Drone Gimbal Camera Systems: Mga Prinsipyo at Aplikasyon

Ang mga walang sasakyan na pang -aerial na sasakyan (UAV) ay karaniwang nagdadala Gimbal- naka -mount na mga payload ng camera upang makunan ng matatag, mataas - kalidad ng imahe. Ang isang gimbal ng camera ay isang motorized mount na may hawak na nakikita - ilaw (electro - optical, EO) at/o mga sensor ng infrared (IR) at gumagamit ng feedback ng Gyro/IMU upang kanselahin ang paggalaw ng sasakyang panghimpapawid. Sa pamamagitan ng aktibong pagtagilid at pag -ikot kasama ang maraming mga axes, pinapanatili ng gimbal ang antas ng camera sa kabila ng paggalaw ng drone o panginginig ng boses. Tulad ng ipinaliwanag ng isang mapagkukunan ng industriya, ang gimbal na "minimiz [es] hindi kanais -nais na paggalaw at mga panginginig ng boses para sa makinis, matatag na footage" gamit ang mga motor at isang inertial pagsukat ng yunit (IMU). Ang pag -stabilize na ito ay nagbibigay -daan sa mga drone camera record na malinaw, mataas - resolusyon ng video kahit na sa mahangin o dynamic na mga kondisyon. Halimbawa, ang integrated gimbals "Bigyan ang on - board camera o sensor ng isang praktikal na panginginig ng boses - libreng paggalaw," na gumagawa ng mga malulutong na larawan at video.

Figure: Isang 3 - Axis Camera Gimbal (DJI Phantom 4) na may mga walang brush na motor at sensor, na nagpapahintulot sa independiyenteng kontrol ng yaw, pitch at roll. Nagbabayad ito para sa paggalaw ng drone upang mapanatiling matatag ang camera.

Karaniwang ginagamit ng mga modernong gimbal mount 3 - axis stabilization (Pagkontrol ng yaw, pitch at roll) para sa buong control control. . Sama -sama nilang nakita ang paggalaw at inilalapat ang counter - paggalaw sa real time. Halimbawa, kung ang drone ay tumagilid pasulong, ang pitch motor ay tumagilid sa camera pabalik upang i -level ito. Ang resulta ay makinis na video kahit na sa mabilis na pagmamaniobra. Ito ang dahilan kung bakit ang UAV gimbals ay naging kailangang -kailangan para sa aerial imaging: sila Tanggalin ang hindi ginustong paggalaw ng camera at payagan ang mga drone na makunan ng matalim, propesyonal - kalidad ng footage.

EO/IR camera sensor

Ang drone gimbal payload ay madalas na pagsamahin Electro - Optical (EO) at Infrared (IR) Mga Sensor (isang "Dual EO/IR Gimbal"). Ang EO camera ay isang maginoo na mataas - Ang resolusyon na nakikita - light camera (madalas na HD o 4K), habang ang sensor ng IR ay karaniwang isang thermal camera na nakakakita ng init. Kinukuha ng EO camera ang pinong visual na detalye para sa mga eksena sa daylit; Ang IR camera ay nakaramdam ng mga lagda ng init upang ang mga operator ay maaaring "makita" sa kadiliman o sa pamamagitan ng usok, hamog at mga dahon. Sa pagsasagawa, nagbibigay ng EO/IR Gimbals Dual - Spectrum Kamalayan: Sa liwanag ng araw ang EO channel ay nagbibigay ng kulay o mababa - magaan na mga imahe, at sa gabi ang channel ng IR ay nagtatampok ng mga mainit na bagay (mga tao, makina, sunog) sa pamamagitan ng kanilang thermal na kaibahan. Halimbawa, ang mga thermal drone ay gumagamit ng mga lente na nakatutok sa mga infrared na haba ng haba at panloob na mga processors ng imahe upang isalin ang mga pattern ng init sa nakikitang video. Sa lahat ng mga kaso, ang pagpupulong ng camera (EO o IR) ay naka -mount sa gimbal kaya nananatiling matatag ito habang lumilipad ang drone.

Pagproseso ng imahe ng onboard

Maraming mga advanced na sistema ng gimbal ang nagsasama ng onboard electronics upang maproseso ang video sa real time. Halimbawa, ang Built - sa mga processors ay maaaring magsagawa ng pag -stabilize ng video, pagpapahusay ng kaibahan, at kahit na artipisyal na mga gawain ng intelihensiya tulad ng awtomatikong pagtuklas ng object o pagsubaybay. Ang ilang mga EO/IR Gimbals ay nag -aalok ng mga tampok tulad ng Live Geo - Pag -tag o Pagtatalaga ng Target. Maaari ang mga modernong sistema I -lock papunta Awtomatikong isang gumagalaw na bagay at panatilihin itong nakasentro sa frame - kaya - tinatawag na "Auto - Pagsubaybay" - sa pamamagitan ng pagsasama ng mga algorithm ng paningin sa kontrol ng paggalaw ng gimbal. Sa bisa, ang gimbal rig ay maaaring makilala ang isang sasakyan o tao, pagkatapos ay pinatay ang camera upang sundin ito nang maayos. Ang mga kakayahan na ito ay madalas na umaasa sa computer ng drone at ang dedikadong processor ng Gimbal ay nagtutulungan. Sa buod, ang drone gimbal payload ay hindi lamang nagpapatatag ng mekanikal ng camera, ngunit nagbibigay din ng tunay na - pagproseso ng imahe ng oras (hal. Ang pag -stabilize ng video, pagsubaybay sa object at pagpapahusay) para sa mas mahusay na kamalayan sa kalagayan.

Mga pangunahing tampok

• Mataas - Imaging Imaging at Mag -zoom: Ang mga modernong gimbals ay nagdadala ng HD o 4K camera para sa malinaw na detalye. Marami ang nagsasama ng mga optical zoom lens (madalas na 10 × -45 × magnification) upang makilala ng mga operator ang malalayong mga target. Halimbawa, ang isang 30 × optical zoom gimbal ay maaaring malutas ang mga maliliit na tampok ng daan -daang metro ang layo na may kaunting pagkawala ng kalidad. Ang zoom range na ito (kung minsan ay pinagsama sa digital zoom) ay lubos na nagpapalawak ng mabisang saklaw ng pagsubaybay sa drone.

• Thermal Infrared Camera: Halos lahat ng EO/IR Gimbals ay nag -aalok ng Longwave Infrared (LWIR) Thermal Imaging. Ang thermal sensor ay "nakakakita" ng init, na nagpapahintulot sa drone na makita ang mga tao, makinarya o mainit na bagay sa gabi o sa pamamagitan ng mga hadlang. Ito ay napakahalaga para sa paghahanap - at - pagsagip, pag -aapoy, at mga gawain sa seguridad. Ang ilang mga payload kahit na may maraming mga bandang IR (hal. Parehong MWIR at LWIR) o pinalamig na mga thermal cores para sa pinahusay na sensitivity.

• Laser Rangefinder/Designator: Mas mataas - end gimbals madalas na isama ang isang mata - ligtas na sistema ng laser ranging. Mabilis na sinusukat ng laser rangefinder ang distansya sa isang punto ng interes, na nagbibigay -daan sa tumpak na geo - lokasyon at target na pagmamarka. Sa paggamit ng militar o pagsisiyasat, ang operator ay maaaring mag -drop ng isang "pintura" ng laser sa isang malayong bagay; Sinasabi ng sinag na sinag sa system ang eksaktong saklaw sa bagay na iyon. (Minsan ang isang taga -disenyo ng laser ay kasama rin para sa mga gabay na munisipyo.)

• Auto - Pagsubaybay at Video Analytics: Maraming mga gimbals ang nag -aalok ng built - sa pagsubaybay sa video. Kapag ang operator ay pumili ng isang bagay (hal. Isang tao o sasakyan), ang gimbal at camera ay autonomously sundin ito. Mas advanced na mga modelo ang isama ang AI - batay sa pagkilala (Human/Vehicle Detection, Lisensya - Pagbasa ng Plato, atbp.) At Geo - Fencing. Ang processor ng gimbal ay maaari ring magsagawa ng pagpapahusay ng imahe (pagbawas ng ingay, mababang - light boosting) sa real time. Ang mga matalinong tampok na ito ay nangangahulugang ang drone ay maaaring makuha at mapanatili ang pagtuon sa mga target na may kaunting input ng operator.

• Multi - kakayahang umangkop sa sensor: Ang mga gimbal pods ay karaniwang modular. Ang isang solong turret ay maaaring bahay dalawa o higit pa Mga Channel: Halimbawa, isang nakikitang zoom camera kasama ang isang thermal camera (at kung minsan ay isang malawak na - anggulo na "paghahanap" lens). Sa ilang mga disenyo, ang gimbal ay maaaring mabilis na magpalit sa pagitan ng mga sensor o tanawin. Halimbawa, ang isang dual eO payload ay maaaring lumipat sa isang malawak na - anggulo ng liwanag ng camera kapag malawak na nag -scan, pagkatapos ay mag -zoom in gamit ang telephoto lens sa isang kawili -wiling punto. Ang iba pang mga system ay may kasamang dalubhasang mga kalakip tulad ng mga spotlight illuminator o sensor sa kapaligiran.

Mga Aplikasyon

Ang mga drone gimbal camera ay ginagamit sa isang malawak na hanay ng mga misyon ng aerial. Dahil nagbibigay sila ng matatag, multi - spectral na imahe at data, mahalaga ang mga ito para sa pagsubaybay, inspeksyon at pagsusuri ng mga gawain. Kasama sa mga karaniwang kaso ng paggamit:

• Surveillance & Reconnaissance: Militar at Batas - Ang mga drone ng pagpapatupad ay umaasa sa Gimbals para sa ISR (Intelligence, Surveillance, Reconnaissance). Ang isang nagpapatatag na EO/IR payload ay nagbibigay -daan sa UAV na obserbahan ang mga lugar ng interes (mga hangganan, battlefields, mga lugar ng kaganapan) mula sa taas. Tinitiyak ng gyro - na naka -stabilized na bundok na kahit na ang drone o helikopter ay gumagalaw, ang camera ay nananatiling naka -lock sa eksena. Pinapayagan nito ang maaasahang pagkakakilanlan at pagsubaybay sa mga target (sasakyan, bangka, tao) sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon.

• Paghahanap at Pag -rescue / Disaster Response: Sa mga emerhensiya, ang mga drone na may mga gimbals ay naghahanap para sa mga nawawalang tao o masuri ang pinsala. Ang thermal sensor ay maaaring makita ang lagda ng init ng isang tao sa mga siksik na kakahuyan o basurahan, kahit na sa gabi. Kapag natagpuan ang isang target, ang mataas na - kahulugan ng camera ay nagpapatunay ng mga detalye. Dahil ang oras ay kritikal sa SAR, ang tunay na - oras ng video na link (na sinamahan ng awtomatikong pagsubaybay) ay tumutulong sa mga ground crew na maghanap ng mga biktima nang mabilis. Pagkatapos ng baha, apoy o lindol, imprastraktura ng survey ng Gimbal Cameras at nakita ang mga hotspot o nakaligtas.

• Inspeksyon, pagmamapa at pagsisiyasat: Ang mga pang -industriya na drone ay madalas na nagdadala ng mga gimbals upang siyasatin ang mga linya ng kuryente, mga rigs ng langis, pipelines o mga tower ng cell. Ang nagpapatatag na zoom camera ay nagbibigay -daan sa mga operator na malinaw na makakita ng mga bitak o mga depekto mula sa isang ligtas na distansya. Maraming mga payload ang nagsasama rin ng isang katumpakan na GPS at laser rangefinder upang tumpak na geo - i -tag ang bawat larawan. Sa Surveying at Photogrammetry, isang gimballed camera (lalo na sa isang Nadir - Ang pagturo ng malawak - anggulo ng lens) ay nagbibigay -daan sa tumpak na pagmamapa: ang matatag na platform ay gumagawa ng malulutong na overlap na mga imahe na kinakailangan para sa mga modelo ng 3D. Ang mga gimbals ay ginagamit din para sa bubong/solar - panel survey at katumpakan na imaging agrikultura.

• Pagmamanman sa kapaligiran at wildlife:Ang mga conservationist ay gumagamit ng mga drone na may mga gimbal camera upang subaybayan ang mga hayop, subaybayan ang mga kagubatan, wetland o glacier, at pag -aaral ng mga ekosistema. Halimbawa, ang mga thermal gimbals ay maaaring mabilang ang mga hayop sa madaling araw/hapon kapag sila ay mainit -init na kamag -anak sa kapaligiran. Ang imahe ng EO/IR ay tumutulong sa mga mananaliksik na mapa ang kalusugan ng halaman, sunog sa kagubatan, o aktibidad ng poaching. Ang kakayahang lumipat sa pagitan ng mga mode ng kulay at thermal (at upang i -target - subaybayan) ang mga gimbals na maraming nalalaman na tool para sa mga ekolohikal na survey.

• Cinematic filming at media production: Mga propesyonal na filmmaker at mga crew ng balita na Mount Gimbal camera sa mga drone para sa aerial cinematography. Ang isang 3 - axis stabilizer ay mahalaga upang makakuha ng maayos, iling - libreng footage para sa mga pelikula o live na mga kaganapan. Mataas - end gimbals na may gyro - stabilization payagan ang paglipad na may mas mabibigat na mga camera ng sinehan habang nakakakuha pa rin ng mga imahe ng pelikula - kalidad ng mga imahe. Kahit na ang mga hobbyist ay gumagamit ng mga gimbaled camera upang makabuo ng mataas na - kahulugan panoramas at video. Sa madaling sabi, pinapagana ng mga gimbals ang mga malikhaing pag -shot ng aerial sa pamamagitan ng pagpapanatiling matatag at nakatuon ang camera sa mga kumplikadong landas ng paglipad.

Larawan: Maramihang mga gimbal camera pods (Raven maliit na UAV system) - Ang module ng sentro ay nagbibigay ng isang 360 ° na larangan ng pagtingin at gumagana araw o gabi. Ang nasabing mapagpapalit na mga module ng gimbal ay nagbibigay -daan sa mga taktikal na drone na mabilis na baguhin ang mga sensor o takpan ang lahat ng mga direksyon.

Ang mga halimbawang ito ay naglalarawan ng Versatility ng Gimbal Payloads. Sa pamamagitan ng pagsasama -sama ng nagpapatatag na pag -mount, mataas na - mga sensor ng pagganap (EO, IR, zoom lens) at pagproseso ng onboard, ang drone gimbal camera ay naghahain ng hindi mabilang na mga misyon. Mula sa mga patrol ng seguridad hanggang sa inspeksyon sa imprastraktura, at mula sa mga pag -aaral ng wildlife hanggang sa paggawa ng pelikula, ang mga sistemang ito ay nagiging isang gumagalaw na UAV sa isang maaasahang platform ng imaging pang -aerial.

Mga Pinagmumulan: Inilalarawan ng data ng teknikal na panitikan at tagagawa kung paano gumagana ang EO/IR Gimbals. Halimbawa, tandaan ng mga pangkalahatang -ideya ng industriya na ang mga gimbals ay gumagamit ng mga motor kasama ang mga IMU upang patatagin ang mga camera, at ang mga EO/IR system ay nag -aalok ng mga tampok tulad ng thermal vision at zoom. Ang mga tala ng aplikasyon at ulat ng balita ay dokumentado ang kanilang paggamit sa pagsubaybay, paghahanap - at - pagsagip, inspeksyon at pagmamapa (hal. Tulad ng ginamit sa FLIR at iba pang mga platform ng UAV). Kinumpirma ng mga mapagkukunang ito ang mga prinsipyo at kakayahan na naitala sa itaas.