中所使用的航拍直升機(jī)，可以是無人直升機(jī)，也可以是載人直升機(jī)。同時(shí)，航拍云臺(tái)設(shè)置三級(jí)減震結(jié)構(gòu)，具有良好的減震效果，保證航拍圖像的穩(wěn)定。
圖I為本發(fā)明實(shí)施例中航拍云臺(tái)的立體圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中直升機(jī)航拍裝置的主視圖。圖3為本發(fā)明中直升機(jī)對(duì)地面進(jìn)行高程檢測(cè)時(shí)的示意圖。圖4為本發(fā)明中數(shù)碼相機(jī)與激光測(cè)距儀調(diào)試安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖I、2所示，本發(fā)明直升機(jī)航拍裝置，包括航拍云臺(tái)2以及安裝在航拍云臺(tái)2內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)3，航拍云臺(tái)2可以固定在直升機(jī)底部，當(dāng)使用載人直升機(jī)航拍時(shí)也可以固定在直升機(jī)的側(cè)部。航拍云臺(tái)2底端開口，數(shù)碼相機(jī)3的鏡頭豎直向下設(shè)置，用以拍攝航拍區(qū)域的豎直圖像即在豎直方向上的俯視圖；數(shù)碼相機(jī)3與航拍自動(dòng)控制系統(tǒng)相連，能夠進(jìn)行自動(dòng)航拍和遙控手動(dòng)航拍；所述數(shù)碼相機(jī)3以及航拍自動(dòng)控制系統(tǒng)可以使用現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備，比如能夠在市場(chǎng)中購買到的自帶電源系統(tǒng)以及存儲(chǔ)單元的高清數(shù)碼相機(jī)。航拍云臺(tái)2包括支架201，數(shù)碼相機(jī)3位于支架201內(nèi)，在直升機(jī)處于飛行狀態(tài)下， 數(shù)碼相機(jī)3容易受到風(fēng)力變化的影響而產(chǎn)生振動(dòng)，因此在支架201內(nèi)部設(shè)置有防風(fēng)箱202， 將數(shù)碼相機(jī)3安裝在防風(fēng)箱202內(nèi)，防風(fēng)箱202與支架201之間通過云臺(tái)的第一級(jí)減震裝置連接，能夠有效避免數(shù)碼相機(jī)3因風(fēng)力變化的影響而產(chǎn)生的振動(dòng)。該第一級(jí)減震裝置包括多條張緊的高彈力減震橡膠管203a均布在防風(fēng)箱202周圍，減震橡膠管203a的一端固定在防風(fēng)箱202上，另一端固定在支架201上。所述數(shù)碼相機(jī)3安裝在防風(fēng)箱202內(nèi)部的安裝盒204內(nèi)，該安裝盒204通過浮動(dòng)接頭205懸掛在防風(fēng)箱202內(nèi)。浮動(dòng)接頭通常為汽缸自帶附件，連接汽缸活塞桿與受動(dòng)部件，用于消除誤差，保護(hù)部件及使設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。安裝盒204通過浮動(dòng)接頭205懸掛在防風(fēng)箱202內(nèi)，直升機(jī)在飛行過程中出現(xiàn)左、右偏斜時(shí)，浮動(dòng)接頭205能夠保證安裝盒204內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)3的鏡頭始終處于豎直向下方向。為了進(jìn)一步提高航拍云臺(tái)2的減震效果，云臺(tái)內(nèi)部還設(shè)置有第二、三級(jí)減震裝置。所述第二級(jí)減震裝置包括四個(gè)阻尼器207，浮動(dòng)接頭固定板206通過阻尼器207安裝在防風(fēng)箱202的上頂面上部，防風(fēng)箱202的上頂面開設(shè)有通孔，所述浮動(dòng)接頭205下端與安裝盒204相連，上端穿過通孔與浮動(dòng)接頭固定板206相連。浮動(dòng)接頭205與浮動(dòng)接頭固定板206之間設(shè)置有連接板208，該連接板208位于浮動(dòng)接頭固定板206的下方；所述第三級(jí)減震裝置包括多條張緊的高彈減震橡膠管203b均布在連接板208周圍，減震橡膠管203b的一端固定在連接板208上，另一端固定在浮動(dòng)接頭固定板206上。所述直升機(jī)航拍裝置還包括設(shè)置在安裝盒204內(nèi)部的激光測(cè)距儀1，當(dāng)然該激光測(cè)距儀還可以用超聲波測(cè)距儀或者紅外線測(cè)距儀替換，但為了保證測(cè)距精度，本發(fā)明的實(shí)施例中選用激光測(cè)距儀。激光測(cè)距儀可以選用LDM30x系列、LDM4x系列、ZMD系列工業(yè)用激光測(cè)距儀,通過預(yù)先設(shè)定程序以一定頻率向下連續(xù)檢測(cè)，并能夠通過數(shù)據(jù)傳輸裝置實(shí)時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送回地面控制平臺(tái)；為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的完整性，避免數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失，可以將激光測(cè)距儀 I與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(例如便攜式筆記本電腦)通過線路連接，實(shí)時(shí)記錄直升機(jī)到地面或位于地面的建筑物頂距離。當(dāng)使用無人直升機(jī)進(jìn)行航拍測(cè)繪時(shí)，通過地面控制平臺(tái)遙控激光測(cè)距儀與數(shù)碼相機(jī)同時(shí)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，使激光測(cè)距儀進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的起始時(shí)間與數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行連續(xù)拍攝的起始時(shí)間相同，進(jìn)而便于后期的數(shù)據(jù)整理。在航拍之前，首先在航拍區(qū)域內(nèi)預(yù)先設(shè)定多個(gè)海拔高度一致的GPS定位點(diǎn)，下面舉例說明如何通過激光測(cè)距儀記載數(shù)據(jù)對(duì)航拍區(qū)域海拔高度進(jìn)行計(jì)算如圖3所示，圖中X1、X2分別為相鄰的倆個(gè)GPS定位點(diǎn)，假定海拔高度為IOm ;當(dāng)直升機(jī)飛行至X1點(diǎn)上空點(diǎn)hi時(shí)，假定采集到的直升機(jī)高程(距X1點(diǎn)豎直高度)為IOOm ;當(dāng)直升機(jī)飛行至X2點(diǎn)上空點(diǎn)h2時(shí)，假定采集到的直升機(jī)高程(距X2點(diǎn)豎直高度)為80m。當(dāng)直升機(jī)經(jīng)過位于Xp X2點(diǎn)之間地表上的m、η、ρ點(diǎn)(為便于計(jì)算，假定m、η、ρ點(diǎn)分別位于X1 到X2點(diǎn)之間1/4處點(diǎn)Χηι、1/2處點(diǎn)Xn以及3/4處點(diǎn)Xp的豎直正上方)上方時(shí)，直升機(jī)的位置分別用hm、hn以及hp點(diǎn)表示，所測(cè)得高程數(shù)值分別為90m、80m以及70m。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，首先可以得出Ii1點(diǎn)、h2點(diǎn)的海拔高度為110m、90m。由于直升機(jī)從 Ii1點(diǎn)飛行至h2點(diǎn)的距離比較短，因此可以粗略地認(rèn)為直升機(jī)在Ii1至h2兩點(diǎn)間直線飛行，hm、 hn以及hp點(diǎn)位于Iiph2點(diǎn)的連線上，由此可以得出hm、hn以及hp點(diǎn)的海拔高度為105m、IOOm 以及95m ;而位于hm、hn以及hp點(diǎn)豎直正下方地表的海拔高度剛好等于hm、hn以及hp點(diǎn)的海拔高度值減去直升機(jī)在位于hm、hn以及hp點(diǎn)處所測(cè)得的高程值。因此m、n、p點(diǎn)地表的海拔高度分別為15m、20m、25m。在航拍之前，需要在地面對(duì)安裝盒204內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)3以及激光測(cè)距儀I進(jìn)行調(diào)試安裝，以保證激光測(cè)距儀I的激光發(fā)射光束與數(shù)碼相機(jī)3鏡頭的軸線相平行。如圖4所示，首先將內(nèi)部有數(shù)碼相機(jī)3以及激光測(cè)距儀I的安裝盒204放置在地面上的開闊地域，在距離安裝盒204 —定距離的前方設(shè)置參照墻A，使數(shù)碼相機(jī)3的中心聚焦點(diǎn)Al以及激光測(cè)距儀I的激光發(fā)射光斑A2能夠落在該參照墻A上，所述一定距離可以在50m IOOm之間。 測(cè)量數(shù)碼相機(jī)3鏡頭中心點(diǎn)到激光測(cè)距儀I激光發(fā)射端的距離LI，以及參照墻A上的Al到 A2的距離L2。比較LI以及L2的數(shù)值大小，如果二者大小相等，則證明調(diào)試安裝完成；否則，對(duì)數(shù)碼相機(jī)3以及激光測(cè)距儀I的角度繼續(xù)進(jìn)行調(diào)試。由于直升機(jī)基本上沿著直線飛行，因此激光測(cè)距儀I檢測(cè)高程的軌跡也基本上是一條直線，為了能夠擴(kuò)大激光測(cè)距儀I的檢測(cè)范圍，在所述安裝盒204靠近激光測(cè)距儀I的外側(cè)壁上固定有步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)209,該步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)209包括步進(jìn)電機(jī)、為步進(jìn)電機(jī)提供能量的電源以及步進(jìn)電機(jī)控制裝置；步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力輸出軸穿過安裝盒204側(cè)壁上的軸孔與激光測(cè)距儀I相連。通過該步進(jìn)電機(jī)，能夠使激光測(cè)距儀I沿著預(yù)設(shè)的角速度以及幅度繞步進(jìn)電機(jī)動(dòng)力輸出軸的軸線方向左右旋轉(zhuǎn)，從而使得激光測(cè)距儀I檢測(cè)高程的軌跡呈Z形前行。步進(jìn)電機(jī)與激光測(cè)距儀同步開始運(yùn)行，通過其運(yùn)行時(shí)間可以計(jì)算出激光測(cè)距儀旋轉(zhuǎn)的角度。由于激光測(cè)距儀與豎直方向成一定夾角，因此需重新對(duì)檢測(cè)點(diǎn)的高程進(jìn)行計(jì)算假定激光測(cè)距儀與豎直方向夾角為30°時(shí)，所測(cè)得距檢測(cè)點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)為100m，則直升機(jī)距該檢測(cè)點(diǎn)的高程數(shù)值為IOOm與cos 30°的乘積，及約等于86. 603m。當(dāng)使用無人直升機(jī)進(jìn)行航拍操作時(shí)，為了在直升機(jī)處于傾斜狀態(tài)時(shí)方便對(duì)其進(jìn)行控制調(diào)整，所述防風(fēng)箱202頂面上設(shè)置有水平儀，直升機(jī)上安裝有視頻傳輸系統(tǒng)，該視頻傳輸系統(tǒng)中的攝像頭正對(duì)水平儀；該視頻傳輸系統(tǒng)能夠?qū)z像頭所捕捉的圖像實(shí)時(shí)傳回給地面控制平臺(tái)，進(jìn)而便于操控人員實(shí)時(shí)了解直升機(jī)飛行情況。所述安裝盒204的前、后兩側(cè)分別布置有自然伸展的兩段彈性橡膠條210，橡膠條 210的一端固定在安裝盒204上，另一端固定在防風(fēng)箱202內(nèi)側(cè)壁上。當(dāng)直升機(jī)突然加速或者減速時(shí)，由于安裝盒204懸掛在防風(fēng)箱202內(nèi)部，因此會(huì)由于慣性在防風(fēng)箱202內(nèi)前后晃動(dòng)。通過橡膠條210，當(dāng)安裝盒204晃動(dòng)時(shí)，橡膠條210能夠給安裝盒204施加一個(gè)與其晃動(dòng)的趨勢(shì)相反方向的作用力，從而保障其平穩(wěn)性，避免與防風(fēng)箱202發(fā)生碰撞。
權(quán)利要求
1.一種直升機(jī)航拍裝置，包括固定在直升機(jī)上的航拍云臺(tái)，以及安裝在航拍云臺(tái)內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)，其特征在于所述航拍云臺(tái)內(nèi)還安裝有測(cè)距儀。
2.如權(quán)利要求I所述直升機(jī)航拍裝置，其特征在于所述測(cè)距儀為激光測(cè)距儀，該激光測(cè)距儀設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
3.如權(quán)利要求I或2所述直升機(jī)航拍裝置，其特征在于所述航拍云臺(tái)包括支架，防風(fēng)箱安裝在支架內(nèi)部，數(shù)碼相機(jī)與測(cè)距儀位于防風(fēng)箱內(nèi)部。
4.如權(quán)利要求3所述直升機(jī)航拍裝置，其特征在于多條張緊的減震橡膠管均布在防風(fēng)箱周圍，其一端固定在防風(fēng)箱上，另一端固定在支架上。
5.如權(quán)利要求4所述直升機(jī)航拍裝置，其特征在于所述數(shù)碼相機(jī)與測(cè)距儀安裝在防風(fēng)箱內(nèi)部的安裝盒內(nèi)，該安裝盒通過浮動(dòng)接頭懸掛在防風(fēng)箱內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述直升機(jī)航拍裝置，其特征在于所述浮動(dòng)接頭下端與安裝盒相連， 上端與浮動(dòng)接頭固定板相連；該浮動(dòng)接頭固定板通過阻尼器安裝在防風(fēng)箱上。
7.如權(quán)利要求6所述直升機(jī)航拍裝置，其特征在于所述浮動(dòng)接頭與浮動(dòng)接頭固定板之間設(shè)置有連接板；多條張緊的減震橡膠管均布在連接板周圍，其一端固定在連接板上，另一端固定在浮動(dòng)接頭固定板上。
8.如權(quán)利要求7所述直升機(jī)航拍裝置，其特征在于所述安裝盒靠近測(cè)距儀的外側(cè)壁上固定有步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，該步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)、為步進(jìn)電機(jī)提供能量的電源以及步進(jìn)電機(jī)控制裝置；步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力輸出軸穿過安裝盒側(cè)壁上的軸孔與測(cè)距儀相連。
9.如權(quán)利要求8所述直升機(jī)航拍裝置，其特征在于所述防風(fēng)箱頂面上設(shè)置有水平儀， 直升機(jī)上安裝有視頻傳輸系統(tǒng)，該視頻傳輸系統(tǒng)中的攝像頭正對(duì)水平儀。
10.如權(quán)利要求8所述直升機(jī)航拍裝置，其特征在于所述安裝盒的前、后兩側(cè)分別布置有自然伸展的兩段彈性橡膠條，橡膠條的一端固定在安裝盒上，另一端固定在防風(fēng)箱內(nèi)側(cè)壁上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可以記錄航拍過程中直升機(jī)與地表或地表建筑物頂?shù)拇怪备叨鹊闹鄙龣C(jī)航拍裝置，包括固定在直升機(jī)上的航拍云臺(tái)，以及安裝在航拍云臺(tái)內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)，其特征在于所述航拍云臺(tái)內(nèi)還安裝有測(cè)距儀。采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的直升機(jī)航拍裝置，根據(jù)測(cè)距儀所記錄的直升機(jī)距離地面的距離值，結(jié)合航拍區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干GPS定位點(diǎn)，能夠計(jì)算出航拍區(qū)域的海拔高度值，進(jìn)而在拼接出所測(cè)繪區(qū)域的平面地圖的基礎(chǔ)上，建立起該區(qū)域立體的地形地貌圖像。
文檔編號(hào)G01C11/02GK102607530SQ20121006324
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者林威 申請(qǐng)人:神翼航空器科技(天津)有限公司