Drone Gimbal kameru sistēmas: principi un lietojumprogrammas

Bezpilota lidaparāti (UAV) parasti pārvadā vīri??īgs- uzstādītas kameras kravas, lai uztvertu stabilu, augstu - kvalitatīvu tēlu. Kameras vāci?? ir motorizēts stiprinājums, kas ir redzams - gaisma (elektro - Optical, EO) un/vai infrasarkanā (IR) sensori un izmanto Gyro/IMU atgriezenisko saiti, lai atceltu gaisa ku?a kustību. Aktīvi noliecoties un pagrie?ot gar vairākām asīm, ?īla saglabā kameras līmeni, neskatoties uz dronu kustību vai vibrāciju. Kā skaidro viens nozares avots, Gimbal “minimiz [es] nevēlamas kustības un vibrācijas gludiem, vienmērīgiem materiāliem”, izmantojot motorus un inerciālu mērījumu vienību (IMU). ?ī stabilizācija ?auj dronu kamerām ierakstīt skaidru, augstu - iz??irtspējas video pat vējainos vai dinamiskos apstāk?os. Piemēram, integrētie gimbāli “dodiet - plātnes kameru vai sensoru praktiski vibrāciju - Bezmaksas kustība”, radot krauk??īgus gaisa fotoattēlus un video.

Attēls: A 3 - Axis Camera Gimbal (DJI Phantom 4) ar motoriem un sensoriem bez sukām un sensoriem, ?aujot neatkarīgi kontrolēt jūgu, pi?i un rullīti. Tas kompensē dronu kustību, lai kamera būtu stabila.

Mūsdienu Gimbal stiprinājumi parasti izmanto 3 - ass stabilizācija (kontrolēt jūgu, soli un rullīti) pilnīgai orientācijas kontrolei. (Da?ās mazākās kravās tiek izmantoti 2 - asi stiprinājumi, kas stabilizē tikai soli un ripo; ?oti lielas sistēmas pievieno 4. lifta asi papildu vertikālai kustības kompensācijai.) Bezvadu elektromotori vada katru asi, vadot ar borta IMU sensoriem (?iroskopi un akselerometri) un kontrolieris. Kopā vi?i atklāj kustību un reāllaikā uzklāj pretēji - kustības. Piemēram, ja drons noliecas uz priek?u, pi?a motors noliek kameru atpaka?, lai to izlīdzinātu. Rezultāts ir vienmērīgs video pat ātrās manevru laikā. Tas ir iemesls, kāpēc uav vingrinājumi ir k?uvu?i neaizstājami no gaisa attēlveido?anas: tie novērst nevēlamu kameras kustību Un ?aujiet droniem uztvert asus, profesionālus - kvalitatīvus kadrus.

EO/IR kameru sensori

Drone Gimbal kravas bie?i apvienojas Elektro - Optical (EO) un infrasarkanais (IR) sensori (“dubultā EO/IR gimbal”). EO kamera ir parastā augsta - Iz??irtspēja, kas redzama - Gaismas kamera (bie?i HD vai 4K), savukārt IR sensors parasti ir termiskā kamera, kas nosaka siltumu. EO kamera atspogu?o smalku vizuālo deta?u dienasgaismās; IR kamera izjūt karstuma parakstus, lai operatori varētu “redzēt” tumsā vai caur dūmiem, miglu un za?umiem. Praksē EO/IR Gimbals nodro?ina dubultā - spektrs Apzi?a: dienasgaismā EO kanāls dod krāsu vai zemu - vieglu attēlu, un naktī IR kanāls ar termisko kontrastu izce? siltus priek?metus (cilvēkus, motorus, ugunsgrēkus). Piemēram, termiskie droni izmanto lēcas, kas noregulētas uz infrasarkano staru vi??u garumiem un iek?ējiem attēlu procesoriem, lai siltuma rakstus pārvērstu redzamā video. Visos gadījumos kameras montā?a (EO vai IR) ir uzstādīta uz ?emmī?a, tāpēc tā paliek stabila, jo drons lido.

Borta attēlu apstrāde

Daudzās uzlabotās Simbal Systems ietver borta elektroniku, lai apstrādātu video reālā laikā. Piemēram, iebūvēti - procesoros var veikt video stabilizāciju, kontrasta uzlabo?anu un pat mākslīgas inteli?ences uzdevumus, piemēram, automatizētu objektu noteik?anu vai izseko?anu. Da?i EO/IR gimbāli piedāvā tādas funkcijas kā Live Geo - mar?ē?ana vai mēr?a apzīmējums. Mūsdienu sistēmas var nofiksēt uz automātiski kustīgs objekts un saglabājiet to rāmī - tātad - ar nosaukumu “Auto - izseko?ana” -, apvienojot redzes algoritmus ar Gimbal kustības kontroli. Faktiski vingro?anas platforma var identificēt transportlīdzekli vai personu, pēc tam novietot kameru, lai to vienmērīgi sekotu. ?īs iespējas bie?i pa?aujas uz drona borta datoru un Gimbal speciālo procesoru, kas strādā kopā. Rezumējot, dronu gimbal kravas ne tikai stabilizē kameru mehāniski, bet arī nodro?ina reālu - laika attēlu apstrādi (piemēram, video stabilizāciju, objektu izseko?anu un uzlabo?anu) labākai situācijas izpratnei.

Galvenās funkcijas

• Augsta - iz??irtspējas attēlveido?ana un tālummai?a: Mūsdienu gimbāliem ir HD vai 4K kameras, lai iegūtu skaidru deta?u. Daudzi ietver optiskās tālummai?as lēcas (bie?i 10 × –45 × palielinājums), lai operatori varētu identificēt tālus mēr?us. Piemēram, 30 × optiskā tālummai?as ?īla var atrisināt mazas pazīmes simtiem metru attālumā ar minimālu kvalitātes zudumu. ?is tālummai?as diapazons (da?reiz apvienojumā ar digitālo tālummai?u) ievērojami papla?ina drona efektīvo uzraudzības diapazonu.

• Termiskā infrasarkanā kamera: Gandrīz visi EO/IR gimbāli piedāvā garu vi??u infrasarkano (LWIR) termisko attēlveido?anu. Termiskais sensors “redz” siltumu, ?aujot dronam naktī vai ar ??ēr??iem noteikt cilvēkus, ma?īnas vai siltus priek?metus. Tas ir nenovērtējams meklē?anai - un - glāb?anas, ugunsdzēsības un dro?ības uzdevumi. Da?ās kravās ir pat vairākas IR joslas (piemēram, gan MWIR, gan LWIR) vai atdzesēti termiskie serde?i, lai uzlabotu jutīgumu.

• Lāzera diapazona meklētājs/apzīmējums: Augstāks - gala gimbāli bie?i integrē aci - Dro?a lāzera diapazona sistēma. Lāzera diapazona meklētājs ātri mēra attālumu līdz interesējo?ajam punktam, kas nodro?ina precīzu ?eogrāfisko atra?anās vietu un mēr?a mar?ējumu. Militārā vai apseko?anas lieto?anā operators var nomest lāzera “krāsu” uz tāla objekta; Atstarotais stars norāda sistēmai precīzu ?ī objekta diapazonu. (Da?reiz munīcijas vadī?anai ir iek?auts arī lāzera apzīmējums.)

• Auto - Izseko?ana un video analīze: Daudzi gimbāli piedāvā būvēti - video izseko?anā. Kad operators izvēlas objektu (piemēram, personu vai transportlīdzekli), Gimbal un kamera to autonomi sekos. Progresīvākos mode?os ir iek?auta AI - balstīta atpazī?ana (cilvēku/transportlīdzek?u noteik?ana, licence - plāksnes nolasī?ana utt.) Un ?eogrāfiski no?ogojumi. Gimbal procesors reālā laikā var arī veikt attēla uzlabo?anu (trok??a samazinā?ana, zema - gaismas pastiprinā?ana). ?īs viedās funkcijas nozīmē, ka drons var iegūt un saglabāt koncentrē?anos uz mēr?iem ar minimālu operatora ievadi.

• Multi - sensora elastība: Gimbal pāksti parasti ir modulāri. Vienam tornītim varētu būt mājvieta divi vai vairāk Kanāli: piemēram, redzama tālummai?as kamera, kā arī termiskā kamera (un da?reiz pla?a - le??a “meklē?anas” objektīvs). Da?os dizainparaugos vāci?? var ātri apmainīties starp sensoriem vai skatiem. Piemēram, divkār?a EO krava var pārslēgties uz pla?a le??a dienasgaismas kameru, kad skenējot pla?i, pēc tam interesantu punktu tuviniet ar telefoto objektīvu. Citas sistēmas ietver specializētus pielikumus, piemēram, Spotlight apgaismotāju vai vides sensorus.

Pieteikumi

Drone Gimbal kameras tiek izmantotas ?oti pla?ā gaisa misiju klāstā. Tā kā tie nodro?ina stabilus, vairākus - spektrālos attēlus un datus, tie ir nepiecie?ami uzraudzības, pārbaudes un analīzes uzdevumiem. Parastie lieto?anas gadījumi ietver:

• Uzraudzība un izlūko?ana: Militārie un likumi - Izpildes droni pa?aujas uz ISR (izlūko?anas, uzraudzības, izlūko?anas) gimbāliem. Stabilizēta EO/IR krava ?auj UAV novērot interesējo?ās teritorijas (robe?as, kaujas lauki, notikumu vietas) no augstuma. ?irostabilizētais stiprinājums nodro?ina, ka pat tad, kad pārvietojas drons vai helikopters, kamera paliek aizslēgta uz vietas. Tas da?ādos apstāk?os ?auj ticami identificēt un izsekot mēr?iem (transportlīdzek?iem, laivām, personām).

• Meklēt un glābt / rea?ēt uz katastrofām: ārkārtas situācijās droni ar simpātijām meklē trūksto?us cilvēkus vai novērtē zaudējumus. Termiskais sensors pat naktī var pamanīt cilvēka siltuma parakstu blīvā me?ā vai gruveī. Kad mēr?is ir atrasts, augstā - Definīcijas kamera pārbauda deta?as. Tā kā laiks ir kritisks SAR, reālā laika video saite (apvienojumā ar automatizētu izseko?anu) palīdz zemes ekipā?ām ātri atrast upurus. Pēc plūdiem, ugunsgrēkiem vai zemestrīcēm, Gimbal Cameras aptaujas infrastruktūru un atklāj karsto punktu vai izdzīvoju?o.

• Pārbaude, kartē?ana un apseko?ana: Rūpnieciskie droni bie?i pārvadā vingrinājumus, lai pārbaudītu elektrības līnijas, e??as platformas, cauru?vadus vai ?ūnu tor?us. Stabilizētā tālummai?as kamera ?auj operatoriem skaidri redzēt plaisas vai defektus no dro?a attāluma. Daudzās kravās ietilpst arī precīzs GPS un lāzera diapazons, lai precīzi ?eogrāfiski atzīmētu katru fotoattēlu. Apsekojot un fotogrammetrijā, kamera, kas gimbalota (īpa?i ar Nadiru - Platam - le??a objektīvam), ?auj precīzi kartēt: vienmērīgā platforma rada izteiksmīgus pārklājo?us attēlus, kas nepiecie?ami 3D mode?iem. Tāpat tiek izmantoti jumta/saules - pane?u apsekojumi un precīzas lauksaimniecības attēlveido?ana.

• Vides un savva?as dzīvnieku uzraudzība:Dabas aizsardzības speciālisti izmanto dronus ar Gimbal kamerām, lai izsekotu dzīvniekus, uzraudzītu me?us, mitrājus vai ledājus un studētu ekosistēmas. Piemēram, termiskie simpātijas var saskaitīt dzīvniekus rītausmā/krēslā, kad tie ir silti attiecībā pret vidi. EO/IR attēli palīdz pētniekiem kartēt ve?etācijas veselību, me?a ugunsgrēkus vai malumedniecības aktivitātes. Iespēja pārslēgties starp krāsu un termiskajiem re?īmiem (un mēr?ēt - trasi) padara ?os vingrinājumus daudzveidīgos ekolo?isko apsekojumu instrumentus.

• Kinematogrāfiska filmē?ana un pla?sazi?as līdzek?u producē?ana: Profesionāli filmu veidotāji un zi?u ekipā?as montē Gimbal kameras uz droniem, lai iegūtu gaisa kinematogrāfiju. 3 asu stabilizatoram ir iz??iro?a nozīme, lai iegūtu gludu, satricinātu - Bezmaksas kadrus filmām vai dzīviem pasākumiem. Augsti - Beigas ar ?iroskopiem - Stabilizācija ?auj lidot ar smagākām kino kamerām, vienlaikus tverot filmu - Kvalitatīvi attēli. Pat hobiji izmanto kaudzes kameras, lai iegūtu augstas - definīcijas panorāmas un video. īsāk sakot, vingrinājumi ?auj radīt rado?us gaisa kadrus, saglabājot kameru stabilu un orientētu sare??ītu lidojuma ce?u laikā.

Attēls: Vairāki Gimbal kameru pāksti (Raven maza UAV sistēma) - centra modulis nodro?ina 360 ° skatu lauku un darbus dienu vai nakti. ?ādi maināmi mīniski modu?i ?auj taktiskiem droniem ātri mainīt sensorus vai aptvert visus virzienus.

?ie piemēri ilustrē daudzpusība no kravas kravām. Apvienojot stabilizētu montā?u, augstus - veiktspējas sensorus (EO, IR, tālummai?as objektīvus) un borta apstrādi, dronu vingro?anas kameras kalpo neskaitāmām misijām. Sākot no dro?ības patru?as līdz infrastruktūras pārbaudei un no savva?as dzīvnieku pētījumiem līdz filmu veido?anai, ?īs sistēmas pārvieto UAV par uzticamu gaisa attēlveido?anas platformu.

Avoti: Tehniskās literatūras un ra?otāja dati apraksta, kā darbojas EO/IR gimbals. Piemēram, nozares pārskatos tiek ?emts vērā, ka simpātijas izmanto motorus plus IMU, lai stabilizētu kameras, un ka EO/IR sistēmas piedāvā tādas funkcijas kā termiskā redze un tālummai?a. Pieteikumu piezīmes un zi?u zi?ojumi dokumentē to izmanto?anu uzraudzībā, meklē?anā - un - Glāb?anas, pārbaude un kartē?ana (piemēram, kā FLIR un citās UAV platformās). ?ie avoti apstiprina iepriek? apkopotos principus un iespējas.