九镜头无人机全景摄像机的制作方法

本实用新型属于摄像机领域，特别涉及无人机承载的摄像机。具体是九镜头无人机全景摄像机。

背景技术：

无人机摄像搭载的全景相机系统已经广泛应用于国民经济各个领域和国防建设中，在国家建设和安全保护方面有着重要作用。随着科技的不断进步，无人机全景摄像机正在不断提升。但是现有技术还存在不足，还需要质量技术更进一步提高。

中国专利CN201610912717.2《一种无人机搭载的全景相机系统及其操作方法》利用多面体作为载体，集摄像设备、GPS与BDS定位和OSD图像处理为一体的便捷全景定位系统，结构简单，体积较小，省去间接过程环节，拍摄更全面、更准确，信息反馈更及时。不足是对于拼接存在死角，不能适应不同镜头与图像传感器配合，拼接算法复杂。中国专利CN201610552295.2《无人机拍摄全景图的方法及装置》能够控制无人机自动旋转并拍摄图像，从而在不采用全景相机的前提下大大提高了拍摄全景图的操作便捷性。不足是仅采用单镜头，拼接图像存在时间差，拼接算法复杂。中国专利CN201320554125.X《全景影像无人机采集系统》将全景相机搭载在无人机上进行空中影像采集，具有采集范围广、采集效率高的优点。全景相机的镜头朝向不同的方向，能够从不同角度采集一个物体的影像，具有采集精度高的优点。不足是对于拼接存在死角，不能适应不同镜头与图像传感器配合，拼接算法复杂。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术的不足，给出一种全景结构系统构建的九镜头无人机全景摄像机。

本实用新型的目的是这样达到的：一种九镜头无人机全景摄像机，其特征在于：全景摄像机由两部分组成，安装支架和图像处理系统；图像处理系统安装在安装支架上；安装支架固定在无人机底部。

图像处理系统包含9个相同的图像传感器和9个相同规格的定焦镜头，设图像传感器感应的像素纵向为x像素，横向为y像素(x>y),传感像素的长和宽都为w；设定焦镜头的焦距为z,则图像传感器感应面的长度为xw，宽度为yw；

令

即α等于0.5xw/z的反正切函数的两倍，β等于0.5yw/z的反正切函数的两倍，

α和β的单位为度；

安装支架由多个平板连接而成，含底板ABCDEFGH(30)、侧面板、斜面板和固定板；侧面板包括纵向侧面板和横向侧面板.

固定板包括纵向侧面固定板、斜面固定板和横向侧面固定板，纵向侧面固定板、斜面固定板和横向侧面固定板共同构成固定板.

侧面板和斜面板构成支撑板.

图像传感模块安装在支撑板和底板上，支撑板连接底板和固定板

固定板安装支架固定在无人机底部安装平面；所有固定板在一个平面上，并且与底板ABCDEFGH平行.

设固定板所在的平面与底板之间的距离为u,u大于2yw；安装时，底板平行于无人机底部安装平面。

所述侧面板包括纵向侧面板和横向侧面板是指：纵向侧面板ABJI、纵向侧面板EFQR，横向侧面板GHVd、横向侧面板CDNM.

所述斜面板是指斜面板HAfe、斜面板BCLK、斜面板DEPO、斜面板FGTS.

所述固定板包括纵向侧面固定板、斜面固定板和横向侧面固定板是指：纵向侧面固定板IJji、纵向侧面固定板QRrq，斜面固定板efhg、斜面固定板KLlk、斜面固定板OPpo、斜面固定板STts,横向侧面板GHVd、横向侧面板CDNM，横向侧面固定板dVvc、横向侧面固定板MNnm.

支撑板含斜面板HAfe、斜面板BCLK、斜面板DEPO、斜面板FGTS，纵向侧面板ABJI、纵向侧面板EFQR和横向侧面板GHVd、横向侧面板CDNM，图像传感模块安装在支撑板和底板ABCDEFGH上，支撑板连接底板和固定板.

所有固定板在一个平面上，并且与底板ABCDEFGH平行是指：纵向侧面固定板IJji、纵向侧面固定板QRrq，横向侧面固定板dVvc、横向侧面固定板MNnm和斜面固定板efhg、斜面固定板KLlk、斜面固定板OPpo、斜面固定板STts在一个平面上，并且与底板ABCDEFGH平行。

所述底板大小根据无人机大小而确定；AB与EF相互平行，ABEF为矩形，设AB长度为图像传感器感应面的长度xw的a倍，即AB＝EF＝axw，且要求a大于3；CD＝HG＝ayw；CD边和HG边平行，并与AB和EF边垂直；BEDC、AHGF为等腰梯形，AH＝GF＝BC＝ED＝aw(x+y)/2；

AF＝BE

纵向侧面板ABJI、EFQR大小相同，以纵向侧面板ABJI为例来说明，纵向侧面板ABJI为矩形，其中，AB＝IJ＝axw

横向侧面板GHVd、CDNM大小相同，以横向侧面板CDNM 35-2为例来说明，

CD＝MN＝ayw；

斜面板HAfe、BCLK、DEPO、FGTS的大小相同，都是矩形，以斜面板BCLK来说明，

BC＝KL＝aw(x+y)/2；

纵向侧面固定板IJji、QRrq大小相同，都是矩形；以纵向侧面固定板IJji为

例来说明；

IJ＝ji＝axw；Ii＝Ji，且Ii、Jj长度大于3毫米；

横向侧面固定板dVvc、MNnm大小相同，都是矩形；以横向侧面固定板MNnm为例

来说明；

MN＝nm＝ayw；Mm＝Nn，且Mm、Nn长度大于3毫米；

斜面固定板efhg、KLlk、OPpo、STts大小相同，都是矩形；以斜面固定板KLlk为例来说明，

KL＝lk＝aw(x+y)/2；

Kk＝Ll，且Kk、Ll长度大于3毫米。

所述图像处理系统由图像传感模块、可编程门阵列以及外围电路、无线传输模块、视频压缩处理芯片以及其外围电路构成；

九个图像传感模块分别安装在底板ABCDEFGH，横向侧面板GHVd、CDNM，纵向侧面板ABJI、EFQR，斜面板HAfe、BCLK、DEPO、FGTS上，通过控制信号线和像素亮度信号连接线与可编程门阵列以及外围电路连接。

可编程门阵列以及外围电路通过控制信号线和像素亮度信号连接线与九个图像传感模块连接，通过通信连接线与无线传输模块连接，通过视频输出信号连接线与视频压缩信号连接线与视频压缩处理芯片以及其外围电路连接。

无线传输模块通过通信连接线与可编程门阵列以及外围电路连接，将可编程门阵列以及外围电路处理后的数据通过无线传输方式传输到远处。

视频压缩处理芯片以及其外围电路通过视频输出信号连接线与视频压缩信号连接线与可编程门阵列以及外围电路连接。

图像传感模块由镜头、安装盒、传感电路构成。

安装盒为密封不透光的盒子，为立方体或圆柱体，安装盒有两个平行的平面，一个平面用于安装镜头，另一个平面用于固定在底板、侧面板或斜面板上。安装镜头的平面正中央开有安装镜头的圆形内丝口，丝口的直径与镜头的外丝口直径相同。

镜头为定焦镜头，根据需要选择不同焦距镜头；九个镜头的规格完全相同。

传感电路用于感应镜头的图像，在传感电路上有图像传感器，保证传感电路上的图像传感器的感应平面与镜头平行，并且镜头的正中心在图像传感器上的投影在图像传感器的正中心上；安装盒安装在在底板、侧面板或斜面板时，保证图像传感器的感应平面与与底板、侧面板或斜面板所在平面平行；

安装在底板ABCDEFGH上的图像传感模块，图像传感器的纵向边与AB边平行；图像传感器的正中心对准底板的正中心。

安装在2个纵向侧面板ABJI、EFQR上的2个图像传感模块，图像传感器的纵向边分别与AB、EF边平行；图像传感器的正中心对准侧面板的正中心。

安装在2个横向侧面板GHVd、CDNM上的2个图像传感模块，图像传感器的横向边分别与CD、GH边平行；图像传感器的正中心对准侧面板的正中心。

安装在4个斜面板HAfe、BCLK、DEPO、FGTS上的4个图像传感模块，图像传感器的纵向边与其安装的斜面板的BC边、DE边、FG边、HA边的夹角为arctan(y/x)度；图像传感器的正中心对准个斜面板的正中心。

本实用新型的积极效果是：

1、同时拍摄大范围图像信号，提高无人机拍摄图像数据的效率。

2、九个图像传感器统一控制，可消除不同快门时刻以及不同控制模式下造成的图像拼接噪声。

3、在无人机飞行过程中可以从多个视角拍摄图像数据，为图像数据后处理提供更多的拍摄视角和更丰富的图像数据。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图。

图2是安装支架结构示意图。

图3是安装支架立体结构示意图。

图4是安装支架的底板结构示意图。

图5是安装支架的纵向侧面板结构示意图。

图6是安装支架的横向侧面板结构示意图。

图7是安装支架的斜面固定板结构示意图。

图8是安装支架的纵向侧面固定板结构示意图。

图9是安装支架的横向侧面固定板结构示意图。

图10安装支架的斜面固定板结构示意图。

图11是图像处理系统结构框图。

图12是图像传感模块结构框图。

图13可编程门阵列电路图第一部分。

图14是可编程门阵列电路图第二部分。

图15是可编程门阵列电路图第三部分。

图16是可编程门阵列电路图第四部分。

图17图像压缩及其外围电路中视频压缩处理电路第一部分。

图18图像压缩及其外围电路中视频压缩处理电路第二部分。

图19是图像传感器及其外围电路中的图像传感器控制电路。

图20是图像传感器电路第一部分。

图21是图像传感器电路第二部分。

图22是无线通信模块电路。

图中，1无人机，2安装支架，3图像处理系统，4无人机底部安装平面，5底板，6-1、6-2固定板，7-1、7-2支撑板，8-1～8-9图像传感模块，9可编程门阵列以及外围电路，10无线传输模块，11视频压缩处理芯片以及其外围电路，12镜头，13安装盒，14传感电路，30底板ABCDEFGH，31-1纵向侧面板ABJI，31-2纵向侧面板EFQR，32-1斜面板HAfe，32-2斜面板BCLK，32-3斜面板DEPO，32-4斜面板FGTS，33-1纵向侧面固定板IJji，33-2纵向侧面固定板QRrq，34-1斜面固定板efhg，34-2斜面固定板KLlk，34-3斜面固定板OPpo，34-4斜面固定板STts,35-1横向侧面板GHVd，35-2横向侧面板CDNM，36-1横向侧面固定板dVvc，36-2横向侧面固定板MNnm；

支撑板7-1、7-2包括斜面板HAfe32-1、BCLK32-2、DEPO32-3、FGTS32-4，纵向侧面板ABJI31-1、EFQR31-2和横向侧面板GHVd35-1、CDNM35-2。

固定板6-1、6-2含纵向侧面固定板IJji 33-1、QRrq33-2，横向侧面固定板dVvc36-1、MNnm36-2和斜面固定板efhg34-1、KLlk34-2、OPpo34-3、STts34-4。

侧面板包括纵向侧面板ABJI、EFQR和横向侧面板GHVd、CDNM。

具体实施方式

全景摄像机由两部分组成，安装支架和图像处理系统。图像处理系统安装在安装支架上。安装支架固定在无人机底部。如图1所示。

参见图2。安装支架由多个平板连接而成，平板由轻质材料构成，各平板之间连接方式如图2所示。

支架包括底板ABCDEFGH 30，纵向侧面板ABJI 31-1、纵向侧面板EFQR 31-2，斜面板HAfe32-1、斜面板BCLK32-2、斜面板DEPO 32-3、斜面板FGTS 32-4，纵向侧面固定板IJji33-1、纵向侧面固定板QRrq33-2，斜面固定板efhg34-1、斜面固定板KLlk34-2、斜面固定板OPpo34-3、斜面固定板STts 34-4,横向侧面板GHVd35-1、横向侧面板CDNM 35-2，横向侧面固定板dVvc36-1、横向侧面固定板MNnm36-2。

纵向侧面板ABJI 31-1通过AB边与底板ABCDEFGH连接，纵向侧面板EFQR31-2通过EF边与底板ABCDEFGH连接。

斜面板BCLK32-2通过BC边与底板ABCDEFGH连接，斜面板DEPO32-3通过DE边与底板ABCDEFGH连接，斜面板FGTS 32-4通过FG边与底板ABCDEFGH连接，斜面板HAfe 32-1通过AH边与底板ABCDEFGH 30连接。

纵向侧面固定板IJji 33-1通过IJ边与纵向侧面板ABJI31-1连接，纵向侧面固定板QRrq33-2通过QR边与纵向侧面板EFQR31-2连接。

斜面固定板KLlk 34-2通过KL边与斜面板BCLK 32-2连接，斜面固定板OPpo 34-3通过OP边与斜面板DEPO32-3连接，斜面固定板STts34-4通过TS边与斜面板FGTS 32-4连接，斜面固定板efhg34-1通过ef边与斜面板HAfe 32-1连接。

横向侧面板CDNM 35-2通过CD边与底板ABCDEFGH 30连接，横向侧面板GHVd35-1通过GH边与底板ABCDEFGH 30连接。

横向侧面固定板MNnm 36-2通过MN边与横向侧面板CDNM 35-2连接，横向侧面固定板dVvc36-1通过dV边与横向侧面板GHVd35-1连接。

参见图3。无人机底部安装平面4是指无人机底部用于安装全景摄像机的安装平面，当无人机水平放置时，无人机底部安装平面处于水平面上。

底板ABCDEFGH 30安装时平行于无人机底部安装平面。

支撑板7-1、7-2含斜面板HAfe32-1、BCLK32-2、DEPO32-3、FGTS32-4，纵向侧面板ABJI31-1、EFQR31-2和横向侧面板GHVd35-1、CDNM35-2，图像传感模块安装在支撑板7-1、7-2上，支撑板7-1、7-2连接底板30和固定板6-1、6-2。

固定板6-1、6-2含纵向侧面固定板IJji 33-1、QRrq33-2，横向侧面固定板dVvc36-1、MNnm36-2和斜面固定板efhg34-1、KLlk34-2、OPpo34-3、STts34-4，固定板6-1、6-2将安装支架固定在无人机底部安装平面；纵向侧面固定板IJji33-1、QRrq33-2，横向侧面固定板dVvc36-1、MNnm36-2和斜面固定板efhg34-1、KLlk34-2、OPpo34-3、STts34-4在一个平面上，并且与底板ABCDEFGH 30平行。

设固定板6-1、6-2所在的平面与底板30之间的距离为u,u大于2yw。

参见图4～图10。

底板ABCDEFGH30大小根据无人机大小而确定；AB与EF相互平行，设AB长度为图像传感器感应面的长度xw的a倍，即AB＝EF＝axw，且要求a大于3；CD＝HG＝ayw；CD边和HG边平行，并与AB和EF边垂直；BEDC、AHGF为等腰梯形，AH＝GF＝BC＝ED＝aw(x+y)/2；

AF＝BE

纵向侧面板ABJI31-1、EFQR31-2大小相同，以横向侧面板ABJI 31-1为例来说

明：纵向侧面板ABJI31-1为矩形，其中，AB＝IJ＝axw

横向侧面板GHVd35-1、CDNM35-2大小相同，以横向侧面板CDNM 35-2为例来说明

CD＝MN＝ayw；

斜面板HAfe32-1、斜面板BCLK32-2、斜面板DEPO32-3、斜面板FGTS32-4的大

小相同，都是矩形，以斜面板BCLK32-2来说明，

BC＝KL＝aw(x+y)/2；

纵向侧面固定板IJji 33-1、纵向侧面固定板QRrq33-2大小相同，都是矩形；

以纵向侧面固定板IJji 33-1为例来说明；

IJ＝ji＝axw；Ii＝Ji，且Ii、Jj长度大于3毫米；

横向侧面固定板dVvc36-1、横向侧面固定板MNnm36-2大小相同，都是矩形；以侧面固定板MNnm36-2为例来说明；

MN＝nm＝ayw；Mm＝Nn，且Mm、Nn长度大于3毫米；斜面固定板efhg34-1、斜面固定板KLlk34-2、斜面固定板OPpo34-3、斜面固定板STts 34-4大小相同，都是矩形；以斜面固定板KLlk34-2为例来说明，

KL＝lk＝aw(x+y)/2；

Kk＝Ll，且Kk、Ll长度大于3毫米。

参见图11。图像处理系统由图像传感模块8-1～8-9、可编程门阵列以及外围电路9、无线传输模块10、视频压缩处理芯片以及其外围电路11构成。

九个图像传感模块8-1～8-9分别安装在底板ABCDEFGH 30，横向侧面板GHVd35-1、CDNM 35-2，纵向侧面板ABJI 31-1、EFQR31-2，斜面板HAfe32-1、BCLK32-2、DEPO32-3、FGTS32-4上，通过控制信号线和像素亮度信号连接线与可编程门阵列以及外围电路连接。

可编程门阵列以及外围电路9通过控制信号线和像素亮度信号连接线与九个图像传感模块8-1～8-9连接，通过通信连接线与无线传输模块10连接，通过视频输出信号连接线与视频压缩信号连接线与视频压缩处理芯片以及其外围电路11连接。

无线传输模块10通过通信连接线与可编程门阵列以及外围电路9连接，将可编程门阵列以及外围电路9处理后的数据通过无线传输方式传输到远处。

视频压缩处理芯片以及其外围电路11通过视频输出信号连接线与视频压缩信号连接线与可编程门阵列以及外围电路9连接。

参见图12。图像传感模块由镜头12、安装盒13、传感电路14构成。

安装盒为密封不透光的盒子，为立方体或圆柱体，安装盒有两个平行的平面，一个平面用于安装镜头，另一个平面用于固定在底板、侧面板或斜面板上。安装镜头的平面正中央开有安装镜头的圆形内丝口，丝口的直径与镜头的外丝口直径相同。

镜头为定焦镜头，根据需要选择不同焦距镜头；九个镜头的规格完全相同。

传感电路用于感应镜头的图像，在传感电路上有图像传感器，保证传感电路上的图像传感器的感应平面与镜头平行，并且镜头的正中心在图像传感器上的投影在图像传感器的正中心上；安装盒安装在在底板、侧面板或斜面板时，保证图像传感器的感应平面与与底板、侧面板或斜面板所在平面平行。

安装在底板ABCDEFGH 30上的图像传感模块，图像传感器的纵向边与AB边平行。图像传感器的正中心对准底板的正中心。

安装在2个纵向侧面板ABJI31-1、EFQR31-2上的2个图像传感模块，图像传感器的纵向边分别与AB、EF边平行；图像传感器的正中心对准侧面板的正中心。

安装在2个横向侧面板GHVd35-1、CDNM35-2上的2个图像传感模块，图像传感器的横向边分别与CD、GH边平行；图像传感器的正中心对准侧面板的正中心。

安装在4个斜面板HAfe32-1、BCLK32-2、DEPO32-3、FGTS32-4上的4个图像传感模块，图像传感器的纵向边与其安装的斜面板的BC边、DE边、FG边、HA边的夹角为arctan(y/x)度；图像传感器的正中心对准个斜面板的正中心。

本实施例中，图像传感器采用SONY公司的ICX205；x＝1360,y＝1024,w＝4.65um，设u＝4yw＝19.0mm。

镜头采用日本株式会社腾龙工业镜头。型号：TAMRON 17HF；焦距：16mm；即：z＝16mm；

本实施例中的安装支架由轻质铝合金制作，各面板的边长如下：

安装支架由轻质铝合金制作，各面板的边长计算如下：

a＝10；

AB＝IJ＝EF＝QR＝axw＝10*1024*4.65um＝63.2mm

CD＝MN＝HG＝Vd＝BD＝ayw＝10*1360*4.65um＝47.6mm

AH＝GF＝BC＝ED＝aw(x+y)/2＝55.4mm；

本实施例的可编程门阵列以及外围电路中可编程门阵列电路图第一部分～第四部分参见附图13～16。可编程门阵列:U1,采用Xilnx公司，X3S1200。

图像压缩及其外围电路的视频压缩处理电路参见图17、图18。视频压缩芯片:U12，为TOKYO公司生产，型号TE3310。

图19是图像传感器及其外围电路中的图像传感器控制电路。

U6：TI公司生产，型号：SN74LVC16245。

图像传感器电路参见图20、21。其中，UCI为SONY公司生产，型号ICX205。

图22是无线通信模块电路。其中，U7为CC2520:无线传输芯片/美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产。U14:CC2591:无线传输前端芯片/美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产。