一种多镜头自适应变焦无人机监控平台及控制方法与流程

一种多镜头自适应变焦无人机监控平台及控制方法，适用于无人机航拍领域。

背景技术：

无人机作为一个新兴的领域，无论是在军事还是民用都应用的越来越广泛；特别是无人机航拍更是方兴未艾。现在的无人机航拍多是单镜头的拍摄，拍摄的图像范围有限、拍摄的角度单一；所以无人机多镜头的拍摄应运而生，但现在的无人机多镜头拍摄难以克服多镜头自动适应变焦的问题，拍摄处来的图片质量不高，合成大图后图像面模糊。

技术实现要素：

技术问题：现在的无人机多镜头拍摄难以克服多镜头自动适应变焦的问题，拍摄处来的图片质量不高，合成大图后图像面模糊。

技术方案：一种多镜头自适应变焦无人机监控平台，包含无人机主体、摄像机吊舱、高精密电子陀螺仪、测距雷达、自适应变焦摄像机；高精密电子陀螺仪设置于无人机主体机腹内部并与控制主板电性相连，摄像机吊舱经活动关节设置于无人机主体的底部，测距雷达与自适应变焦摄像机分别设置于摄像机吊舱的底部且都与无人机的控制主板电性相连。

进一步的，摄像机吊舱与无人机主体的连接关节设计为依据重力能多向自由活动的自旋转万向结。

进一步的，摄像机吊舱与无人机主体的连接关节设计为依据高精密电子陀螺仪控制旋转的机控万向结。

进一步的，自适应变焦摄像机包含1个中心摄像机和多个周边均布摄像机，中心摄像机固定于摄像机吊舱底部中心处，周边均布摄像机呈方形或者圆周形经机控关节设置于中心摄像机的周边。

进一步的，测距雷达设计为u槽形并呈环状围绕中心摄像机设置。

一种多镜头自适应变焦无人机监控平台的控制方法，其特征在于包含以下步骤：

一、初始化无人机飞行参数：根据高精密电子陀螺仪与测距雷达的测量数据设置好中心摄像机的焦距、周边均布摄像机的倾斜角度a及图片的重叠面积、无人机飞行高度h0、飞行正向标定方向l、飞行侧向标定方向r和飞行速度v，并设定起飞点的坐标（0,0,h0）；

二、测量环境的坐标数据收集：依据规划好的路线保持无人机飞行高度绕测量环境飞行，得出测量环境中各个点的相对坐标（xn,yn,hn）；

三、数据计算：1.依据无人机测得的测量环境中的各个点的相对坐标（xn,yn,hn）和摄像机的视角角度b及图片在飞行正向的重叠像数数sl、图片在飞行侧向的重叠像数数sr、周边均布摄像机的倾斜角度a、周边均布摄像机与飞行正向标定方向l的夹角为d；设定摄像机在适应物体焦距的距离时摄影拍摄的图片在飞行正向的像素是确定的nl、飞行侧向的像素是确定的nr，设定图片中的每两个像素间的坐标值距离是q。

2.那当中心摄像机在某测量点（x,y,h）的位置时可以推导得出周边均布摄像机的物距（即物体到镜头中心点的距离）点的坐标（x1，y1）:

x1=x+（nl-2sl）cosd*q（当0^o≤d≤90^o,270^o≤d≤360^o时cosd取绝对值；90^o<d<270^o时cosd取绝对值的负值）；

y1=y+(nr-2sr）sind*q。

3.对应步骤二已经测量得到的坐标值便可得到周边均布摄像机的物距点的坐标为（x1，y1,hn），那周边均布摄像机的物距h1为：

h1=hn/cosa。

四、摄像机自动适应：依据摄像机已知的镜头参数、测量和计算得出的中心摄像机和周边均布摄像机的坐标值、物距值；控制主板自动控制摄像机适应各点的像距（即成像平面到镜头中心的距离）值，使所成物像有高的清晰度。

附图说明

图1是本发明一种多镜头自适应变焦无人机监控平台及控制方法的整体图；

图2是本发明一种多镜头自适应变焦无人机监控平台及控制方法的分解图；

图3是本发明一种多镜头自适应变焦无人机监控平台及控制方法的万向结结构图；

图4是本发明一种多镜头自适应变焦无人机监控平台及控制方法的测距雷达结构图；

图5是本发明一种多镜头自适应变焦无人机监控平台及控制方法的测量原理图；

图6是本发明一种多镜头自适应变焦无人机监控平台及控制方法的计算原理图。

图中1是无人机主体，2是摄像机吊舱，3是高精密电子陀螺仪，4是测距雷达，5是自适应变焦摄像机，5-1是中心摄像机，5-2是周边均布摄像机，6是自旋转万向结，7是机控万向结。

具体实施例

实施例一：一种多镜头自适应变焦无人机监控平台，包含无人机主体1、摄像机吊舱2、高精密电子陀螺仪3、测距雷达4、自适应变焦摄像机5；高精密电子陀螺仪3设置于无人机主体1机腹内部并与控制主板电性相连，摄像机吊舱2经活动关节设置于无人机主体1的底部，测距雷达4与自适应变焦摄像机5分别设置于摄像机吊舱2的底部且都与无人机的控制主板电性相连。

摄像机吊舱2与无人机主体1的连接关节设计为依据高精密电子陀螺仪3控制旋转的机控万向结7。

自适应变焦摄像机5包含1个中心摄像机5-1和多个周边均布摄像机5-2，中心摄像机5-1固定于摄像机吊舱2底部中心处，周边均布摄像机5-2呈圆周形经机控关节7设置于中心摄像机5-1的周边。

测距雷达4设计为u槽形并呈环状围绕中心摄像机5-1设置。

一种多镜头自适应变焦无人机监控平台的控制方法，其特征在于包含以下步骤：

一、初始化无人机飞行参数：根据高精密电子陀螺仪3与测距雷达4的测量数据设置好中心摄像机5-1的焦距、周边均布摄像机5-2的倾斜角度a及图片的重叠面积、无人机飞行高度h0、飞行正向标定方向l、飞行侧向标定方向r和飞行速度v，并设定起飞点的坐标（0,0,h0）。

二、测量环境的坐标数据收集：依据规划好的路线保持无人机飞行高度绕测量环境飞行，得出测量环境中各个点的相对坐标（xn,yn,hn）。

三、数据计算：1.依据无人机测得的测量环境中的各个点的相对坐标（xn,yn,hn）和摄像机的视角角度b及图片在飞行正向的重叠像数数sl、图片在飞行侧向的重叠像数数sr、周边均布摄像机5-2的倾斜角度a、周边均布摄像机5-2与飞行正向标定方向l的夹角为d；设定摄像机在适应物体焦距的距离时摄影拍摄的图片在飞行正向的像素是确定的nl、飞行侧向的像素是确定的nr，设定图片中的每两个像素间的坐标值距离是q。

2.那当中心摄像机5-1在某测量点（x,y,h）的位置时可以推导得出周边均布摄像机5-2的物距（即物体到镜头中心点的距离）点的坐标（x1，y1）:

x1=x+（nl-2sl）cosd*q（当0^o≤d≤90^o,270^o≤d≤360^o时cosd取绝对值；90^o<d<270^o时cosd取绝对值的负值）；

y1=y+(nr-2sr）sind*q。

3.对应步骤二已经测量得到的坐标值便可得到周边均布摄像机5-2的物距点的坐标为（x1，y1,hn），那周边均布摄像机5-2的物距h1为：

h1=hn/cosa。

四、摄像机自动适应：依据摄像机已知的镜头参数、测量和计算得出的中心摄像机5-1和周边均布摄像机5-2的坐标值、物距值；控制主板自动控制摄像机适应各点的像距（即成像平面到镜头中心的距离）值，使所成物像有高的清晰度。

实施例二：摄像机吊舱2与无人机主体1的连接关节设计为依据重力能多向自由活动的自旋转万向结6。周边均布摄像机5-2呈方形经机控关节7设置于中心摄像机5-1的周边。其余如实施例一所述。