一種基于無人機的粒子圖像測速檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及無人機研究領域，特別涉及一種基于無人機的非常規情況下圖像粒子檢測系統。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著無人機技術的不斷發展，其在電力、通信、氣象、農林、海洋、勘探、防災減災等領域的應用也越來越廣泛。多旋翼無人機由于其簡單緊湊的機械結構、更加靈活的行動、起降環境要求較低、易操作、可在小氛圍內實現起飛、懸停、降落等優異特點，被格外重視。
[0003]大尺度粒子圖像測速是一種安全、高效的全場流速測量技術。它采用模式識別的方法匹配、跟蹤連續視頻圖像中的水流示蹤物，實現流速場的定量表示及可視化。現有的圖像粒子測速技術在實驗室環境下已經取得較為滿意的成果，但是當研究環境改為自然環境下，特別是在一些高危情況下或者科研工作者不能近距離檢測的情況下，傳統的粒子圖像檢測就面臨一個較為尷尬的處境。作為實驗室環境下的粒子圖像測速PIV技術在大尺度現場環境下的擴展，不僅可用于常規條件下天然河道水流紊動特性的研究，其非接觸特性更使之成為極端條件下河流流量測量少數可行的方法之一，可以克服導致傳統測流儀器無法正常施測的難題，而且可以在一些非常規的情況下體現出系統設備強有力的實用性。
【發明內容】
[0004]本實用新型針對現有技術的不足，提出了一種基于無人機的粒子圖像測速檢測系統。
[0005]—種基于無人機的粒子圖像測速檢測系統，包括多旋翼無人機、微型智能相機、萬向傳動裝置、濃度測量儀和地面站監控系統；
[0006]所述微型智能相機內嵌于萬向傳動裝置內；
[0007]所述萬向傳動裝置包括第一步進電機、第二步進電機、第一傳動構件、第二傳動構件和電機控制器；
[0008]所述的第一傳動構件與第二傳動構件采用扣件式無縫對接;所述第一步進電機驅動第一傳動構件，第二步進電機驅動第二傳動構件，每個傳動構件都能實現在一個平面內旋轉，兩個構件的旋轉平面互成90°;萬向傳動裝置固定在多旋翼無人機的底部；
[0009]所述微型智能相機在上位機的控制下驅動第一步進電機、第二步進電機可以實現任意角度的圖像拍攝；
[0010]所述濃度測量儀包括機械桿、金屬探頭和傳感器;機械桿是一種可伸縮折疊機械結構，可以在上位機的控制下由微電機實現折疊伸縮運動;機械桿頂部與多旋翼無人機的底部相連，機械桿末端設置有金屬探頭，傳感器安裝在金屬探頭上；
[0011]地面站監控系統由無線數據收發設備、無線圖像接收設備和PC上位機組成;無線數據收發設備接收多旋翼無人機的無線數據收發設備傳出的飛行姿態數據，并將其通過計算機軟件整合顯示在微型計算機的屏幕上;無線圖像接收設備接收無線圖像發送設備的圖像信號，并將圖像處理軟件顯示在PC上位機上，實現圖像的捕捉和記錄功能。
[0012]所述微型智能相機包括處理器模塊、CMOS圖像傳感器模塊、光學系統模塊、內部寄存器和電源模塊;所述光學系統模塊包括雙濾鏡切換器、三可變鏡頭和補光燈，CMOS圖像傳感器模塊外側依次設置有雙濾鏡切換器、三可變鏡頭;補光燈設置在相機外側;雙濾鏡切換器安裝在CMOS圖像傳感器模塊外側，雙濾鏡切換器中內嵌850?1050nm近紅外濾鏡和400?1050全光譜濾鏡，內部寄存器的信號輸出端口接處理器模塊。
[0013]本實用新型相對于現有技術具有如下的優點:
[0014](1)本實用新型中萬向傳動裝置可以實現微型智能相機任意角度的拍攝，充分滿足科研拍攝需要。
[0015](2)本實用新型中實現的利用無人機搭載微型智能相機并依靠PC上位機完成一個閉環式的大尺度粒子圖像檢測任務相較于實驗室環境下有了很大的突破，在便捷高效地基礎上實現了在非常規環境下的檢測，具備很大的實用性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型中不包括多旋翼無人機的萬向傳動裝置的結構圖；
[0017]圖2是本實用新型多旋翼無人機結構示意圖；
[0018]圖3是本實用新型基于無人機的微型智能相機模塊結構圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0020]基于無人機的粒子圖像測速檢測系統，包括多旋翼無人機1、微型智能相機2、萬向傳動裝置3、濃度測量儀4和地面站監控系統。所述微型智能相機2內嵌于萬向傳動裝置3內。
[0021]如圖1所示，所述萬向傳動裝置3包括第一步進電機3.1、第二步進電機3.2、第一傳動構件3.3、第二傳動構件3.4和電機控制器3.5;
[0022]所述的第一傳動構件3.3與第二傳動構件3.4采用扣件式無縫對接，保證結構的穩定;所述第一步進電機3.1驅動第一傳動構件3.3，第二步進電機3.2驅動第二傳動構件3.4，每個傳動構件都能實現在一個平面內旋轉，兩個構件的旋轉平面互成90°;萬向傳動裝置3固定在多旋翼無人機1的底部。
[0023]所述微型智能相機2在上位機的控制下驅動第一步進電機3.1、第二步進電機3.2可以實現任意角度的圖像拍攝，充分滿足采集需要。
[0024]如圖3所示，所述微型智能相機2包括處理器模塊2.1、CM0S圖像傳感器模塊2.2、光學系統模塊、內部寄存器和電源模塊2.4。
[0025]所述光學系統模塊包括雙濾鏡切換器2.3.1、三可變鏡頭2.3.2和補光燈2.3.3，CMOS圖像傳感器模塊2.2外側依次設置有雙濾鏡切換器2.3.1、三可變鏡頭2.3.2;補光燈2.3.3設置在相機外側;雙濾鏡切換器2.3.1安裝在CMOS圖像傳感器模塊2.2外側，雙濾鏡切換器2.3.1中內嵌850?1050nm近紅外濾鏡和400?1050全光譜濾鏡，內部寄存器的信號輸出端口接處理器模塊2.1;這種光學濾波技術可以為后續流程中原本復雜的圖像增強算法得以簡化;補光燈2.3.3的開閉由光敏電阻和處理器模塊2.1控制的繼電器共同完成，以滿足弱光下的拍攝要求。
[0026]所述濃度測量儀4包括機械桿、金屬探頭和傳感器。機械桿是一種可伸縮折疊機械結構，可以在上位機的控制下由微電機實現折疊伸縮運動;機械桿頂部與無人機的底部相連，機械桿末端設置有金屬探頭，傳感器安裝在金屬探頭上，用以檢測和傳輸濃度數據。同時可根據檢測要求更換相應的濃度測量儀4。
[0027]如圖2所示，所述多旋翼無人機1包括:多軸飛行器機架1.1、機載電調1.2、鋰電池
1.3、飛行器飛行控制單元1.4、PMU電源管理單元1.5、氣壓計、陀螺儀以及PCMS收發模組1.6及其配套遙控器，機載電調1.2、鋰電池1.3、飛行器飛行控制單元1.4、PMU電源管理單元1.5、氣壓計、陀螺儀和PCMS收發模組1.6均安裝在多軸飛行器機架1.1上；多軸飛行器機架旋翼的各個電機經機載電調1.2連接飛行器飛行控制單元1.4，氣壓計用于檢測飛行器距離地面高度，陀螺儀用于檢測飛行器空中姿態角；飛行器飛行控制單元分別與氣壓計、陀螺儀、PCMS收發模組相連接，鋰電池1.3經PMU電源管理單元1.5與飛行器飛行控制單元1.4連接供電。同時多旋翼無人機1的類型可以根據實際情況進行選用，且機身與支架易于安裝或拆卸，從而方便多旋翼無人機的更換。
[0028]所述的多軸飛行器機架1.1包括旋翼1.1.1、無刷電機1.1.2、機臂1.1.3、飛行器支架1.1.4;多軸飛行器支架1.1的各個機臂1.1.3上均安裝有無刷電機1.1.2，無刷電機1.1.2輸出軸連接旋翼1.1.1。
[0029]地面站監控系統由無線數據收發設備、無線圖像接收設備和PC上位機組成。無線數據收發設備接收無線數據收發設備傳出的飛行姿態數據，并將其通過計算機軟件整合顯示在微型計算機的屏幕上。無線圖像接收設備接收無線圖像發送設備的圖像信號，并將圖像處理軟件顯示在PC上位機上，實現圖像的捕捉和記錄功能。
【主權項】
1.一種基于無人機的粒子圖像測速檢測系統，包括多旋翼無人機、微型智能相機、萬向傳動裝置、濃度測量儀和地面站監控系統； 其特征在于:所述微型智能相機內嵌于萬向傳動裝置內； 所述萬向傳動裝置包括第一步進電機、第二步進電機、第一傳動構件、第二傳動構件和電機控制器； 所述的第一傳動構件與第二傳動構件采用扣件式無縫對接;所述第一步進電機驅動第一傳動構件，第二步進電機驅動第二傳動構件，每個傳動構件都能實現在一個平面內旋轉，兩個構件的旋轉平面互成90°;萬向傳動裝置固定在多旋翼無人機的底部； 所述微型智能相機在上位機的控制下驅動第一步進電機、第二步進電機可以實現任意角度的圖像拍攝； 所述濃度測量儀包括機械桿、金屬探頭和傳感器;機械桿是一種可伸縮折疊機械結構，可以在上位機的控制下由微電機實現折疊伸縮運動;機械桿頂部與多旋翼無人機的底部相連，機械桿末端設置有金屬探頭，傳感器安裝在金屬探頭上； 地面站監控系統由無線數據收發設備、無線圖像接收設備和PC上位機組成;無線數據收發設備接收多旋翼無人機的無線數據收發設備傳出的飛行姿態數據，并將其通過計算機軟件整合顯示在微型計算機的屏幕上;無線圖像接收設備接收無線圖像發送設備的圖像信號，并將圖像處理軟件顯示在PC上位機上，實現圖像的捕捉和記錄功能。2.根據權利要求1所述的一種基于無人機的粒子圖像測速檢測系統，其特征在于:所述微型智能相機包括處理器模塊、CMOS圖像傳感器模塊、光學系統模塊、內部寄存器和電源模塊;所述光學系統模塊包括雙濾鏡切換器、三可變鏡頭和補光燈，CMOS圖像傳感器模塊外側依次設置有雙濾鏡切換器、三可變鏡頭;補光燈設置在相機外側;雙濾鏡切換器安裝在CMOS圖像傳感器模塊外側，雙濾鏡切換器中內嵌850?1050nm近紅外濾鏡和400?1050全光譜濾鏡，內部寄存器的信號輸出端口接處理器模塊。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于無人機的粒子圖像測速檢測系統；包括多旋翼無人機、微型智能相機、萬向傳動裝置、濃度測量儀和地面站監控系統；本實用新型中萬向傳動裝置可以實現微型智能相機任意角度的拍攝，充分滿足科研拍攝需要。本實用新型中實現的利用無人機搭載微型智能相機并依靠PC上位機完成一個閉環式的大尺度粒子圖像檢測任務相較于實驗室環境下有了很大的突破，在便捷高效地基礎上實現了在非常規環境下的檢測，具備很大的實用性。
【IPC分類】G01P5/20
【公開號】CN205139164
【申請號】CN201520932593
【發明人】應承希, 丁濤, 蘇春燕, 何默為
【申請人】中國計量學院
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月20日