無人機飾品攝像頭系統(tǒng)：原理和應用

無人駕駛汽車（UAV）通常攜帶 gimbal-安裝的相機有效載荷以捕獲穩(wěn)定的高質(zhì)量圖像。攝像頭是電動安裝座，可看到可見光-光（電-光學，EO）和/或紅外（IR）傳感器，並使用陀螺儀/IMU反饋取消飛機的運動。通過沿多個軸傾斜和旋轉(zhuǎn)，儘管有無人機移動或振動，陽性仍可以保持相機水平。正如一個行業(yè)的來源所解釋的那樣，使用電動機和慣性測量單元（IMU）（IMU）的“極小”動作和光滑，穩(wěn)定鏡頭的振動。這種穩(wěn)定使無人機攝像機即使在大風或動態(tài)條件下也可以記錄清晰，高-分辨率的視頻。例如，集成的gimbal“給板攝像頭或傳感器實際上是振動-自由移動”，製作清晰的航空照片和視頻。

圖：帶有無刷電動機和傳感器的3 -軸攝像頭（DJI Phantom 4），可以獨立控制偏航，俯仰和滾動。這可以補償無人機運動以保持相機穩(wěn)定。

現(xiàn)代的萬日坐騎通常使用 3 -軸穩(wěn)定 （控制偏航，音高和滾動）以進行全向控制。 （一些較小的有效載荷使用2 -僅穩(wěn)定螺距和滾動的軸安裝；非常大的系統(tǒng)增加了第四個“電梯”軸，以進行額外的垂直運動補償。）無刷的電動機驅(qū)動每個軸，由板上IMU傳感器（陀螺儀和加速度計）和一個控制器引導。他們一起檢測運動並實時應用計數(shù)器-運動。例如，如果無人機向前傾斜，則音高電動機將相機傾斜以將其傾斜。結(jié)果是即使在快速操縱期間，視頻也很順利。這就是為什麼UAV gimbals成為空中成像必不可少的原因：它們 消除不必要的攝像機運動 並允許無人機捕獲鋒利的專業(yè)-質(zhì)量鏡頭。

EO/IR相機傳感器

無人機冠峰有效載荷通常結(jié)合在一起 Electro -光學（EO） 和 紅外（IR） 傳感器（“雙EO/ir gimbal”）。 EO相機是傳統(tǒng)的高-分辨率可見-輕型攝像頭（通常是HD或4K），而IR傳感器通常是檢測熱量的熱相機。 EO相機捕獲了日光場景的精美視覺細節(jié)； IR攝像頭感應熱簽名，因此操作員可以在黑暗中或通過煙霧，霧和樹葉“看到”。實際上，EO/IR gimbals提供 雙重-頻譜 意識：在日光下，EO通道可提供顏色或低-光圖像，而在晚上，IR頻道通過其熱對比度突出顯示溫暖的物體（人，發(fā)動機，火災）。例如，熱無人機使用調(diào)節(jié)紅外波長和內(nèi)部圖像處理器的鏡頭將熱圖案轉(zhuǎn)化為可見視頻。在所有情況下，攝像頭組件（EO或IR）都安裝在萬日上，因此在無人機飛行時保持穩(wěn)定。

車載圖像處理

許多先進的世界系統(tǒng)包括在板載電子設(shè)備實時處理視頻。例如，在處理器中構(gòu)建的-可以執(zhí)行視頻穩(wěn)定，對比度增強，甚至可以執(zhí)行人工智能任務(wù)，例如自動對象檢測或跟蹤。某些EO/IR Gimbals提供了現(xiàn)場地理標籤或目標名稱等功能?，F(xiàn)代系統(tǒng)可以 鎖定 通過將視覺算法與gimbal的運動控制結(jié)合使用，將其自動移動對象並將其保持在框架中 - 因此稱為“自動-跟蹤”。實際上，陽式鑽機可以識別車輛或人，然後將相機拆卸以平穩(wěn)跟隨它。這些功能通常依賴於無人機的板載計算機和世界的專用處理器一起工作。總而言之，無人機振盪有效載荷不僅可以機械地穩(wěn)定相機，而且還提供了真實的時間圖像處理（例如，視頻穩(wěn)定，對象跟蹤和增強功能），以提高情境意識。

關(guān)鍵功能

• 高-分辨率成像和變焦： 現(xiàn)代gimbal攜帶高清或4K攝像頭，以獲得清晰的細節(jié)。許多包括光學變焦鏡頭（通常為10×–45×放大倍率），因此操作員可以識別遙遠的目標。例如，30倍光學變焦式映射可以解決數(shù)百米以外的小特徵，而質(zhì)量損失最少。這個變焦範圍（有時與數(shù)字變焦相結(jié)合）極大地擴展了無人機的有效監(jiān)視範圍。

• 熱紅外攝像機： 幾乎所有的EO/IR Gimbals都提供長波紅外（LWIR）熱成像。熱傳感器“看到”熱量，使無人機在夜間或通過障礙物檢測到人，機械或溫暖的物體。這對於搜索，消防和安全任務(wù)是無價的。一些有效載荷甚至具有多個IR頻段（例如MWIR和LWIR）或冷卻的熱核，以增強靈敏度。

• 激光測距儀/指示符： 更高的-末端gimbals通常會整合眼睛-安全的激光射程系統(tǒng)。激光測距儀迅速測量到感興趣點的距離，從而實現(xiàn)精確的地理位置和目標標記。在軍事或測量使用中，操作員可以將激光“油漆”放在遙遠的物體上。反射光束告訴系統(tǒng)該對象的確切範圍。 （有時還包括指導彈藥的激光指定器。）

• 自動跟蹤和視頻分析： 許多gimbals提供了在視頻跟蹤中構(gòu)建的-。一旦操作員選擇一個對象（例如，一個人或車輛），gimbal和相機將自動遵循它。更高級的模型包括基於AI -的識別（人/車輛檢測，許可證-板讀數(shù)等）和GEO -圍欄。世界的處理器還可以實時執(zhí)行圖像增強（降噪，低-輕度升高）。這些智能功能意味著無人機可以通過最少的操作員輸入來獲取和保持專注於目標。

• 多-傳感器靈活性： 世界豆莢通常是模塊化的。一個砲塔可能可以容納 兩個或更多 通道：例如，可見的變焦攝像頭和熱相機（有時是寬-角度“搜索”鏡頭）。在某些設(shè)計中，陽性可以在傳感器或視圖之間迅速交換。例如，雙EO有效載荷在大規(guī)模掃描時可能會切換到廣角日光相機，然後在有趣的點上放大遠攝鏡頭。其他系統(tǒng)包括專門的附件，例如聚光照明器或環(huán)境傳感器。

申請

無人駕駛飛機攝像頭在非常廣泛的航空任務(wù)中使用。由於它們提供穩(wěn)定，多-光譜圖像和數(shù)據(jù)，因此它們對於監(jiān)視，檢查和分析任務(wù)至關(guān)重要。常見用例包括：

• 監(jiān)視與偵察： 軍事和法律-執(zhí)法無人機依靠gimbals進行ISR（情報，監(jiān)視，偵察）。穩(wěn)定的EO/IR有效載荷使無人機可以從高度觀察感興趣的領(lǐng)域（邊界，戰(zhàn)場，活動場所）。陀螺儀穩(wěn)定的安裝座可確保即使無人機或直升機正在移動，相機也鎖在現(xiàn)場。這可以在各種條件下對目標（車輛，船隻，人員）的可靠識別和跟蹤。

• 搜救 /災難響應： 在緊急情況下，帶有Gimbals的無人機尋找失蹤人員或評估損害。熱傳感器即使在晚上，也可以在茂密的樹林或瓦礫中發(fā)現(xiàn)一個人的熱簽名。找到目標後，高-定義相機將驗證詳細信息。因為時間在SAR中至關(guān)重要，所以真實的時間視頻鏈接（與自動跟蹤結(jié)合使用）可以幫助地面人員迅速找到受害者。洪水，火災或地震後，陽式攝像機調(diào)查基礎(chǔ)設(shè)施並檢測熱點或倖存者。

• 檢查，映射和測量： 工業(yè)無人機經(jīng)常攜帶gimbal來檢查電源線，石油鑽機，管道或蜂窩塔。穩(wěn)定的變焦相機使操作員可以清楚地看到安全距離的裂縫或缺陷。許多有效載荷還包括精確的GPS和激光測距儀，以精確地geo -標記每張照片。在測量和攝影測量中，示意攝像機（尤其是Nadir -指向?qū)挾?角鏡）可以實現(xiàn)準確的映射：穩(wěn)定的平臺可產(chǎn)生3D型號所需的清晰的重疊圖像。 Gimbals同樣用於屋頂/太陽能面板調(diào)查和精密農(nóng)業(yè)成像。

• 環(huán)境和野生動植物監(jiān)測：保護主義者將無人機與婦科攝像機一起跟蹤動物，監(jiān)測森林，濕地或冰川，並研究生態(tài)系統(tǒng)。例如，當熱甲板相對於環(huán)境而溫暖時，可以在黎明/黃昏時對動物進行計數(shù)。 EO/IR圖像可幫助研究人員繪製植被健康，森林大火或偷獵活動。在顏色和熱模式之間切換（以及目標-軌道）的能力使這些gimbals多功能工具用於生態(tài)調(diào)查。

• 電影拍攝和媒體製作： 專業(yè)的電影製片人和新聞機組人員在無人機上騎飾品攝像頭坐騎，以進行航空攝影。 3軸穩(wěn)定器對於光滑，搖晃電影或現(xiàn)場活動至關(guān)重要。高-帶有陀螺儀的末端gimbals穩(wěn)定性允許使用較重的電影攝像機飛行，同時仍在捕獲膠片-質(zhì)量圖像。甚至業(yè)餘愛好者也使用飾品攝像機來產(chǎn)生高-定義全景和視頻。簡而言之，gimbals通過在復雜的飛行路徑中保持相機穩(wěn)定和定向來實現(xiàn)創(chuàng)造性的空中射擊。

圖：多個帶峰攝像頭吊艙（烏鴉小無人機系統(tǒng)） - 中心模塊可提供360°的視野和日夜。這種可互換的萬向節(jié)模塊允許戰(zhàn)術(shù)無人機快速更換傳感器或覆蓋所有方向。

這些例子說明了 多功能性 gimbal有效載荷。通過結(jié)合穩(wěn)定的安裝，高-性能傳感器（EO，IR，變焦鏡頭）和機載處理，無人機飾品攝像機可執(zhí)行無數(shù)任務(wù)。從安全巡邏到基礎(chǔ)設(shè)施檢查，以及從野生動植物研究到電影製作，這些系統(tǒng)將無人機變成可靠的航空成像平臺。

資料來源： 技術(shù)文獻和製造商的數(shù)據(jù)描述了EO/IR Gimbals的工作方式。例如，行業(yè)概述指出，gimbals使用電動機加上IMU來穩(wěn)定相機，EO/IR系統(tǒng)提供了熱視覺和變焦之類的功能。申請說明和新聞報告記錄了他們在監(jiān)視，搜索-和-救援，檢查和映射中的使用（例如，在Flir和其他無人機平臺上使用）。這些來源確認了上面總結(jié)的原則和能力。