一种无人机用多源成像载荷的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种无人机用多源成像载荷。
【背景技术】
[0002]无人机在影视、搜救、警用、军事等领域使用越来越广泛，小型无人机以其成本低廉，使用简单，功能强大受到用户欢迎。作为无人机的关键设备，光电成像载荷承担了无人机对地侦察、目标搜索、跟踪、定位等工作，是无人机的核心载荷之一。随着技术发展，无人机的生产研制逐步实现了模块化、流程化和批量化，但是无人机载荷的设计尚无统一标准。作为无人机载荷关键部件的光学成像载荷与图像处理模块，是无人机载荷设计难度最大，成本最高，功能最复杂的模组。
[0003]由于成像设备的硬件接口与数据格式标准繁杂，无人机载荷往往需要针对不同成像设备设计不同的接口与转接电路，导致载荷体积增加，能耗提高；为保证多源成像载荷的视频数据通路选择，采用实时视频切换方式需要在内部实现冗余数据链路同时传递多路视频数据，导致电路设计尺寸偏大，而采用非实时视频切换方式需要在载荷通电状态下进行热启动，导致载荷在空中处于失控状态；为丰富光电载荷的功能设计，通常选择为每一项新的功能而在载荷中添加新模块，导致高昂的设计成本；传统载荷外部接口设计较为单一，数据格式不统一，在定型之后难以更改，更难以适应多变的外部接口需求，导致每一种新的接口都需要重复开发，导致大量的重复设计与劳动。诸如此类问题导致无人机总体成本偏高，极大的限制了无人机在多领域的推广与使用。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:提供一种集可见光成像模块、红外成像模块和激光指示模块于一体的无人机用多源成像载荷，具备体积小、重量轻、功能强大等优点，可以充分满足中近距离的昼夜光电侦察需求，而多载荷配合使用更能为不同环境与应用条件下的使用带来便利。
[0005]本发明的技术方案是:一种无人机用多源成像载荷，包含光电载荷组件和视频处理组件，所述光电载荷组件包括可见光成像模块、红外成像模块和激光指示模块；视频处理组件包括中心处理模块、目标检测模块和视频压缩模块；
[0006]可见光成像模块输出第一分辨率的RawRGB格式视频数据至中心处理模块，红外成像模块输出灰度视频数据至中心处理模块并由中心处理模块转换为第一分辨率的RawRGB格式视频数据，激光指示模块与中心处理模块连接并由中心处理模块控制其开关；
[0007]中心处理模块将第一分辨率的RawRGB格式视频数据发送至视频压缩模块，视频压缩模块将接收到的第一分辨率的RawRGB格式视频数据转换为第一分辨率的YUV420格式视频数据后，对YUV420格式视频数据进行电子变倍获得第二分辨率的YUV420格式视频数据，对第二分辨率的YUV420格式视频数据进行视频压缩编码获得第二分辨率的压缩视频数据或者模拟视频信号；中心处理模块将第一分辨率的RawRGB格式视频数据进行降采样后获得第三分辨率的RawRGB格式视频数据并将其发送至目标检测模块；目标检测模块根据接收到的视频数据进行目标跟踪或动目标检测获得目标坐标，将目标坐标输出至中心处理模块；中心处理模块将压缩视频数据与目标坐标进行数据封装后获得数字视频数据并将数字视频数据输出至外部接口或者中心处理模块将模拟视频信号输出至外部接口 ；第一分辨率、第二分辨率和第三分辨率的分辨率依次变小。
[0008]可见光成像模块采用1/2.5英寸的CMOS传感器作为感光成像器件，像元尺寸为2.2 X 2.2 μ m，感光幅面大小为 5.70mm x 4.28mm。
[0009]红外成像模块使用非制冷氧化钒探测器，原始分辨率为640x512，像元尺寸为17um，选用焦距为19mm-100_的定焦镜头。
[0010]激光指示模块采用九只激光二极管排列成3x3的阵列，激光二极管的中心波长为810nm。
[0011]中心处理单元采用一片FPGA芯片实现，目标检测模块采用一片DSP芯片实现，视频压缩模块采用一片ARM芯片实现。
[0012]第一分辨率为2592x1944，第二分辨率为720x540，第三分辨率为320x240。
[0013]所述外部接口为数字视频接口时，中心处理模块采用同步422电平串口输出、异步422电平串口输出或网口输出所述数字视频数据。
[0014]所述外部接口为模拟视频接口时，视频压缩模块将压缩视频数据转换为PAL制式模拟视频信号后发送至中心处理模块，中心处理模块将PAL制式模拟视频信号输出至外部接口。
[0015]对于可见光成像模块对应的第一分辨率的YUV420格式视频数据进行电子变倍的过程如下:以每帧视频数据的中心为准截取指定区域大小的数据，然后通过三次线性拟合缩放至所述第二分辨率获得第二分辨率的YUV420格式视频数据，指定区域大小的为2592x1944 至 640x480 之间。
[0016]对于红外成像模块对应的第一分辨率的YUV420格式视频数据进行电子变倍的过程如下:提取指定区域的视频数据，指定区域为以(0，16)为左上角，以(640，496)为右下角的区域；然后对提取的指定区域的视频数据通过三次线性拟合缩放至所述第二分辨率，获得第二分辨率的YUV420格式视频数据。
[0017]视频压缩模块在电子变倍之后以及视频压缩编码之前进行叠加状态字，叠加状态字包括叠加当前成像载荷类型、激光指示模块开关状态和电子变倍状态，并根据目标检测模块获得的目标坐标数据在视频中叠加显示目标方框。
[0018]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0019]本发明在小体积前提下，针对小型无人机使用需求，同时集成了适用性最广泛的可见光成像模块以及红外成像模块两种光电载荷模块，两种图像视频载荷的输出数据格式使用相同的RawRGB(Bayer)格式，保持光电载荷组件的输出数据的接口一致性；基于进行目标指示以及夜晚对于无人机自身可视化定位的需求，增加激光指示模块，可满足常见微光夜视设备的使用；为提高光电载荷设备的集成度，减少载荷设备的开发时间，并提供统一外部接口，在视频处理组件中集成了目标跟踪、动目标检测、电子变倍等多项实用性功能。
[0020]可见光成像模块、红外成像模块和激光指示模块通过一个中心处理模块进行统一控制，中心处理模块从可见光成像模块与红外成像模块采集视频数据，转换为相同的数据格式后进行数据压缩，在数据压缩时进行电子变倍，采用电子变倍方式能够在不降低图像画质的基础上，提供低分辨率(720x540)的局部细节观察与全画幅(2592x1944)图像采集之间多档过渡。
[0021]总之，本发明具备体积小、重量轻、功能强大等优点，可以充分满足中近距离的昼夜光电侦察需求，而多载荷配合使用更能为不同环境与应用条件下的使用带来便利，适用于固联方式或稳定平台方式搭载的无人固定翼机和旋翼机。
【附图说明】
[0022]图1为本发明无人机用多源成像载荷组成框图；
[0023]图2为可见光成像模块的信号线隔离图；
[0024]图3为本发明RawRGB格式视频数据示意图；
[0025]图4为本发明视频压缩模块工作流程图。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，本发明的无人机用多源成像载荷，包含光电载荷组件和视频处理组件，所述光电载荷组件包括可见光成像模块、红外成像模块和激光指示模块；视频处理组件包括中心处理模块、目标检测模块和视频压缩模块；
[0027]可见光成像模块输出第一分辨率的RawRGB格式视频数据至中心处理模块，红外成像模块输出灰度视频数据至中心处理模块并由中心处理模块转换为第一分辨率的RawRGB格式视频数据，激光指示模块与中心处理模块连接并由中心处理模块控制其开关；
[0028]中心处理模块将第一分辨率的RawRGB格式视频数据发送至视频压缩模块，视频压缩模块将接收到的第一分辨率的RawRGB格式视频数据转换为第一分辨率的YUV420格式视频数据后，对YU