Системи за камери на дронове на Gimbal: Принципи и приложения

Безпилотни летателни апарати (БЛА) обикновено носят Gimbal- монтирани полезни товари за камера за заснемане на стабилни, висококачествени изображения. Камерата Gimbal е моторизиран монтаж, който държи видимо - светлинна (електро - оптична, EO) и/или инфрачервени (IR) сензори и използва обратна връзка с Gyro/IMU, за да отмени движението на самолета. Чрез активно накланяне и въртене по множество оси, Gimbal поддържа нивото на камерата въпреки движението или вибрацията на дрона. Както обяснява един източник на индустрията, нежеланите движения и вибрации на Gimbal ?Minimiz [es] за гладки, стабилни кадри“ с помощта на двигатели и инерционен измерващ блок (IMU). Тази стабилизация позволява на камерите за дронове да записват ясно, високо - резолюционно видео дори при ветровити или динамични условия. Например, интегрираните гимбали ?дават на камерата на дъската или сензора практически вибрация - свободно движение“, създавайки чисти въздушни снимки и видео.

Фигура: Gimbal на 3 - Axis Camera (DJI Phantom 4) с безчетни двигатели и сензори, което позволява независим контрол на пронежа, стъпка и ролка. Това компенсира движението на дронове, за да поддържа камерата стабилна.

Съвременните монтирани от гимбалите обикновено използват 3 - Стабилизация на оста (Контролиране на прозяване, стъпка и ролка) За пълно управление на ориентацията. (Някои по -малки полезни товари използват 2 - Оста на монтиране, които стабилизират само стъпка и търкаляне; много големи системи добавят 4 -та ос на ?асансьор“ за допълнително вертикално компенсация на движението.) Безчевни електрически двигатели задвижват всяка ос, ръководени от бордовите IMU сензори (гироскопи и акселерометри) и контролер. Заедно те откриват движение и прилагат брояч - движения в реално време. Например, ако дронът се наклони напред, моторът на височината наклонява камерата обратно, за да я изравнява. Резултатът е гладко видео дори по време на бързи маневри. Ето защо Gimbals на БПЛА са станали незаменими за въздушни изображения: те Елиминирайте нежеланото движение на камерата и позволете на дроновете да заснемат остри, професионални - Качествени кадри.

EO/IR сензори за камера

Полевите натоварвания с дронове на дронове често се комбинират Електро - оптичен (EO) и инфрачервен (IR) Сензори (?двоен EO/IR Gimbal“). EO камерата е конвенционална височина - Резолюция видима - Лека камера (често HD или 4K), докато IR сензорът обикновено е термична камера, която открива топлина. EO камерата улавя фини визуални детайли за сцени от деня; IR камерата усеща топлинните подписи, така че операторите да ?виждат“ в тъмнина или чрез дим, мъгла и зеленина. На практика EO/IR gimbals предоставят Двоен - Спектър Осъзнаване: На дневна светлина EO каналът дава цвят или ниски - светлинни изображения, а през нощта IR каналът подчертава топли предмети (хора, двигатели, пожари) от техния топлинен контраст. Например, термичните дронове използват лещи, настроени на инфрачервени дължини на вълната и вътрешни преработватели на изображения, за да преведат топлинните модели във видимо видео. Във всички случаи сглобяването на камерата (EO или IR) е монтирано на Gimbal, така че остава стабилен, тъй като дронът лети.

Обработка на вградените изображения

Много усъвършенствани Gimbal Systems включват бордовата електроника за обработка на видео в реално време. Например, вградени - в процесорите могат да изпълняват видео стабилизиране на видео, подобряване на контраста и дори задачи за изкуствена интелигентност като автоматизирано откриване или проследяване на обекти. Някои EO/IR Gimbals предлагат функции като Geo Live - Маркиране или целево обозначение. Съвременните системи могат заключете Движещ се обект автоматично и го държи центриран в кадъра - така - наречен ?Автоматично - проследяване“ - чрез комбиниране на алгоритми за виждане с контрола на движението на Gimbal. В действителност, бимбалната платформа може да идентифицира превозно средство или човек, след което да убие камерата, за да я следва гладко. Тези възможности често разчитат на бордовия компютър на дрона и специализирания процесор на Gimbal, който работи заедно. В обобщение, полезните натоварвания на дронове не само стабилизират камерата механично, но и осигуряват реална - обработка на изображението във времето (например стабилизиране на видео, проследяване и подобряване на обекти) за по -добра ситуационна информираност.

Основни характеристики

• Висока - Разделителна способност и увеличение: Съвременните Gimbals носят HD или 4K камери за ясни детайли. Много от тях включват оптични лещи за увеличаване (често 10 × –45 × увеличение), така че операторите могат да идентифицират далечни цели. Например, 30 × оптично увеличение на Gimbal може да разреши малки характеристики на стотици метра с минимална загуба на качество. Този диапазон на увеличение (понякога комбиниран с цифрово увеличение) значително разширява ефективния обхват на наблюдение на дрона.

• Термична инфрачервена камера: Почти всички EO/IR Gimbals предлагат инфрачервени (LWIR) термични изображения. Топлинният сензор ?вижда“ топлина, което позволява на дрона да открива хора, машини или топли предмети през нощта или чрез препятствия. Това е безценно за търсене - и - Спасителни, пожарогасителни и сигурни задачи. Някои полезни товари дори имат множество IR ленти (например и MWIR, и LWIR) или охладени топлинни ядра за повишена чувствителност.

• Лазерен обхват/обозначение: По -високи - крайни гимбали често интегрират окото - Система за безопасен лазерен диапазон. Лазерният обхват бързо измерва разстоянието до точка на интерес, което позволява прецизно GEO - местоположение и целево маркиране. При военна или проучвателна употреба операторът може да пусне лазерна ?боя“ върху далечен обект; Отразеният лъч казва на системата точния диапазон към този обект. (Понякога е включен и лазерен обозначение за ръководство на боеприпаси.)

• Автоматично - Проследяване и видео анализи: Много Gimbals предлагат изградени - при проследяване на видео. След като операторът избере обект (например лице или превозно средство), Gimbal и камера ще го следват автономно. По -модерните модели включват AI - Основано разпознаване (Откриване на хора/превозни средства, лиценз - Четене на плочи и др.) И GEO - ограждане. Процесорът на Gimbal също може да извърши подобряване на изображението (намаляване на шума, ниско - засилване на светлината) в реално време. Тези интелигентни функции означават, че дронът може да придобие и поддържа фокус върху целите с минимален вход на оператора.

• Мулти - гъвкавост на сензора: Дървените шушулки обикновено са модулни. Единична кула може да се събере две или повече Канали: Например, видима камера за увеличение плюс термична камера (а понякога и широка - ъгъл ?търсене“ на обектив). В някои дизайни Gimbal може бързо да се разменя между сензори или изгледи. Например, двойният EO полезен товар може да премине към широкоъгълна камера за дневна светлина, когато се сканира широко, след което намалява с телефото обектива в интересна точка. Други системи включват специализирани привързаности като осветени прожектори или сензори за околната среда.

Приложения

Камерите за дронове на Gimbal се използват в много широка гама от въздушни мисии. Тъй като те осигуряват стабилни, мулти - спектрални изображения и данни, те са от съществено значение за задачите за наблюдение, проверка и анализ. Случаите с обща употреба включват:

• Наблюдение и разузнаване: Военните и законните дронове за изпълнение разчитат на Gimbals за ISR (разузнаване, наблюдение, разузнаване). Стабилизираният EO/IR полезен товар позволява на БПЛА да наблюдава области на интерес (граници, бойни полета, места за събития) от надморска височина. Стибилизираният жиро -монтиран гарантира, че дори когато дронът или хеликоптер се движат, камерата остава заключена на сцената. Това дава възможност на надеждно идентифициране и проследяване на цели (превозни средства, лодки, лица) при различни условия.

• Отговор за търсене и спасяване / бедствие: При спешни случаи дроновете с гимбали търсят изчезнали хора или оценяват щетите. Термичният сензор може да забележи топлинен подпис на човек в плътни гори или развалини, дори през нощта. След като бъде намерена цел, камерата с висока - дефиниция проверява подробности. Тъй като времето е от решаващо значение в SAR, истинската видео връзка във времето (комбинирана с автоматизирано проследяване) помага на наземните екипажи бързо да намерят жертви. След наводнения, пожари или земетресения, инфраструктурата на камерите на Gimbal и откриване на горещи точки или оцелели.

• Инспекция, картографиране и проучване: Промишлените дронове често носят гимбали за инспектиране на електропроводи, маслени платформи, тръбопроводи или клетъчни кули. Стабилизираната камера за увеличение позволява на операторите ясно да виждат пукнатини или дефекти от безопасно разстояние. Много полезни товари включват също прецизен GPS и лазерен обхват на Geo - маркирайте всяка снимка. При изследване и фотограметрия, камерата с гимболи (особено с Nadir - Посочване на широк - Ъгъл обектив) позволява точно картографиране: Постоянната платформа произвежда хрупкави припокриващи се изображения, необходими за 3D модели. Gimbals също се използват за покрив/слънчеви - панелни проучвания и прецизно изобразяване на селското стопанство.

• Мониторинг на околната среда и дивата природа:Природозащитниците използват дронове с камери на Gimbal, за да проследят животни, да наблюдават горите, влажните зони или ледниците и да изучават екосистемите. Например, термичните гимбали могат да броят животни при зори/здрач, когато са топли спрямо околната среда. EO/IR изображенията помагат на изследователите да картографират здравето на растителността, горските пожари или бракониерната дейност. Възможността за превключване между цвят и топлинни режими (и да се насочвате - Track) прави тези Gimbals универсални инструменти за екологични проучвания.

• Кинематографично заснемане и медийна продукция: Професионални режисьори и новинарски екипажи монтират камери на Gimbal на дронове за въздушна кинематография. 3 -осен стабилизатор е от решаващо значение за получаване на гладки, разклащане - безплатни кадри за филми или събития на живо. Високи - крайни гимбали с жироскоп - стабилизация позволяват да летите с по -тежки кино камери, докато все още улавят филми - Качествени изображения. Дори любителите използват Gimbaled Cameras, за да произвеждат високи - дефинирани панорами и видеоклипове. Накратко, Gimbals дават възможност за творчески въздушни снимки, като поддържат камерата стабилна и ориентирана по време на сложни пътеки за полет.

Фигура: Множество шушулки на камерата на Gimbal (Small System на Raven Small UAV) - Централният модул осигурява 360 ° зрително поле и работа ден или нощ. Такива взаимозаменяеми модули на Gimbal позволяват на тактическите дронове бързо да променят сензорите или да покрият всички посоки.

Тези примери илюстрират Универсалност на полезни товари. Чрез комбиниране на стабилизиран монтаж, сензори за високи - От патрули за сигурност до инфраструктурна проверка и от проучвания на дивата природа до създаването на филми, тези системи превръщат движещ се БПЛА в надеждна платформа за въздушни изображения.

Източници: Техническата литература и данните на производителя описват как работят EO/IR Gimbals. Например, прегледите на индустрията отбелязват, че Gimbals използват двигатели плюс iMus за стабилизиране на камери и че EO/IR системите предлагат функции като термично зрение и увеличение. Бележки за приложението и новинарски отчети документират използването им при наблюдение, търсене - и - Спасяване, проверка и картографиране (например, както се използва на FLIR и други платформи за БЛА). Тези източници потвърждават принципите и възможностите, обобщени по -горе.