一种室内建模无人机和基于VR摄影的室内建模方法与流程

本发明涉及三维建模技术领域，具体涉及基于vr摄影的室内建模方法和实现该方法的室内建模无人机。

背景技术：

在摄影领域，闻名遐迩的纪录片《航拍中国》到各类层出不穷的航拍摄影比赛，航拍无疑是无人机最广为人知的用途，但现有的航拍无人机却只能输出二维平面影像，由于机身的遮挡问题和飞行稳定性的问题，而无法拍摄得到真正的vr(virtualreality)全景与空间建模的图像输出。因为vr摄影具有可360°全景观看的特性，所以在vr影视娱乐领域需要更完美的、更稳定的沉浸式体验。现市场上对于vr摄影领域的设备主要有vr全景相机和挂载vr全景相机的无人机或遥控车，其拍摄方法局限而又固定。

同时，对于测绘建模，其设备主要由挂载多个相机的无人机进行航拍测绘，使用图像和空间信息进行点云建模。该领域对于建筑物的内部或是桥洞等gps信号不好的室内无法进行摄影建模，现在都是人工补充信息进行建模。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种基于vr摄影的室内建模方法和实现该方法的室内建模无人机，能够得到更为稳定的vr全景以及室内建模。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种室内建模无人机，包括无人机本体、控制处理器、水平传感器、自稳装置、全景相机支架、相机、距离传感器和通信模块，所述相机和距离传感器均设有多个，并分别设置于全景相机支架上，所述相机和距离传感器分别连接控制处理器，所述控制处理器通过通信模块与地面控制站实现通信连接；

所述全景相机支架通过自稳装置连接所述无人机本体，所述自稳装置包括x轴电机和y轴电机，所述x轴电机连接所述全景相机支架，以带动全景相机支架沿x轴方向摆动，所述y轴电机连接所述x轴电机，以带动x轴电机和全景相机支架沿y轴方向摆动，所述水平传感器设置于无人机本体上以检测无人机本体的水平偏移量，并输出连接所述控制处理器，所述控制处理器控制连接所述自稳装置的x轴电机和y轴电机，以控制x轴电机和/或y轴电机的转轴的转动而使全景相机支架保持水平。

进一步的，所述自稳装置还包括：底座、y轴电机支撑座、轴承支座、x轴电机连接件和支架连接件，所述底座设置于无人机本体上，所述y轴电机支撑座和轴承支座相对设置于底座上，所述y轴电机设置于y轴电机支撑座上，所述x轴电机连接件的一端连接所述y轴电机的转轴，另一端通过轴承可转动的设置于轴承支座上，所述x轴电机设置于x轴电机连接件上，所述支架连接件的两端分别连接于x轴电机的转轴和全景相机支架上。

进一步的，所述支架连接件包括二个支撑杆，所述x轴电机为双头电机，其转轴延伸出x轴电机的两端，二个支撑杆的一端分别连接全景相机支架，另一端分别连接于x轴电机的转轴的两端。

进一步的，所述x轴电机连接件设有一限位槽，所述x轴电机的转轴上设有一摆臂，所述摆臂配合于限位槽内，以限制x轴电机的转轴的转动角度。

进一步的，所述底座上还设有弹性减震垫，并通过弹性减震垫连接于无人机本体顶部。

进一步的，所述全景相机支架是由多个连接杆拼接而成的立体框架结构，所述无人机本体设置于全景相机支架内，所述全景相机支架的上端、下端和周侧均设置有安装座，所述相机设置于安装座上。

进一步的，所述距离传感器设置于全景相机支架的上端、下端和周侧。

进一步的，所述距离传感器为激光测距仪。

进一步的，所述通信模块为无线通信模块。

一种基于vr摄影的室内建模方法，包括如下步骤：

a1，提供上述所述的室内建模无人机，并与地面控制站实现通信连接；

a2，控制所述室内建模无人机起飞，并在一定高度的空中进行定位；

a3，完成定位后，控制所述室内建模无人机在预设路线执行飞行任务，相机和距离传感器分别拍摄实景和检测飞行距离；

a4，根据距离传感器的检测数据解算出空间坐标；

a5，通过相机拍摄的实景和相对应的空间坐标信息进行制作vr影像和建立点云三维模型。

通过本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

通过无人机本体与全景相机支架之间设置自稳装置，能够很好的保持全景相机支架的平稳，从而使相机能够拍摄到稳定的实景，同时通过距离传感器测出的距离来解算出准确的空间坐标，从而得到没有遮挡、稳定的vr全景影像以及准确的建立点云三维模型。

附图说明

图1所示为实施例中室内建模无人机的立体示意图；

图2所示为实施例中室内建模无人机的侧视图；

图3所示为实施例中自稳装置的立体示意图；

图4所示为实施例中自稳装置的侧视图；

图5所示为实施例中自稳装置的结构分解示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参照图1至图5所示，本实施例提供的一种室内建模无人机，包括无人机本体10、控制处理器(未示出)、水平传感器(未示出)、自稳装置20、全景相机支架30、相机41、距离传感器42和通信模块(未示出)，所述相机41和距离传感器42均设有多个，并分别设置于全景相机支架30上，所述相机41和距离传感器42分别连接控制处理器，所述控制处理器通过通信模块与地面控制站实现通信连接。

所述全景相机支架30通过自稳装置20连接所述无人机本体10，所述自稳装置20包括x轴电机28和y轴电机27，所述x轴电机28连接所述全景相机支架30，以带动全景相机支架30沿x轴方向摆动，所述y轴电机27连接所述x轴电机28，以带动x轴电机28和全景相机支架30沿y轴方向摆动，所述水平传感器设置于无人机本体10上以检测无人机本体10的水平偏移量，并输出连接所述控制处理器，所述控制处理器控制连接所述自稳装置20的x轴电机28和y轴电机27，以控制x轴电机28和/或y轴电机27的转轴的转动而使全景相机支架30保持水平。

将多个相机41和距离传感器42分布设置于全景相机支架30上，全景相机支架30通过自稳装置20连接所述无人机本体10，当无人机本体10在飞行过程中发生倾斜时，水平传感器感应检测无人机本体10的水平偏移量，并输出至控制处理器，控制处理器根据偏移量控制x轴电机28和/或y轴电机27而带动全景相机支架30做出补偿摆动，能够使全景相机支架30始终保持平稳状态。多个相机41可分别拍摄多个角度(如上、下、前、后、左、右)的实景，再后续进行拼接，能够形成无遮挡、稳定的vr全景；同时，通过距离传感器42能够精准的检测出该无人机的飞行矢量，进而可准确的解算出空间坐标，与拍摄的实景结合，建立点云三维模型，效率高。以解决vr摄影设备的遮挡、拍摄不稳定、拍摄方式局限和测绘建模在室内外模型联合建模上的技术瓶颈，和对于中低空的建模效率低下的问题。

进一步的，本实施例中，所述自稳装置20还包括：底座21、y轴电机支撑座22、轴承支座23、x轴电机连接件24和支架连接件25，所述底座21设置于无人机本体10上，所述y轴电机支撑座22和轴承支座23相对设置于底座21上，所述y轴电机27设置于y轴电机支撑座22上，所述x轴电机连接件24的一端连接所述y轴电机27的转轴，另一端通过轴承可转动的设置于轴承支座23上，所述x轴电机28设置于x轴电机连接件24上，所述支架连接件25的两端分别连接于x轴电机28的转轴和全景相机支架30上。形成在同一平面内呈“十”字交叉分布，体积小，结构更为紧凑，更好的适应室内空间的飞行；且尽可能的减小该无人机的体积和重量，节省动力。当然的，在其他实施例中，自稳装置20的结构不局限于此。

再进一步的，本实施例中，所述支架连接件25包括二个支撑杆，所述x轴电机28为双头电机，二个支撑杆的一端分别连接全景相机支架30，另一端分别连接于x轴电机28的转轴的两端。使得自稳装置20和全景相机支架30的受力更为均匀，稳定性更好。

再具体的，本实施例中，所述x轴电机连接件24设有一限位槽241，所述x轴电机28的转轴上设有一摆臂281，所述摆臂281配合于限位槽241内，以限制x轴电机28的转轴的转动角度。同时，因无人机本体10的倾斜角度不会太大，设置该角度限制，能够很好的预防在异常状况下过度摆动而造成无人机失衡。

再进一步的，本实施例中，所述底座21上还设有弹性减震垫26，并通过弹性减震垫26连接于无人机本体10顶部。能够很好的起到减震的效果，有效防止抖动。

进一步的，本实施例中，所述全景相机支架30是由多个连接杆拼接而成的立体框架结构，所述无人机本体10设置于全景相机支架30内，所述全景相机支架30的上端、下端和周侧均设置有安装座31，本具体实施例中，在周侧的前端、后端、左端和右端均设置有安装座31，所述相机41设置于安装座31上，实现全景无遮挡拍摄。再具体的，位于全景相机支架30的周侧的每个安装座31均设有倾斜朝上和倾斜朝下的座孔，分别装配二个相机，拍摄更全面、清晰。

进一步的，本实施例中，所述距离传感器42设置于全景相机支架30的上端、下端和周侧，实现精准检测。具体的，在全景相机支架30的周侧，距离传感器42与相机41交错设置，即距离传感器42设置在左前端、右前端、左后端和右后端。

当然的，在其他实施例中，全景相机支架30的结构也不局限于此，也可以采用如中国实用新型专利申请号为201720182864.9公开的全景相机支架等。相机41和距离传感器42的设置方式也不局限于此，只要能够实现全景拍摄以及测出x轴、y轴和z轴的距离进行解算出空间坐标即可。

进一步的，本实施例中，所述距离传感器42为激光测距仪，体积小，测量准确。当然的，在其他实施例中，距离传感器42也可以采用其他能够测出距离的器件。

进一步的，本实施例中，所述通信模块为无线通信模块，具体为蓝牙通信模块，技术成熟，稳定性好。当然的，在其他实施例中，也可以采用其他如4g无线通信模块、gprs无线通信模块等，又或者采用有线通信模块等。

进一步的，本实施例中，所述无人机本体10为现有技术中的用于飞行的无人机结构，包括机身11和动力机构12，所述机身11底部设有起落架13和电池(未示出)，起落架13用于无人机的起落支撑，电池为无人机所有器件供电。动力机构12为连接于机身四周的螺旋桨机构，螺旋桨机构12包括驱动电机121和连接驱动电机121的转轴上的桨叶122，机身11四周的螺旋桨机构12通过碳纤维棒123连接机身11，结构简单，重量轻。控制处理器通过通信模块接收地面控制站的信息而控制动力机构运作，进而实现飞行。

本具体实施例中，控制处理器采用stm32f系列单片机为主控制芯片，该系列芯片是意法半导体(st)公司出品，其内核是cortex-m3，功能强大，能够满足飞行控制的所有要求。

本实施例还提供一种基于vr摄影的室内建模方法，包括如下步骤：

a1，提供上述所述的室内建模无人机，并与地面控制站实现通信连接，即控制处理器通过通信模块与地面控制站实现通信连接；

a2，控制所述室内建模无人机起飞，并在一定高度的空中进行定位；

具体的，地面控制站给出起飞指令，控制处理器接收指令后控制无人机本体起飞至一定高度的空中进行定位，进行坐标原点的设置。优选的，以慢速飞至一定高度的空中进行定位，控制性和精度会更好。

a3，完成定位后，控制所述室内建模无人机在预设路线执行飞行任务，相机41和距离传感器42分别拍摄实景和检测飞行距离；

具体的，所述室内建模无人机的预设路线可由事先预设于控制处理器的路径来实现，又或者是由地面控制站给出路线来实现，预设路线的设置为现有技术，在此不再详述。

a4，根据距离传感器的检测数据解算出空间坐标；

具体的，本实施例中，相机41和距离传感器42分别将拍摄的实景和检测的飞行距离数据传输至控制处理器，控制处理器储存距离传感器42的数据解算出空间坐标，写入gps定点数据中；再传输至地面控制站。其中，数据的传输可通过通信模块直接传输，又或者是先将数据存储至存储卡内，待无人机回程落地后，再拔出存储卡进行导出。再或者是，控制处理器将拍摄的实景和检测的飞行距离数据直接传输至地面控制站，由地面控制站进行解算空间坐标等均可。

a5，通过相机拍摄的实景和相对应的空间坐标信息进行制作vr影像和建立点云三维模型，得到稳定、无遮挡的vr影像以及点云三维模型。

具体的，vr影像和建立点云三维模型的具体流程为现有技术，在此不再详述。

该方法采用上述所述的室内建模无人机，当无人机本体在飞行过程中发生倾斜时，水平传感器感应检测无人机本体10的水平偏移量，并输出至控制处理器，控制处理器根据偏移量控制x轴电机28和/或y轴电机27而带动全景相机支架30做出补偿摆动，能够使全景相机支架30始终保持平稳状态。多个相机可分别拍摄多个角度(如上、下、前、后、左、右)的实景，再后续进行拼接，能够形成无遮挡、稳定的vr全景；同时，通过距离传感器42能够精准的检测出该无人机的飞行矢量，进而可准确的解算出空间坐标，与拍摄的实景结合，建立点云三维模型，效率高。以解决vr摄影设备的遮挡、拍摄不稳定、拍摄方式局限和测绘建模在室内外模型联合建模上的技术瓶颈，和对于中低空的建模效率低下的问题。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。