Sistemi di telecamere gimbal drone: principi e applicazioni

I veicoli aerei senza pilota (UAV) portano comunemente gimbal- Payload della fotocamera montata per catturare immagini stabili, alta - di qualità. Un gimbal della fotocamera è un supporto motorizzato che contiene sensori visibili - luce (elettro - ottica, EO) e/o infrarossi (IR) e utilizza il feedback giroscopio/IMU per annullare il movimento dell'aeromobile. Inclinando attivamente e ruotando lungo più assi, il gimbal mantiene il livello della telecamera nonostante il movimento o le vibrazioni del drone. Come spiega una fonte del settore, i movimenti e le vibrazioni indesiderate "minimiz [ES] gimbal per filmati lisci e costanti" utilizzando motori e un'unità di misurazione inerziale (IMU). Questa stabilizzazione consente alle telecamere dei droni di registrare video chiari, ad alta risoluzione anche in condizioni ventose o dinamiche. Ad esempio, i gimbals integrati “Dai alla fotocamera o al sensore On - Scheda una vibrazione praticamente - Free Moving”, producendo foto aeree e video freschi.

Figura: un gimbal per fotocamera a 3 - Asse (DJI Phantom 4) con motori e sensori senza spazzole, consentendo il controllo indipendente di imbardata, pitch e rotolo. Ciò compensa il movimento dei droni per mantenere stabile la fotocamera.

I moderni supporti gimbal in genere usano 3 - Stabilizzazione dell'asse (Controllo di imbardata, pitch e roll) per il controllo completo dell'orientamento. (Alcuni payload più piccoli utilizzano supporti per 2 - assi che stabilizzano solo pitch e rotoli; i sistemi molto grandi aggiungono un 4 ° asse "ascensore" per una compensazione di movimento verticale extra.) Motori elettrici senza spazzole guidano ogni asse, guidato da sensori IMU a bordo (giroscopi e acceleri) e un controller. Insieme rilevano il movimento e applicano i movimenti in tempo reale. Ad esempio, se il drone inclina in avanti, il motore del pitch si inclina la fotocamera per livellarlo. Il risultato è un video regolare anche durante le manovre rapide. Questo è il motivo per cui i gimbal UAV sono diventati indispensabili per l'imaging aereo: loro Elimina il movimento indesiderato della telecamera e consenti ai droni di catturare filmati acuti e professionali.

Sensori della fotocamera EO/IR

I payload gimbal drone si combinano spesso Electro - Optical (EO) E infrarosso (IR) sensori (un "doppio gimbal EO/IR"). La fotocamera EO è una fotocamera leggera alta - risoluzione alta - HD o 4K), mentre il sensore IR è in genere una fotocamera termica che rileva il calore. La fotocamera EO cattura i dettagli visivi per scene di distanza; La fotocamera IR rileva le firme di calore in modo che gli operatori possano "vedere" nell'oscurità o attraverso il fumo, la nebbia e il fogliame. In pratica, forniscono i gimbal EO/IR Dual - Spectrum Consapevolezza: alla luce del giorno il canale EO fornisce immagini di colore o bassa - e di notte il canale IR evidenzia oggetti caldi (persone, motori, incendi) per il loro contrasto termico. Ad esempio, i droni termici utilizzano lenti sintonizzate su lunghezze d'onda a infrarossi e processori di immagini interne per tradurre i modelli di calore in video visibili. In tutti i casi, il gruppo della telecamera (EO o IR) è montato sul gimbal, quindi rimane stabile mentre il drone vola.

Elaborazione delle immagini a bordo

Molti sistemi gimbal avanzati includono l'elettronica di bordo per elaborare i video in tempo reale. Ad esempio, i processori costruiti possono eseguire la stabilizzazione video, il miglioramento del contrasto e persino le attività artificiali -intelligenza come il rilevamento o il monitoraggio automatizzati degli oggetti. Alcuni gimbals EO/IR offrono funzionalità come Live Geo - Tagging o Designazione target. I sistemi moderni possono bloccare su Un oggetto in movimento automaticamente e tenerlo centrato nel telaio - quindi - chiamato "Auto - Tracking" - combinando algoritmi di visione con il controllo del movimento del gimbal. In effetti, la piattaforma gimbal può identificare un veicolo o una persona, quindi uccisa la fotocamera per seguirla senza intoppi. Queste capacità spesso si basano sul computer a bordo del drone e sul processore dedicato del gimbal che lavora insieme. In sintesi, i payload gimbal droni non solo stabilizzano la fotocamera meccanicamente, ma forniscono anche l'elaborazione di immagini in termini di tempo reale (ad esempio stabilizzazione video, monitoraggio degli oggetti e miglioramento) per una migliore consapevolezza situazionale.

Caratteristiche chiave

• Alta - Risoluzione imaging e zoom: I gimbal moderni trasportano telecamere HD o 4K per dettagli chiari. Molti includono obiettivi zoom ottici (spesso ingrandimento 10 × –45 ×) in modo che gli operatori possano identificare obiettivi distanti. Ad esempio, un gimbal zoom ottico 30 × può risolvere piccole caratteristiche di centinaia di metri di distanza con una perdita di qualità minima. Questa gamma di zoom (a volte combinata con lo zoom digitale) estende notevolmente l'effettiva gamma di sorveglianza del drone.

• Telecamera a infrarossi termici: Quasi tutti i gimbal EO/IR offrono imaging termico a infrarossi a onde lunghe (LWIR). Il sensore termico "vede" il calore, consentendo al drone di rilevare persone, macchinari o oggetti caldi di notte o attraverso ostacoli. Questo è prezioso per la ricerca - e - Rescue, antincendio e attività di sicurezza. Alcuni payload hanno persino più bande IR (ad es. MWIR e LWIR) o nuclei termici raffreddati per una maggiore sensibilità.

• Laser Rangefinder/Designatore: I gimbali più alti - Fine integrano spesso un occhio - Sistema di distanza da laser sicuro. Il Laser Rangefinder misura rapidamente la distanza da un punto di interesse, che consente una posizione di posizione e target precisa. Nell'uso militare o di rilevamento, l'operatore può far cadere una "vernice" laser su un oggetto distante; Il raggio riflesso indica al sistema l'intervallo esatto di quell'oggetto. (A volte è incluso anche un desigatore laser per guidare le munizioni.)

• Auto - Tracciamento e analisi video: Molti gimbal offrono costruiti - nel monitoraggio video. Una volta che l'operatore seleziona un oggetto (ad esempio una persona o un veicolo), il gimbal e la fotocamera lo seguiranno autonomamente. Modelli più avanzati incorporano il riconoscimento basato sull'intelligenza artificiale (rilevamento umano/veicolo, la licenza - lettura della targa, ecc.) E GEO - FINCING. Il processore di Gimbal può anche eseguire il miglioramento delle immagini (riduzione del rumore, potenziamento della luce bassa) in tempo reale. Queste caratteristiche intelligenti significano che il drone può acquisire e mantenere l'attenzione sugli obiettivi con input di operatori minimi.

• Flessibilità multi - sensore: I baccelli gimbal sono generalmente modulari. Una sola torretta potrebbe ospitare due o più Canali: ad esempio, una fotocamera zoom visibile più una fotocamera termica (e talvolta una lente "ricerca" ad angolo ampio). In alcuni design, il gimbal può scambiarsi rapidamente tra sensori o viste. Ad esempio, un payload a doppio EO potrebbe passare a una fotocamera diurna a grandezza larga durante la scansione ampiamente, quindi ingrandisce il teleobiettivo su un punto interessante. Altri sistemi includono attaccamenti specializzati come illuminatori o sensori ambientali.

Applicazioni

Le telecamere gimbal drone sono utilizzate in una vasta gamma di missioni aeree. Poiché forniscono immagini e dati stabili e multi - I casi d'uso comuni includono:

• Sorveglianza e ricognizione: I droni militari e di diritto - Applicazione si basano su gimbals per ISR (intelligenza, sorveglianza, ricognizione). Un payload EO/IR stabilizzato consente all'UAV di osservare le aree di interesse (confini, campi di battaglia, sedi di eventi) di altitudine. Il supporto stabilizzato con giroscopio garantisce che anche quando il drone o l'elicottero si muove, la telecamera rimane bloccata sulla scena. Ciò consente l'identificazione e il monitoraggio affidabili degli obiettivi (veicoli, barche, persone) in varie condizioni.

• Risposta di ricerca e salvataggio / disastro: In emergenza, i droni con gimbal cercano persone scomparse o valutano i danni. Il sensore termico può individuare la firma di calore di una persona in boschi o macerie dense, anche di notte. Una volta trovato un obiettivo, la fotocamera ad alta definizione verifica i dettagli. Poiché il tempo è fondamentale in SAR, il link video reale - tempo (combinato con il monitoraggio automatizzato) aiuta gli equipaggi di terra individuare rapidamente le vittime. Dopo alluvioni, incendi o terremoti, le telecamere gimbali di rilevamento dell'infrastruttura e rilevano hotspot o sopravvissuti.

• Ispezione, mappatura e rilevamento: I droni industriali spesso trasportano gimbals per ispezionare linee elettriche, piattaforme petrolifere, condotte o torri cellulari. La fotocamera zoom stabilizzata consente agli operatori di vedere chiaramente crepe o difetti da una distanza di sicurezza. Molti payload includono anche un GPS di precisione e un campo di range laser per etichettare con precisione ogni foto. Nel rilevamento e nella fotogrammetria, una fotocamera a gimball (in particolare con una lente Nadir - che punta larga - angolo) consente una mappatura accurata: la piattaforma costante produce immagini sovrapposte nitide necessarie per i modelli 3D. Anche i gimbal sono usati per sondaggi sul tetto/solare - pannello e imaging agricolo di precisione.

• Monitoraggio ambientale e della fauna selvatica:Gli ambientalisti usano droni con telecamere gimbali per tracciare animali, monitorare foreste, zone umide o ghiacciai e studiare gli ecosistemi. Ad esempio, i gimbal termici possono contare gli animali all'alba/tramonto quando sono caldi rispetto all'ambiente. Le immagini EO/IR aiuta i ricercatori a mappare la salute della vegetazione, incendi boschivi o attività di bracconaggio. La capacità di passare da un colore e dalle modalità termiche (e di target - track) rende questi strumenti versatili di gimbals per sondaggi ecologici.

• Filmine cinematografiche e produzione mediatica: I cineasti professionisti e le squadre di notizie montano telecamere Gimbal sui droni per la cinematografia aerea. Uno stabilizzatore a 3 assi è fondamentale per diventare liscio, agitare - filmati gratuiti per film o eventi dal vivo. I gimbali High - End con giroscopio - Stabilizzazione consentono di volare con fotocamere cinematografiche più pesanti pur catturando il film - immagini di qualità. Anche gli hobbisti usano telecamere gimbali per produrre panorami e video ad alta definizione. In breve, i gimbals consentono colpi aerei creativi mantenendo la fotocamera stabile e orientata durante i percorsi di volo complessi.

Figura: pod a più telecamere gimbal (Sistema UAV Raven Small UAV) - Il modulo centrale fornisce un campo visivo a 360 ° e lavora giorno o notte. Tali moduli gimbal intercambiabili consentono ai droni tattici di cambiare rapidamente i sensori o di coprire tutte le direzioni.

Questi esempi illustrano il versatilità di payload gimbal. Combinando il montaggio stabilizzato, i sensori di prestazione elevati (EO, IR, lenti zoom) ed elaborazione a bordo, le telecamere gimbal drone servono innumerevoli missioni. Dalle pattuglie di sicurezza all'ispezione delle infrastrutture e, dagli studi sulla fauna selvatica al cinema, questi sistemi trasformano un UAV che trasferisce in una piattaforma di imaging aereo affidabile.

Fonti: La letteratura tecnica e i dati del produttore descrivono come funzionano i gimbal EO/IR. Ad esempio, le panoramiche del settore notano che i gimbal usano i motori più IMU per stabilizzare le telecamere e che i sistemi EO/IR offrono caratteristiche come visione termica e zoom. Note sull'applicazione e rapporti di notizie documentano il loro utilizzo in sorveglianza, ricerca - e - salvataggio, ispezione e mappatura (ad es. Come utilizzato su FLIR e altre piattaforme UAV). Queste fonti confermano i principi e le capacità riassunti sopra.