无人机图像监控和传输系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及图像监控和传输领域，具体涉及一种无人机图像监控和传输系统。
【背景技术】
[0002]目前无人机拍摄的视频一般都是通过图像传输设备将视频传输到地面站系统上，然后观察者可以在地面基站上，实时查看无人机拍摄的视频，但是由于图像传输设备和天线的限制，使得地面基站所在的位置与无人机之间的距离必须在一定的范围内，从而导致观察者也必须随着地面基站在此范围内，如果离开了此范围则不能进行实时查看无人机拍摄的视频，对其应用具有非常大的限制。
[0003]现有的视频图像的回传，大多数是基于模拟视频信号，图像不清晰，还需要一个称为1SD的设备，这个设备实际上就将高清摄像机的模拟视频信号与飞行参数进行叠加回传地面，因此虽然飞机上存储的是高清图像，但回传到地面的图像是叠加了飞行状态参数的模拟图像，而人们往往需要实时看到飞机上拍摄的高清数字图像。
[0004]无人机视频传输应用实现的关键在于无线传输链路手段。目前的无线传输技术主要有包括以下技术:3G 网络(CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA)、4G(TD_LTE 和 FDD-LTE)网络、无线局域网(WIFI)、卫星、微波等。
[0005]卫星和微波技术是无线视频传输的传统手段，且卫星通信技术的最大优点是服务范围广、功能强大、使用灵活，不受地理环境和其它外部环境的影响，尤其是不受外界电磁环境的影响。但这两种技术成本居高不下，其昂贵的初始建造费用和通讯费用常使人望而却步，无法大面积推广。
[0006]WIMAX/WIFI等技术构建无线城域网来进行大范围覆盖的视频应用，需要建设方建设大量基站，一方面基站建设成本巨大，非一般用户能够承受；另一方面即使某一单位建成了无线城域网，由于其初始建设费用巨大而不愿与其他用户进行共享，从而对社会资源造成了较大浪费。
[0007]移动运营商所建的无线网络(4G、3G)是全社会覆盖的巨型网络，利用运营商建设的现有无线网络传输移动视频图像和声音，有以下显而易见的优势:(I)地理位置广，只要在手机信号能覆盖的位置就能传输视音频；(2)初始投资低，省去了基站建设的建设和维护的高额费用，从全社会角度看可以避免大量单位重复建设基站，从而节省了社会资源；
(3)通讯资费便宜，手机链路的通信资费相比卫星等传输方式，资费具有极大的优势，同时通过参加套餐、预存话费等方式还能够大幅降低运营通讯费。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种无人机图像监控和传输系统，该系统支持视觉导航、图像识别与避障，将卫星通信网络模式与传统通信模式融合在一起，可解决大容量图像数据的高速交换，并具有较高的安全性。
[0009]为了实现上述目的，本发明提供一种无人机图像监控和传输系统，该系统包括:
[0010]安装在无人机内的图像监控装置和安装在地面中心站的视频传输装置；
[0011]其中，图像监控装置包括:
[0012]安装在无人机上的监控计算机、卫星导航单元、高清运动摄像机、视频图像无线发射模块；
[0013]视频传输装置包括:
[0014]视频图像接收模块、多信道分发模块、中心站点图像处理模块和显示终端；
[0015]所述图像接收模块，接收所述图像发射模块发射的图像信号；
[0016]所述的多信道分发模块由视频压缩编码器，多信道通信分发设备，通信设备，网关设备组成，所述的通信设备包括有线传输设备，短距离无线通信设备，移动通信设备，卫星通信设备，所述的中心图像处理系统由解码设备，图像显示设备组成。
[0017]优选的，所述多信道分发设备上设置有加密装置，所述的中心站点图像处理系统上设置有解密设备，采用这种设计以后，通过对于数据的加密，从而保证了数据传输过程中的安全性，采用硬件加密和硬件解密设备，使得软件破解难度非常大，即使有人截获了相关的文件，但是由于没有相对应的硬件，也难以进行文件的解密，最大程度的保证了传输文件的安全性。
[0018]优选的，所述图像监控装置还可包括视觉计算机，所述视觉计算机内部有DSP处理器、ARM处理器，运行Linux操作系统，以百兆以太网口与所述监控计算机连接，通过所述监控计算机的以太网交换芯片(LANswitch)所扩展的以太网交换式总线接收高清运动相机传回的图片，进行图像的分析解算，并与光流传感器、超声波传感器、惯性测量单元数据进行融合，进行视觉导航、障碍规避、图像目标识别跟踪。
[0019]优选的，所述高清运动摄像机直接由以太网口与监控计算机所扩展的以太网交换式总线进行连接，支持多个视频流的转发，通过以太网交换芯片(LANswitch)将高清视频数据传给视觉计算机(DSP+ARM)进行图像计算。
[0020]优选的，所述卫星导航单元为GPS/北斗接收芯片、磁罗盘、单片机，出CAN总线与监控计算机(ARM)连接，支持GPS和北斗导航定位，支持磁航向计对飞行器姿态的解算，并与惯性测量单元(MU)进行数据融合，最终由监控计算机11解算飞行器姿态和飞行器位置。
[0021]优选的，所述视频图像无线发射模块可兼容多种信号发射模式，包括距离无线传输模式，卫星信号发射模式，3G/4G移动信号发射模式等。
[0022]优选的，所述的移动通信设备采用多种网络制式设备，兼容3G和4G网络。
[0023]优选的，所述的卫星通信设备包括卫星天线，卫星功放，LNB,卫星调制解调器，采用这种设计以后，通过该卫星通信设备，可以实现视频数据通过卫星信号进行传输，提升了设备适用范围。
[0024]本发明具有以下优点和有益效果:(1)支持高清数字图像实时传回地面，满足高清数字传输要求，支持视觉导航、障碍规避和图像目标识别跟踪，满足新技术发展要求；(2)该设备是通过将卫星通信网络模式与传统通信模式融合在一起，只需要一套视频图像采集系统和多信道分发系统设备，就能将两种通信链路捆绑传输音视频信号，使得应急指挥通信宽带成本降低，并且使得使用范围提升。
【附图说明】
[0025]图1示出了本发明的一种无人机图像监控和传输系统的框图。
[0026]图2示出了本发明的一种无人机图像监控和传输方法。
【具体实施方式】
[0027]图1是示出了本发明的无人机图像监控和传输系统。该系统包括:安装在无人机内的图像监控装置I和安装在地面中心站的视频传输装置2。
[0028]其中，图像监控装置I包括:安装在无人机上的监控计算机11、卫星导航单元13、高清运动摄像机12、视频图像无线发射模块14和视觉计算机15。
[0029]所述监控计算机11还嵌入有以太网交换芯片(LANswitch)，所述以太网交换芯片(LANswitch)与监控计算机15 (ARM)通过局域网(LAN)连接，
[0030]所述视觉计算机15内部有DSP处理器、ARM处理器，运行Linux操作系统，以百兆以太网口与所述监控计算机连接，通过所述监控计算机的以太网交换芯片(LANswitch)所扩展的以太网交换式总线接收高清运动摄像传回的图片，进行图像的分析解算，并与光流传感器、超声波传感器、惯性测量单元数据进行融合，进行视觉导航、障碍规避、图像目标识别跟踪。
[0031]所述高清运动摄像机12直接由以太网口与监控计算机11所扩展的以太网交换式总线进行连接，支持多个视频流的转发，通过以太网交换芯片(LANswitch)将高清视频数据传给视觉计算机(DSP+ARM)进行图像计算。
[0032]所述视频图像无线发射模块14可兼容多种信号发射模式，包括短距离无线传输，卫星信号发射模式，3G/4G移动信号发射模式等。
[0033]所述卫星导航单元13为GPS/北斗接收芯片、磁罗盘、单片机，出CAN总线与监控计算机(ARM)连接，支持GPS和北斗导航定位，支持磁航向计对飞行器姿态的解算，并与惯性测量单元(MU)进行数据融合，最终由监控计算机11解算飞行器姿态和飞行器位置。
[0034]视频传输装置2包括:视频图像接收模块21、多信道分发模块22、中心站点图像处理模块23和显示终端24。所述视频图像接收模块21，经卫星网络或移动通信网络接收所述图像发射模块发射14的图像信号；所述的多信道分发模块22由视频压缩编码器，多信道通信分发设备，通信设备，网关设备组成，所述的通信设备包括有线传输设备，短距离无线通信设备，移动通信设备，卫星通信设备，所述的中心图像处理系统由解码设备，图像显示设备组成。
[0035]多信道分发系统通过对于现有信道的检测，寻找最佳信道，视频压缩编码器对视频图像采集系统采集到的视频和图像进行压缩编码，减小文件大小，减小信道压力，通过最佳信道进行视频文件传输，将视频文件就、传输至网络服务器，中心图像处理系统接入internet公网，对视频文件进行实时解码，并且显示在图像显示设备上。
[0036]所述多信道分发设备上设置有加密装置，所述的中心站点图像处理系统上设置有解密设备，采用这种设计以后，通过对于数据的加密，从而保证了数据传输过程中的安全性，采用硬件加密和硬件解密设备，使得软件破解难度非常大，即使有人截获了相关的文件，但是由于没有相对应的硬件，也难以进行文件的解密，最大程度的保证了传输文件的安全性。
[0037]所述的移动通信设备米用多种网络制式设备，兼容3G和4G网络。米用这种设计以后，国家3G已经基本稳定，4G高速发展，现阶段，是3G和4G共存的一个阶段，两种制式都能满足传输音视频文件的需求，因为其覆盖面和覆盖强度的不同，采用兼容3G和4G的方法是最佳选择，4G的数据传输量比较大，但是覆盖面比较差，适合在具有4G信号的地方进行高质量视频传输，3G覆盖面比较广，但是数据传输量比较小，适合在没有4G信号的地方进行视频传输。
[0038]所述的卫星通信设备包括卫星天线，卫星功放，LNB,卫星调制解调器，采用这种设计以后，通过该卫星通信设备，可以实现视频数据通过卫星信号进行传输，提升了设备适用范围。
[0039]图2示出了本发明的一种无人机图像监控和传输方法。该方法具体包括如下步骤:
[0040]S1.监控计算机启动监控程序，所述卫星导航单元启动GPS导航程序；
[0041]S2.高清运动摄像机按照监控程序的轨迹采集视频图像，视觉计算机对图像进行处理；
[0042]S3.视频图像无线发射模块，和视频图像接收模块，配合完成图像信号的无线发送和接收；
[0043]S4.中心站点图像处理模块对接收到的图像信号进行处理，并在显示终端上显示。
[0044]优选的，在步骤SI中，还包括如下导航定位步骤:
[0045]监控计算机11