無(wú)人機(jī)飾品攝像頭系統(tǒng)：原理和應(yīng)用

無(wú)人駕駛汽車（UAV）通常攜帶 gimbal-安裝的相機(jī)有效載荷以捕獲穩(wěn)定的高質(zhì)量圖像。攝像頭是電動(dòng)安裝座，可看到可見(jiàn)光-光（電-光學(xué)，EO）和/或紅外（IR）傳感器，并使用陀螺儀/IMU反饋取消飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)沿多個(gè)軸傾斜和旋轉(zhuǎn)，盡管有無(wú)人機(jī)移動(dòng)或振動(dòng)，陽(yáng)性仍可以保持相機(jī)水平。正如一個(gè)行業(yè)的來(lái)源所解釋的那樣，使用電動(dòng)機(jī)和慣性測(cè)量單元（IMU）（IMU）的“極小”動(dòng)作和光滑，穩(wěn)定鏡頭的振動(dòng)。這種穩(wěn)定使無(wú)人機(jī)攝像機(jī)即使在大風(fēng)或動(dòng)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(shí)際上是振動(dòng)-自由移動(dòng)”，制作清晰的航空照片和視頻。

圖：帶有無(wú)刷電動(dòng)機(jī)和傳感器的3 -軸攝像頭（DJI Phantom 4），可以獨(dú)立控制偏航，俯仰和滾動(dòng)。這可以補(bǔ)償無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)以保持相機(jī)穩(wěn)定。

現(xiàn)代的萬(wàn)日坐騎通常使用 3 -軸穩(wěn)定 （控制偏航，音高和滾動(dòng)）以進(jìn)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(dòng)的軸安裝；非常大的系統(tǒng)增加了第四個(gè)“電梯”軸，以進(jìn)行額外的垂直運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。）無(wú)刷的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)每個(gè)軸，由板上IMU傳感器（陀螺儀和加速度計(jì)）和一個(gè)控制器引導(dǎo)。他們一起檢測(cè)運(yùn)動(dòng)并實(shí)時(shí)應(yīng)用計(jì)數(shù)器-運(yùn)動(dòng)。例如，如果無(wú)人機(jī)向前傾斜，則音高電動(dòng)機(jī)將相機(jī)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。這就是為什么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(jī)運(yùn)動(dòng) 并允許無(wú)人機(jī)捕獲鋒利的專業(yè)-質(zhì)量鏡頭。

EO/IR相機(jī)傳感器

無(wú)人機(jī)冠峰有效載荷通常結(jié)合在一起 Electro -光學(xué)（EO） 和 紅外（IR） 傳感器（“雙EO/ir gimbal”）。 EO相機(jī)是傳統(tǒng)的高-分辨率可見(jiàn)-輕型攝像頭（通常是HD或4K），而IR傳感器通常是檢測(cè)熱量的熱相機(jī)。 EO相機(jī)捕獲了日光場(chǎng)景的精美視覺(jué)細(xì)節(jié)； IR攝像頭感應(yīng)熱簽名，因此操作員可以在黑暗中或通過(guò)煙霧，霧和樹(shù)葉“看到”。實(shí)際上，EO/IR gimbals提供 雙重-頻譜 意識(shí)：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(guò)其熱對(duì)比度突出顯示溫暖的物體（人，發(fā)動(dòng)機(jī)，火災(zāi)）。例如，熱無(wú)人機(jī)使用調(diào)節(jié)紅外波長(zhǎng)和內(nèi)部圖像處理器的鏡頭將熱圖案轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)視頻。在所有情況下，攝像頭組件（EO或IR）都安裝在萬(wàn)日上，因此在無(wú)人機(jī)飛行時(shí)保持穩(wěn)定。

車載圖像處理

許多先進(jìn)的世界系統(tǒng)包括在板載電子設(shè)備實(shí)時(shí)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(duì)比度增強(qiáng)，甚至可以執(zhí)行人工智能任務(wù)，例如自動(dòng)對(duì)象檢測(cè)或跟蹤。某些EO/IR Gimbals提供了現(xiàn)場(chǎng)地理標(biāo)簽或目標(biāo)名稱等功能?，F(xiàn)代系統(tǒng)可以 鎖定 通過(guò)將視覺(jué)算法與gimbal的運(yùn)動(dòng)控制結(jié)合使用，將其自動(dòng)移動(dòng)對(duì)象并將其保持在框架中 - 因此稱為“自動(dòng)-跟蹤”。實(shí)際上，陽(yáng)式鉆機(jī)可以識(shí)別車輛或人，然后將相機(jī)拆卸以平穩(wěn)跟隨它。這些功能通常依賴于無(wú)人機(jī)的板載計(jì)算機(jī)和世界的專用處理器一起工作?？偠灾?，無(wú)人機(jī)振蕩有效載荷不僅可以機(jī)械地穩(wěn)定相機(jī)，而且還提供了真實(shí)的時(shí)間圖像處理（例如，視頻穩(wěn)定，對(duì)象跟蹤和增強(qiáng)功能），以提高情境意識(shí)。

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(xì)節(jié)。許多包括光學(xué)變焦鏡頭（通常為10×–45×放大倍率），因此操作員可以識(shí)別遙遠(yuǎn)的目標(biāo)。例如，30倍光學(xué)變焦式映射可以解決數(shù)百米以外的小特征，而質(zhì)量損失最少。這個(gè)變焦范圍（有時(shí)與數(shù)字變焦相結(jié)合）極大地?cái)U(kuò)展了無(wú)人機(jī)的有效監(jiān)視范圍。

• 熱紅外攝像機(jī)： 幾乎所有的EO/IR Gimbals都提供長(zhǎng)波紅外（LWIR）熱成像。熱傳感器“看到”熱量，使無(wú)人機(jī)在夜間或通過(guò)障礙物檢測(cè)到人，機(jī)械或溫暖的物體。這對(duì)于搜索，消防和安全任務(wù)是無(wú)價(jià)的。一些有效載荷甚至具有多個(gè)IR頻段（例如MWIR和LWIR）或冷卻的熱核，以增強(qiáng)靈敏度。

• 激光測(cè)距儀/指示符： 更高的-末端gimbals通常會(huì)整合眼睛-安全的激光射程系統(tǒng)。激光測(cè)距儀迅速測(cè)量到感興趣點(diǎn)的距離，從而實(shí)現(xiàn)精確的地理位置和目標(biāo)標(biāo)記。在軍事或測(cè)量使用中，操作員可以將激光“油漆”放在遙遠(yuǎn)的物體上。反射光束告訴系統(tǒng)該對(duì)象的確切范圍。 （有時(shí)還包括指導(dǎo)彈藥的激光指定器。）

• 自動(dòng)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(gè)對(duì)象（例如，一個(gè)人或車輛），gimbal和相機(jī)將自動(dòng)遵循它。更高級(jí)的模型包括基于AI -的識(shí)別（人/車輛檢測(cè)，許可證-板讀數(shù)等）和GEO -圍欄。世界的處理器還可以實(shí)時(shí)執(zhí)行圖像增強(qiáng)（降噪，低-輕度升高）。這些智能功能意味著無(wú)人機(jī)可以通過(guò)最少的操作員輸入來(lái)獲取和保持專注于目標(biāo)。

• 多-傳感器靈活性： 世界豆莢通常是模塊化的。一個(gè)炮塔可能可以容納 兩個(gè)或更多 通道：例如，可見(jiàn)的變焦攝像頭和熱相機(jī)（有時(shí)是寬-角度“搜索”鏡頭）。在某些設(shè)計(jì)中，陽(yáng)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(shí)可能會(huì)切換到廣角日光相機(jī)，然后在有趣的點(diǎn)上放大遠(yuǎn)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(qǐng)

無(wú)人駕駛飛機(jī)攝像頭在非常廣泛的航空任務(wù)中使用。由于它們提供穩(wěn)定，多-光譜圖像和數(shù)據(jù)，因此它們對(duì)于監(jiān)視，檢查和分析任務(wù)至關(guān)重要。常見(jiàn)用例包括：

• 監(jiān)視與偵察： 軍事和法律-執(zhí)法無(wú)人機(jī)依靠gimbals進(jìn)行ISR（情報(bào)，監(jiān)視，偵察）。穩(wěn)定的EO/IR有效載荷使無(wú)人機(jī)可以從高度觀察感興趣的領(lǐng)域（邊界，戰(zhàn)場(chǎng)，活動(dòng)場(chǎng)所）。陀螺儀穩(wěn)定的安裝座可確保即使無(wú)人機(jī)或直升機(jī)正在移動(dòng)，相機(jī)也鎖在現(xiàn)場(chǎng)。這可以在各種條件下對(duì)目標(biāo)（車輛，船只，人員）的可靠識(shí)別和跟蹤。

• 搜救 /災(zāi)難響應(yīng)： 在緊急情況下，帶有Gimbals的無(wú)人機(jī)尋找失蹤人員或評(píng)估損害。熱傳感器即使在晚上，也可以在茂密的樹(shù)林或瓦礫中發(fā)現(xiàn)一個(gè)人的熱簽名。找到目標(biāo)后，高-定義相機(jī)將驗(yàn)證詳細(xì)信息。因?yàn)闀r(shí)間在SAR中至關(guān)重要，所以真實(shí)的時(shí)間視頻鏈接（與自動(dòng)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(zāi)或地震后，陽(yáng)式攝像機(jī)調(diào)查基礎(chǔ)設(shè)施并檢測(cè)熱點(diǎn)或幸存者。

• 檢查，映射和測(cè)量： 工業(yè)無(wú)人機(jī)經(jīng)常攜帶gimbal來(lái)檢查電源線，石油鉆機(jī)，管道或蜂窩塔。穩(wěn)定的變焦相機(jī)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(cè)距儀，以精確地geo -標(biāo)記每張照片。在測(cè)量和攝影測(cè)量中，示意攝像機(jī)（尤其是Nadir -指向?qū)挾?角鏡）可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的映射：穩(wěn)定的平臺(tái)可產(chǎn)生3D型號(hào)所需的清晰的重疊圖像。 Gimbals同樣用于屋頂/太陽(yáng)能面板調(diào)查和精密農(nóng)業(yè)成像。

• 環(huán)境和野生動(dòng)植物監(jiān)測(cè)：保護(hù)主義者將無(wú)人機(jī)與婦科攝像機(jī)一起跟蹤動(dòng)物，監(jiān)測(cè)森林，濕地或冰川，并研究生態(tài)系統(tǒng)。例如，當(dāng)熱甲板相對(duì)于環(huán)境而溫暖時(shí)，可以在黎明/黃昏時(shí)對(duì)動(dòng)物進(jìn)行計(jì)數(shù)。 EO/IR圖像可幫助研究人員繪制植被健康，森林大火或偷獵活動(dòng)。在顏色和熱模式之間切換（以及目標(biāo)-軌道）的能力使這些gimbals多功能工具用于生態(tài)調(diào)查。

• 電影拍攝和媒體制作： 專業(yè)的電影制片人和新聞機(jī)組人員在無(wú)人機(jī)上騎飾品攝像頭坐騎，以進(jìn)行航空攝影。 3軸穩(wěn)定器對(duì)于光滑，搖晃電影或現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)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(jī)飛行，同時(shí)仍在捕獲膠片-質(zhì)量圖像。甚至業(yè)余愛(ài)好者也使用飾品攝像機(jī)來(lái)產(chǎn)生高-定義全景和視頻。簡(jiǎn)而言之，gimbals通過(guò)在復(fù)雜的飛行路徑中保持相機(jī)穩(wěn)定和定向來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性的空中射擊。

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

這些例子說(shuō)明了 多功能性 gimbal有效載荷。通過(guò)結(jié)合穩(wěn)定的安裝，高-性能傳感器（EO，IR，變焦鏡頭）和機(jī)載處理，無(wú)人機(jī)飾品攝像機(jī)可執(zhí)行無(wú)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(dòng)植物研究到電影制作，這些系統(tǒng)將無(wú)人機(jī)變成可靠的航空成像平臺(tái)。

資料來(lái)源： 技術(shù)文獻(xiàn)和制造商的數(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(dòng)機(jī)加上IMU來(lái)穩(wěn)定相機(jī)，EO/IR系統(tǒng)提供了熱視覺(jué)和變焦之類的功能。申請(qǐng)說(shuō)明和新聞報(bào)告記錄了他們?cè)诒O(jiān)視，搜索-和-救援，檢查和映射中的使用（例如，在Flir和其他無(wú)人機(jī)平臺(tái)上使用）。這些來(lái)源確認(rèn)了上面總結(jié)的原則和能力。