一种应用在无人机上的视频叠加模块的制作方法

本发明涉及视频处理领域，具体涉及一种应用在无人机上的视频叠加模块。

背景技术：

视频叠加osd(onscreendisplay)是在原视频上叠加日期、参数等信息。此技术应用在无人机上，能将飞行数据叠加到摄像头的输出的视频上，然后通过图像传输系统(简称图传)传给接收端,通常用来fpv(firstpersonview第一人称视角)。接收端通过实时的图像以及飞行数据，直观的了解飞机的飞行状态。

目前国内外使用最多的是视频叠加模块都是起源于google上的minimosd项目。该项目版本截止于2012年，最终版本号为2.0，由于该年代技术限制，其硬件解决方案采用的是atmel公司的8位微处理器atmega328作为主控芯片，参与视频字符叠加芯片采用美信(maxim)公司的max7456，目前现有的技术仍采用这种视频叠加模块的硬件结构和软件系统，因为内部资源匮乏，功能仅完成对飞行数据的读取并叠加在图像中，且不支持中文显示，操控者读取这些数据后需要经过一系列换算才能获知无人机当前飞行状态。该视频叠加模块还有一个缺点是在图传信号丢失或者图传系统故障时无法正常叠加视频信息，所以该模块需要首先让摄像头上电工作或者两者同时上电工作。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种应用在无人机上的视频叠加模块，视频叠加模块更具实用性，从硬件结构到软件系统设计上与传统的视频叠加模块相比都有很大提升，在航测无人机、航拍无人机、侦查无人机等特种无人机上都可以应用，兼容性较好。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种应用在无人机上的视频叠加模块，该视频叠加模块介于摄像监控设备和图像传输系统之间，用于将飞行控制器或传感器扩展模块的数据经过处理后叠加到摄像监控设备传来的图像中，并经过图像传输系统无线传输到地面站的图像接收系统中，由操控者读取和处理；具体的，该视频叠加模块包括主控器、电源电路、视频叠加芯片、标准视频信号模拟输出电路、视频信号输出模块，所述主控器上设有传感器扩展接口电路、minisd卡接口电路和usb接口电路，所述主控器采用stm32微控制器，所述视频叠加芯片采用支持常用中文的dp7456。

其中，所述minisd卡接口用于记录飞行数据，完成类似于“黑匣子”功能。

其中，所述视频叠加模块通过标准视频信号模拟输出电路模拟输出一个pal制的视频信号，在图像丢失或者图传系统故障时，仍正常实时叠加显示无人机的飞行数据。

本发明具有以下有益效果：

使用性能更强、资源更丰富的32位控制器作为视频叠加模块的主控制器，能够快速接收飞控传来的数据，并通过计算整合，将结果以图形的方式展现出来，直观的显示无人机当前飞行姿态。使操控者无需分散精力去计算当前飞行姿态。出于稳定性和可靠性考虑，硬件电路中加入了标准视频信号模拟输出电路，用于生成一个pal制的视频信号，防止视频信号丢失或者图传系统故障无法正常将信息叠加到视频上。通过使用支持中文的视频叠加显示的芯片dp7456，可以支持部分中文显示。

附图说明

图1为本发明实施例中一个具体应用实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例一种应用在无人机上的视频叠加模块的结构框图。

图3为本发明实施例中的视频调理芯片max7452的外围电路。

图4为本发明实施例中视频叠加芯片dp7456的外围电路.

图5为本发明实施例中的minisd卡电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种应用在无人机上的视频叠加模块，该视频叠加模块介于摄像监控设备和图像传输系统之间，用于将飞行控制器或传感器扩展模块的数据经过处理后叠加到摄像监控设备传来的图像中，并经过图像传输系统无线传输到地面站的图像接收系统中，由操控者读取和处理；具体的，该视频叠加模块包括主控器、电源电路、视频叠加芯片、标准视频信号模拟输出电路、视频信号输出模块，所述主控器上设有传感器扩展接口电路、minisd卡接口电路和usb接口电路，所述主控器采用stm32微控制器，所述视频叠加芯片采用支持常用中文的dp7456。所述minisd卡接口用于记录飞行数据，完成类似于“黑匣子”功能。所述视频叠加模块通过标准视频信号模拟输出电路模拟输出一个pal制的视频信号，即使在图像丢失或者图传系统故障时，也正常将无人机的飞行数据实时在这个视频信号上叠加显示

视频调理芯片max7452的外围电路如图3所示，max7452内部集成了2阶低通滤波器，可以有效的抑制电路的输入噪声，保证了图像质量。芯片内部集成度较高，大大降低了成本。该芯片通过vediosigin端口将摄像装置采集的视频信号输入进去，然后经过处理和必要的输出增益放大，最后通过vediosigout端口将视频信号输出给下一级进行处理。另外，该芯片集成了一个视频丢失监控功能，当视频信号丢失或者摄像设备图像丢失故障时，芯片的8脚losa将输出高电平，该引脚外接的led发光二极管将亮起，表示视频丢失，这时从芯片内部模拟输出一个pal制的视频信号。

视频叠加芯片dp7456的外围电路如图4所示，dp7456视频叠加芯片内部集成了电可擦写可编程存储器，能够做到掉电数据不丢失，除此之外，芯片内部集成了视频驱动器、同步分离器、视频分离开关，大大提高了芯片的集成度，有效的降低了成本，该芯片使用27mhz晶体振荡器工作，通过图4中的p3端口的spi串行接口进行编程，预装了256个字符和图形供用户通过spi在线编程进行编辑。这个电路的主要工作原理是将p2的bnc端口的视频输入信号经过视频处理，将预先编程好的字符和图形叠加到视频上，并通过p1的bnc端口将视频输出给无线图像传输系统。

主控制外围电路是由stm32f405rgt6芯片构成，包括输入/输出端口、时钟振荡器电路、发光二极管指示电路、复位电路等，该电路主要负责收集传感器采集到的信号进行处理并控制视频叠加电路。

为了支持usb设备即插即用，视频叠加模块也设计了usb输入输出电路，为了配合stm32f4系列芯片与usbotg连接，使用st公司的stmps214str芯片作为前端电源处理电路，然后通过usb接口与主控制器芯片连接，这样就可以直接通过usb接口与计算机连接，免除以往视频叠加模块使用usb转ttl电路通过串行接口连接，速度更快连接更稳定。

minisd卡电路如图5所示，minisd卡电路的主要工作原理是通过5个上拉电阻与主控制器连接，另一端与minisd卡连接，最大支持64gb，采用spi方式通信。

电源电路由两部分组成，一部分是将锂电池电压稳压，另一部分是经过reg1117-3.3芯片降压后供整个电路工作。电源电路可靠稳定，能够实现线性稳压功能。

实施例1

将本具体实施的视频叠加模块应用在吉林化工学院无人飞行器实验室的x8固定翼航测机上，配合航空测量装置和大功率图系统，可以在半径20公里内完成航向、gps经纬度、空速、飞行高度、飞行里程等参数的视频叠加，并记录在minisd卡内部。

实施例2

将本具体实施的视频叠加模块应用在吉林化工学院无人飞行器实验室的六旋翼航拍无人机上，配合高清图传发射接收系统，可以将飞行高度、飞行姿态、电池电压、gps搜星质量等信息叠加到视频上，方便航拍过程中对飞行器的姿态和状况有所了解，提升设备的可靠性。

本具体实施的视频叠加模块重新设计了硬件电路，采用意法半导体公司最新的32位微处理器stm32，这种微处理器性能比atmel公司的atmega328更加强劲，处理速度更快，而且内部资源更多。.由于主控制器采用32位微控制器，所以本具体实施的视频叠加模块运行更加流畅，处理飞控获取的各种信息后经过计算后将繁琐的数据转换成图形显示出来，更加直观的展现出无人机的飞行状态。.本具体实施的视频叠加模块自带minisd卡接口，可以记录飞行数据，完成类似于“黑匣子”功能。.本具体实施的视频叠加模块原生usb接口，无需计算机usb转ttl电路连接到飞控，方便用户升级固件或者查看数据。.本具体实施的视频叠加模块有pal制视频生成功能，即使视频信号丢失或者图传系统发生故障也会有飞行参数叠加到视频上，让操控者根据飞行参数(如gps信息)完成返航或者其他功能。.视频字符叠加芯片采用支持常用中文字库的dp7456芯片，可以支持部分中文显示，方便操控者直观读取和理解。.为了使本具体实施的视频叠加模块更加稳定和可靠，电源输入部分增加了稳压、滤波等电路，在软件设计中增加了很多逻辑判断功能，可以设置低电压报警、高度报警、地理围栏报警等，直观的用数据或者图形闪烁的方式叠加显示在视频上提醒操控者。.本具体实施的视频叠加模块支持传感器模块接入，可以在无飞控情况下支持各类传感器，如气压传感器、温湿度传感器等，方便用户使用和扩展。综上所述，本具体实施的视频叠加模块更具实用性，从硬件结构到软件系统设计上与传统的视频叠加模块相比都有很大提升，在航测无人机、航拍无人机、侦查无人机等特种无人机上都可以应用，兼容性较好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。