ドローンジンバルカメラシステム：原則とアプリケーション

無(wú)人航空機(jī)（UAV）は一般的に運(yùn)ばれます ジンバル-マウントされたカメラペイロードは、安定した高品質(zhì)の畫像をキャプチャします。カメラジンバルは、可視-光（電気-光學(xué)、EO）および/または赤外線（IR）センサーを保持する電動(dòng)マウントであり、Gyro/IMUフィードバックを使用して航空機(jī)の動(dòng)きをキャンセルします。複數(shù)の軸に沿って積極的に傾斜して回転することにより、ジンバルはドローンの動(dòng)きや振動(dòng)にもかかわらずカメラレベルを維持します。 1つの業(yè)界筋が説明するように、ジンバルは、モーターと慣性測(cè)定ユニット（IMU）を使用して、「滑らかで安定した映像のための不要な動(dòng)きと振動(dòng)」を「最小化[es]。この安定化により、ドローンカメラは、風(fēng)が強(qiáng)いまたは動(dòng)的な條件であっても、明確で高解像度のビデオを記録できます。たとえば、統(tǒng)合されたジンバルは「オンボードカメラまたはセンサーを?qū)g質(zhì)的に振動(dòng)させる-自由な動(dòng)きを」と鮮明な航空寫真とビデオを作成します。

図：ブラシレスモーターとセンサーを備えた3 -軸カメラジンバル（DJIファントム4）により、ヨー、ピッチ、ロールの獨(dú)立した制御が可能になります。これにより、カメラを安定させるためのドローンの動(dòng)きを補(bǔ)います。

通常、現(xiàn)代のジンバルマウントが使用されます 3 -軸安定化 （ヨー、ピッチ、ロールの制御）完全な方向制御のため。 （一部の小さいペイロードは、ピッチとロールのみを安定させる2 -軸マウントを使用します。非常に大きなシステムは、追加の垂直方向の動(dòng)きの補(bǔ)償のために4番目の「エレベーター」軸を追加します。）ブラシレス電気モーターは、オンボードIMUセンサー（ジャイロスコープと加速度計(jì)）とコントローラーによって誘導(dǎo)された各軸を駆動(dòng)します。一緒に動(dòng)きを検出し、カウンター-動(dòng)きをリアルタイムで適用します。たとえば、ドローンが前方に傾くと、ピッチモーターがカメラを傾けてレベルを付けます。結(jié)果は、急速な操作中でもスムーズなビデオになります。これが、uavジンバルが航空イメージングに不可欠になった理由です。 不要なカメラの動(dòng)きを排除します ドローンがシャープでプロフェッショナルな-品質(zhì)の映像をキャプチャできるようにします。

EO/IRカメラセンサー

ドローンジンバルペイロードはしばしば結(jié)合します エレクトロ-光（EO） そして 赤外線（IR） センサー（「デュアルEO/IRジンバル」）。 EOカメラは、従來(lái)の高分解能- lightカメラ（多くの場(chǎng)合HDまたは4K）であり、IRセンサーは通常、熱を検出するサーマルカメラです。 EOカメラは、晝間のシーンの細(xì)かい視覚的な詳細(xì)をキャプチャします。 IRカメラは熱の署名を感知しているため、オペレーターは暗闇や煙、霧、葉を通して「見る」ことができます。実際には、EO/IR Gimbalsが提供しています デュアル-スペクトル 認(rèn)識(shí)：晝間はEOチャンネルが色または低い畫像を與え、夜間にIRチャンネルは熱コントラストによって溫かいオブジェクト（人、エンジン、火）を強(qiáng)調(diào)します。たとえば、サーマルドローンは、赤外線波長(zhǎng)と內(nèi)部畫像プロセッサに合わせて調(diào)整されたレンズを使用して、熱パターンを目に見えるビデオに変換します。すべての場(chǎng)合において、カメラアセンブリ（EOまたはIR）がジンバルに取り付けられているため、ドローンが飛ぶにつれて安定したままです。

オンボード畫像処理

多くの高度なジンバルシステムには、リアルタイムでビデオを処理するためのオンボードエレクトロニクスが含まれています。たとえば、組み込まれた-インでのプロセッサは、自動(dòng)化されたオブジェクトの検出や追跡などのビデオ安定化、コントラストの強(qiáng)化、さらには人工知能タスクを?qū)g行できます。一部のEO/IR Gimbalsは、ライブジオ-タグ付けやターゲットの指定などの機(jī)能を提供します?，F(xiàn)代のシステムはできます ロックします 移動(dòng)オブジェクトは自動(dòng)的に、フレームの中心に保持されます - -「自動(dòng)-追跡」と呼ばれる - ビジョンアルゴリズムとジンバルのモーションコントロールを組み合わせることにより。実際には、ジンバルリグは車両または人を識(shí)別し、カメラをスムーズに従うようにスルーしました。これらの機(jī)能は、ドローンのオンボードコンピューターとGimbalの専用プロセッサが一緒に動(dòng)作することが多いことがよくあります。要約すると、ドローンジンバルペイロードは、カメラを機(jī)械的に安定させるだけでなく、レアル-タイム畫像処理（ビデオ安定化、オブジェクト追跡、強(qiáng)化など）を提供して、より良い狀況認(rèn)識(shí)を提供します。

重要な機(jī)能

• 高-解像度のイメージングとズーム： モダンなジンバルには、明確な詳細(xì)を得るためにHDまたは4Kカメラがあります。多くには、光學(xué)ズームレンズ（多くの場(chǎng)合10×45×倍率）が含まれているため、オペレーターは遠(yuǎn)いターゲットを識(shí)別できます。たとえば、30倍の光學(xué)ズームジンバルは、數(shù)百メートル離れた小さな機(jī)能を最小限の品質(zhì)損失で解決できます。このズーム範(fàn)囲（デジタルズームと組み合わせることもできます）は、ドローンの効果的な監(jiān)視範(fàn)囲を大きく拡張します。

• サーマル赤外線カメラ： ほとんどすべてのEO/IR Gimbalsは、長(zhǎng)波赤外線（LWIR）熱イメージングを提供します。熱センサーは熱を「見ます」ため、ドローンは夜間または妨害を通して人、機(jī)械、または溫かい物體を検出できます。これは、検索-および-救助、消防、セキュリティタスクには非常に貴重です。一部のペイロードには、複數(shù)のIRバンド（MWIRとLWIRなど）または冷卻されたサーマルコアもあり、感度が向上しています。

• レーザーレンジファインダー/設(shè)計(jì)者： より高い-エンドジンバルは、しばしば目を統(tǒng)合します-安全なレーザー距離システムを統(tǒng)合します。レーザーレンジファインダーは、興味のあるポイントまでの距離を迅速に測(cè)定します。これにより、正確なジオ-位置とターゲットマーキングが可能になります。軍事または測(cè)量の使用では、オペレーターは遠(yuǎn)くのオブジェクトにレーザー「ペイント」を落とすことができます。反射ビームは、システムにそのオブジェクトの正確な範(fàn)囲を指示します。 （時(shí)にはレーザー指定者も導(dǎo)入するために含まれています。）

• 自動(dòng)-追跡とビデオ分析： 多くのギンバルは、ビデオトラッキングで構(gòu)築されています。オペレーターがオブジェクト（人や車両など）を選択すると、ジンバルとカメラが自律的に従います。より高度なモデルには、AI -ベースの認(rèn)識(shí)（人間/車両の検出、ライセンス-プレートの読み取りなど）とGeo - Fencingが組み込まれています。 Gimbalのプロセッサは、リアルタイムで畫像強(qiáng)化（ノイズリダクション、低-光のブースト）を?qū)g行することもできます。これらのスマート機(jī)能は、ドローンが最小限の演算子入力でターゲットに焦點(diǎn)を當(dāng)てることができることを意味します。

• マルチ-センサーの柔軟性： ジンバルポッドは通常モジュラーです。単一の砲塔が収容されるかもしれません 2つ以上 チャンネル：たとえば、可視ズームカメラとサーマルカメラ（および幅の広い角度「検索」レンズ）。一部のデザインでは、ジンバルはセンサーまたはビュー間をすばやく交換できます。たとえば、デュアルEOペイロードは、広くスキャンするときに広角晝光カメラに切り替わる可能性があり、興味深いポイントで望遠(yuǎn)レンズでズームインします。その他のシステムには、スポットライト照明器具や環(huán)境センサーなどの特殊なアタッチメントが含まれます。

アプリケーション

ドローンジンバルカメラは、非常に幅広い空中ミッションで使用されています。それらは安定したマルチ-スペクトル畫像とデータを提供するため、監(jiān)視、検査、分析のタスクに不可欠です。一般的なユースケースは次のとおりです。

• 監(jiān)視と偵察： 軍事および法律-執(zhí)行ドローンは、ISR（インテリジェンス、監(jiān)視、偵察）のギンバルに依存しています。安定したEO/IRペイロードにより、UAVは高度から関心のある領(lǐng)域（境界、戦場(chǎng)、イベント會(huì)場(chǎng)）を観察することができます。ジャイロ安定化マウントは、ドローンやヘリコプターが動(dòng)いていても、カメラがシーンにロックされたままであることを保証します。これにより、さまざまな條件下でのターゲット（車両、ボート、人）の信頼できる識(shí)別と追跡が可能になります。

• 捜索救助 /災(zāi)害対応： 緊急事態(tài)では、ジンバルを備えたドローンが行方不明者を検索したり、損傷を評(píng)価したりします。熱センサーは、夜でも密な森や瓦bleで人の熱署名を見つけることができます。ターゲットが見つかったら、高-定義カメラが詳細(xì)を検証します。 SARでは時(shí)間が重要であるため、実際の-タイムビデオリンク（自動(dòng)追跡と組み合わせて）は、地上の乗組員が犠牲者を迅速に見つけるのに役立ちます。洪水、火災(zāi)、地震の後、ジンバルカメラはインフラストラクチャを調(diào)査し、ホットスポットまたは生存者を検出します。

• 検査、マッピング、調(diào)査： 工業(yè)用ドローンには、しばしば電力線、石油掘削裝置、パイプライン、またはセルタワーを検査するためにジンバルが搭載されています。安定したズームカメラにより、オペレーターは安全な距離からの亀裂や欠陥をはっきりと見ることができます。多くのペイロードには、各寫真を正確にジオ-タグ付けする精密GPSとレーザーレンジファインダーも含まれています。調(diào)査と寫真測(cè)量では、ギムボールカメラ（特にNadir - Pointing Wide - Angle Lensを使用して）が正確なマッピングを可能にします。 Gimbalsは、同様に屋根/太陽(yáng)光-パネル調(diào)査と精密農(nóng)業(yè)イメージングに使用されます。

• 環(huán)境および野生生物の監(jiān)視：保護(hù)論者は、ジンバルカメラでドローンを使用して、動(dòng)物を追跡し、森林、濕地、または氷河を監(jiān)視し、生態(tài)系を研究します。たとえば、サーマルジンバルは、環(huán)境に比べて暖かい場(chǎng)合、夜明け/夕暮れ時(shí)に動(dòng)物を數(shù)えることができます。 EO/IR畫像は、研究者が植生の健康、森林火災(zāi)、または密猟活動(dòng)をマッピングするのに役立ちます。色モードとサーマルモード（およびターゲット-追跡）を切り替える機(jī)能により、これらのジンバルは生態(tài)學(xué)的調(diào)査のための汎用性の高いツールになります。

• 映畫の撮影とメディア制作： プロの映畫製作者とニュースクルーは、航空撮影のためにドローンにジンバルカメラをマウントします。 3軸スタビライザーは、滑らかにするために不可欠です。ジャイロを備えたハイ-エンドジンバル-安定化により、映畫カメラをより重い映畫カメラで飛行させながら、フィルム-品質(zhì)の畫像をキャプチャできます。愛好家でさえ、ジンバルされたカメラを使用して、定義のパノラマとビデオを生成します。要するに、ジンバルは、複雑な飛行経路中にカメラを安定して方向付けたままにすることで、創(chuàng)造的な空中ショットを可能にします。

図：複數(shù)のジンバルカメラポッド（Raven Small UAVシステム） - センターモジュールは、晝夜を問(wèn)わず360°の視野と作業(yè)を提供します。このような交換可能なジンバルモジュールにより、戦術(shù)的なドローンはセンサーを迅速に変更したり、すべての方向をカバーしたりできます。

これらの例はを示しています 汎用性 ジンバルペイロードの。安定した取り付け、高-パフォーマンスセンサー（EO、IR、ズームレンズ）とオンボード処理を組み合わせることにより、ドローンジンバルカメラは無(wú)數(shù)のミッションを提供します。セキュリティパトロールからインフラストラクチャ検査、野生生物の研究から映畫制作まで、これらのシステムはUAVを信頼できる空中イメージングプラットフォームに変えます。

出典： 技術(shù)文獻(xiàn)とメーカーのデータは、EO/IR Gimbalsの仕組みを説明しています。たとえば、業(yè)界の概要には、GimbalsがモーターとIMUSを使用してカメラを安定させ、EO/IRシステムが熱視やズームなどの機(jī)能を提供することに注意してください。アプリケーションノートとニュースレポートでは、監(jiān)視、検索、および-救助、検査、マッピング（例：FLIRおよびその他のUAVプラットフォームで使用されている）での使用を文書化します。これらのソースは、上記の原則と能力を確認(rèn)します。