Drone Gimbal Camera Systems: Principes et applications

Les véhicules aériens sans pilote (UAV) transportent généralement cardan- charges utiles de la caméra montées pour capturer des images stables et de qualité élevées. Un cardan de caméra est un support motorisé qui contient des capteurs visibles - légers (électro - optique, EO) et / ou infrarouges (IR) et utilise la rétroaction gyro / IMU pour annuler le mouvement de l'avion. En inclinant et en tournant activement le long de plusieurs axes, le cardan maintient le niveau de la caméra malgré le mouvement ou les vibrations du drone. Comme l'explique une source de l'industrie, les mouvements et vibrations indésirables du cardan pour les images lisses et régulières "à l'aide de moteurs et une unité de mesure inertielle (IMU). Cette stabilisation permet aux caméras de drones d'enregistrer une vidéo claire et élevée - Résolution même dans des conditions venteuses ou dynamiques. Par exemple, les cardans intégrés ?donnent à la caméra ou au capteur ON - une vibration pratiquement - libre-mouvement?, produisant des photos et des vidéos aériennes croquantes.

Figure: A caméra de caméra 3 - Axis (DJI Phantom 4) avec des moteurs et capteurs sans balais, permettant un contr?le indépendant du lacet, du tangage et du rouleau. Cela compense le mouvement du drone pour maintenir la caméra stable.

Les supports de cardan modernes utilisent généralement 3 - Stabilisation de l'axe (contr?ler le lacet, le tangage et le roulis) pour un contr?le complet d'orientation. (Certaines charges utiles plus petites utilisent des supports de 2 - axes qui stabilisent uniquement le tangage et le roulis; de très grands systèmes ajoutent un 4ème axe ?ascenseur? pour une compensation de mouvement verticale supplémentaire.) Les moteurs électriques sans balais conduisent chaque axe, guidé par des capteurs IMU à bord (gyroscopes et accéléromètres) et un contr?leur. Ensemble, ils détectent le mouvement et appliquent le compteur - Mouvements en temps réel. Par exemple, si le drone s'incline vers l'avant, le moteur de tangage inclinait la caméra pour le niveler. Le résultat est une vidéo lisse même pendant les man?uvres rapides. C'est pourquoi les cardans d'UAV sont devenus indispensables pour l'imagerie aérienne: ils éliminer le mouvement indésirable de la caméra et permettre aux drones de capturer des séquences de qualité aigu?s et professionnelles.

Capteurs de caméra EO / IR

Les charges utiles de drone cardan se combinent souvent Electro - optique (EO) et infrarouge (IR) capteurs (un ?double cardan EO / IR?). La caméra EO est une résolution élevée conventionnelle visible - Caméra légère (souvent HD ou 4K), tandis que le capteur IR est généralement une caméra thermique qui détecte la chaleur. La caméra EO capture des détails visuels fins pour les scènes éclairées; La caméra IR détecte les signatures thermiques afin que les opérateurs puissent ?voir? dans l'obscurité ou par la fumée, le brouillard et le feuillage. En pratique, les cardins EO / IR fournissent double - spectre Conscience: En lumière du jour, le canal EO donne de la couleur ou des images faibles - légères, et la nuit, le canal IR met en évidence des objets chauds (personnes, moteurs, incendies) par leur contraste thermique. Par exemple, les drones thermiques utilisent des objectifs réglés sur des longueurs d'onde infrarouges et des processeurs d'images internes pour traduire les motifs de chaleur en vidéo visible. Dans tous les cas, l'assemblage de la caméra (EO ou IR) est monté sur le cardan, il reste donc stable lorsque le drone vole.

Traitement d'image à bord

De nombreux systèmes de cardan avancés incluent l'électronique embarquée pour traiter la vidéo en temps réel. Par exemple, les processeurs construits - dans les processeurs peuvent effectuer une stabilisation vidéo, une amélioration du contraste et même des taches d'intelligence artificielle comme la détection ou le suivi automatisé d'objets. Certains cardans EO / IR offrent des fonctionnalités telles que la géo-étiquetage en direct ou la désignation cible. Les systèmes modernes peuvent capter Un objet en mouvement automatiquement et gardez-le centré dans le cadre - donc - appelé ?Auto - Suiviing? - en combinant des algorithmes de vision avec le contr?le de mouvement du cardan. En effet, la plate-forme de cardan peut identifier un véhicule ou une personne, puis a tué la caméra pour le suivre en douceur. Ces capacités reposent souvent sur l'ordinateur à bord du drone et le processeur dédié du Gimbal travaillant ensemble. En résumé, les charges utiles du cardan de drone stabilisent non seulement la caméra mécaniquement, mais fournissent également un traitement d'image réel - Time (par exemple, la stabilisation vidéo, le suivi des objets et l'amélioration) pour une meilleure conscience de la situation.

Caractéristiques clés

• Haute - Imagerie de résolution et zoom: Les cotons modernes portent des caméras HD ou 4K pour des détails clairs. Beaucoup incluent des lentilles de zoom optique (souvent 10 × –45 × grossissement) afin que les opérateurs puissent identifier des cibles à distance. Par exemple, un cardan de zoom optique 30 × peut résoudre de petites caractéristiques à des centaines de mètres avec une perte de qualité minimale. Cette gamme de zoom (parfois combinée avec le zoom numérique) étend considérablement la plage de surveillance efficace du drone.

• Caméra infrarouge thermique: Presque tous les cardans EO / IR offrent une imagerie thermique infrarouge à ondes longues (LWIR). Le capteur thermique ?voit? la chaleur, permettant au drone de détecter les personnes, les machines ou les objets chauds la nuit ou par des obstructions. Ceci est inestimable pour la recherche - et - Rescue, lutte contre les incendies et taches de sécurité. Certaines charges utiles ont même plusieurs bandes IR (par exemple MWIR et LWIR) ou des noyaux thermiques refroidis pour une sensibilité accrue.

• Télémètre / concepteur laser: Les cardans plus élevés intègrent souvent un système de tatonnement laser ?il - Le télémètre laser mesure rapidement la distance à un point d'intérêt, ce qui permet une géo-emplacement précis et un marquage cible. Dans une utilisation militaire ou de l'arpentage, l'opérateur peut laisser tomber un ?peinture? laser sur un objet distant; Le faisceau réfléchi indique au système la plage exacte de cet objet. (Parfois, un concepteur laser est également inclus pour guider les munitions.)

• Auto - Suivi et analyse vidéo: De nombreux cardans offrent le suivi vidéo construit - dans le suivi vidéo. Une fois que l'opérateur sélectionne un objet (par exemple une personne ou un véhicule), le cardan et la caméra le suivront de manière autonome. Les modèles plus avancés intègrent une reconnaissance basée sur l'IA - (détection humaine / véhicule, licence - lecture de plaque, etc.) et Geo - cl?ture. Le processeur du cardan peut également effectuer une amélioration de l'image (réduction du bruit, faible augmentation de la lumière) en temps réel. Ces fonctionnalités intelligentes signifient que le drone peut acquérir et se concentrer sur les cibles avec une entrée minimale de l'opérateur.

• Multi - Sensor Flexibility: Les gousses de cardan sont généralement modulaires. Une seule tourelle pourrait abriter deux ou plus Canaux: Par exemple, une caméra zoom visible plus une caméra thermique (et parfois une lentille ?recherche? de l'angle large). Dans certaines conceptions, le cardan peut rapidement échanger entre des capteurs ou des vues. Par exemple, une double charge utile EO peut passer à une caméra en lumière du jour grand angle lors de la numérisation largement, puis zoomez avec le téléobjectif sur un point intéressant. D'autres systèmes comprennent des attachements spécialisés comme les illuminateurs de projecteurs ou des capteurs environnementaux.

Applications

Les caméras de cardan de drones sont utilisées dans une très large gamme de missions aériennes. Parce qu'ils fournissent des images et des données stables et multi-spectrales, ils sont essentiels pour les taches de surveillance, d'inspection et d'analyse. Les cas d'utilisation courants comprennent:

• Surveillance et reconnaissance: Les drones militaires et de loi - Les drones reposent sur des cardans pour l'ISR (renseignement, surveillance, reconnaissance). Une charge utile EO / IR stabilisée permet à l'observation des zones d'intérêt (frontières, champs de bataille, lieux d'événements) de l'altitude. La monture gyro-stabilisée garantit que même lorsque le drone ou l'hélicoptère se déplace, la caméra reste verrouillée sur les lieux. Cela permet une identification et un suivi fiables des cibles (véhicules, bateaux, personnes) dans diverses conditions.

• Recherche et sauvetage / Réponse des catastrophes: En cas d'urgence, les drones avec des cardans recherchent des personnes disparues ou évaluent les dommages. Le capteur thermique peut repérer la signature thermique d'une personne dans des bois ou des décombres denses, même la nuit. Une fois qu'une cible est trouvée, la caméra élevée à la définition vérifie les détails. Parce que le temps est essentiel dans le SAR, la véritable liaison vidéo de temps (combinée au suivi automatisé) aide les équipes au sol à localiser rapidement les victimes. Après les inondations, les incendies ou les tremblements de terre, les caméras de cardan enquêtent sur les infrastructures et détectent des points chauds ou des survivants.

• Inspection, cartographie et arpentage: Les drones industriels transportent souvent des cardans pour inspecter les lignes électriques, les plates-formes pétrolières, les pipelines ou les tours cellulaires. La caméra zoom stabilisée permet aux opérateurs de voir clairement des fissures ou des défauts à une distance s?re. De nombreuses charges utiles incluent également un GPS de précision et un télémètre laser pour être précisément géo - marquer chaque photo. Dans l'arpentage et la photogrammétrie, une caméra gimballée (en particulier avec un Nadir - pointant largement - l'angle d'angle) permet une cartographie précise: la plate-forme régulière produit des images de chevauchement croquantes nécessaires pour les modèles 3D. Les cardans sont également utilisés pour les enquêtes sur le toit / solaire - Panel et l'imagerie agricole de précision.

• Surveillance de l'environnement et de la faune:Les écologistes utilisent des drones avec des caméras cardan pour suivre les animaux, surveiller les forêts, les zones humides ou les glaciers et étudier les écosystèmes. Par exemple, les cardans thermiques peuvent compter les animaux à l'aube / crépuscule lorsqu'ils sont chauds par rapport à l'environnement. L'imagerie EO / IR aide les chercheurs à cartographier la santé de la végétation, les incendies de forêt ou l'activité de braconnage. La capacité de basculer entre les modes de couleur et thermique (et de cibler - Track) fait ces outils polyvalents pour les enquêtes écologiques.

• Tournage cinématographique et production médiatique: Les cinéastes professionnels et les équipes de presse des caméras Gimbal Mount sur des drones pour la cinématographie aérienne. Un stabilisateur à 3 axes est crucial pour devenir fluide, secouer - séquences gratuites pour les films ou les événements en direct. Les cardans hauts - fins avec gyro - stabilisation permettent de voler avec des caméras de cinéma plus lourds tout en capturant le film - des images de qualité. Même les amateurs utilisent des caméras cardan pour produire des panoramas et des vidéos de définition de haute définition. En bref, les cotons permettent des prises de vue aériennes créatives en gardant la caméra stable et orientée pendant les trajets de vol complexes.

Figure: Multippe caméra caméra (Raven Small UAV System) - Le module central fournit un champ de vision à 360 ° et des travaux de jour comme de nuit. De tels modules de cardan interchangeables permettent aux drones tactiques de changer rapidement des capteurs ou de couvrir toutes les directions.

Ces exemples illustrent le versatilité des charges utiles de cardan. En combinant un montage stabilisé, des capteurs de performance élevés (EO, IR, lentilles zoom) et le traitement à bord, les caméras cardan de drones servent d'innombrables missions. Des patrouilles de sécurité à l'inspection des infrastructures et des études sur la faune au cinéma, ces systèmes transforment un drone émouvant dans une plate-forme d'imagerie aérienne fiable.

Sources: Les données techniques de la littérature et des fabricants décrivent le fonctionnement des cardans EO / IR. Par exemple, les aper?us de l'industrie notent que Gimbals utilise des Motors Plus IMU pour stabiliser les caméras, et que les systèmes EO / IR offrent des fonctionnalités telles que la vision thermique et le zoom. Les notes de candidature et les reportages documentent leur utilisation dans la surveillance, la recherche - et - Rescue, inspection et mappage (par exemple, comme utilisé sur FLIR et d'autres plates-formes d'UAV). Ces sources confirment les principes et les capacités résumés ci-dessus.