基于数码相机的飞行器云台稳定性测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试装置和方法。固定支架布置在飞行器外周围，飞行器顶部通过万向节固定在支撑杆下端并位于固定支架的中心，油布水平布置于固定支架框架的底面，油布上布设有标志图像，数码相机与飞行器机身刚性连接，飞行器和数码相机均经图片数据传输系统与地面的PC上位机相连接；先对数码相机进行标定，建立数码相机图像的像素位置与油布上的标志点位置之间的关系，飞行保持固定支架和油布水平平行于地面，实时采集图片数据处理得到外方位参数，方差求解后获得飞行器云台的稳定性结果。本发明专利技术运用科学有效的测试方式来检测飞行器云台的稳定性，结构简单、合理，通用性强，便于拆卸，能适应各种飞行器云台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于摄影测量
，涉及飞行器领域，主要用于对各飞行器厂家生产的云台产品进行稳定性和可靠性的测试。
技术介绍
近几年来，国内无人机发展比较快，无人机企业也越来越多。除军事用途外，由于无人机成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等优势，使得无人机在航空拍照、地质测量、高压输电线路巡视、油田管路检查、高速公路管理、森林防火巡查、毒气勘察、缉毒、应急救援和救护等民用领域应用前景极为广阔。想要用飞行器拍摄到清晰的照片，除了飞行器和高清相机，还有一个必不可少的装备就是飞行器云台。飞行器云台是安装、固定摄像机的支撑设备，一般由两个电机分别负责飞行器云台上下和左右方向的转动。飞行器云台的结构简单，易于安装与拆卸。装备有云台的飞行器适用于对大范围面积进行扫描监控，它可以扩大摄像机的摄像范围，飞行器云台的高速姿态的变化是由其结构内部的两台电机来实现的。一款好的飞行器云台不仅要有一定的载重量，还需要精准的定位以及较好的稳定性，所以评价一款飞行器云台的好坏就涉及到飞行器云台的各种自身参数，例如飞行器云台左右旋转和上下旋转的角度范围、转速、控制精度以及稳定性等等。由于各式各样的航拍需要，飞行器云台自身的稳定性尤为重要。通过网络上的相关资料和视频可以看出，现阶段涉及到飞行器云台的稳定性检测问题时，都只是通过人的眼睛观看得到的信息来主观评价飞行器云台的稳定性，并没有一个具体的参数来评测飞行器云台的稳定质量，因此人们在选购飞行器云台时，往往忽略了这一点，或者主观的认为价格越高就越好越稳定。这导致有些航拍得到的照片由于飞行器云台的抖动变得不清晰，如果抖动的频率以及幅度很大，甚至会出现完全拍摄不到目标物体的照片。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上现有的飞行器云台稳定性测试技术不足，为了有效测试飞行器云台的稳定性，并获取飞行器云台在运动过程中的不同状态，提供了基于数码相机的飞行器云台测试装置和方法。本专利技术实现目的而采用的技术方案为：本专利技术包括飞行器、飞行器机载的锂电池和云台、安装在云台上的数码相机、固定支架、万向节、PC上位机、图片数据传输系统和油布，固定支架为矩形框架结构，布置在飞行器外周围，固定支架顶部设有一根支撑杆，飞行器顶部通过万向节固定在支撑杆下端并位于固定支架的中心，油布水平布置于固定支架框架的底面并通过夹子固定，油布上布设有标志图像，数码相机通过云台与飞行器机身刚性连接，镜头方向朝下方，飞行器和数码相机均经图片数据传输系统与地面的PC上位机相连接。所述的图片数据传输系统包括图片数据发送模块和图片数据接收模块，图片数据发送模块安装在飞行器的上，图片数据接收模块位于地面并通过串口与PC上位机相连。所述的图片数据发送模块包括采集图片子模块和单片机图片数据处理子模块和图片数据发送子模块，数码相机中的照片数据经采集图片子模块放大处理后，传送给单片机图片数据处理子模块进行图片数据运算处理和AD转换，将图片数据进行压缩打包，再通过图片数据发送子模块发送给图片数据接收模块。所述的图片数据接收模块包括图片数据接收子模块、单片机控制转换子模块，图片数据接收子模块接收图片数据发送模块发送的照片数据，进行解压处理，再传送至单片机控制转换子模块进行电平转换，将低电平转换成高电平，再通过串口发送给PC上位机。所述标志图像为12×12格的国际象棋图案，每格边长为20mm，选取棋盘内10×10处的四个角点用圆点标记，标记点的半径为3mm，油布为白色，将标志图像放置在油布的中心位置。所述的固定支架为正方体框架，长宽高各为2m，并且固定支架的各条边均采用可伸缩支杆，根据所用飞行器和云台的尺寸大小调节可伸缩支杆的长度进而调节固定支架的长宽高。二、一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试方法：1)采用所述权利要求1～6任一装置，先对数码相机进行标定，建立数码相机图像的像素位置与油布上的标志点位置之间的关系；2)飞行器飞行过程中，保持固定支架和油布水平平行于地面，数码相机实时采集图片数据，根据摄影测量原理处理图片数据得到数码相机各个时刻的外方位参数，再对外方位参数进行方差求解，根据方差求解的结果获得飞行器云台的稳定性结果。所述的数码相机标定就是确定数码相机的内方位参数，从而建立数码相机图像的像素位置与油布上的标志点位置之间的关系。标定根据直接线性变换解法，以共线条件方程为基础建立数学模型，求解数码相机的内方位参数，从而完成对数码相机的标定。所述步骤1)中数码相机具体采用以下方式进行标定：1.1)在油布上的标志图像内至少设置四个标志点，并测定每个标志点的实际空间坐标位置；1.2)用数码照相机置于云台上，镜头朝向下方的油布固定对标志点进行拍摄，获得图像；1.3)将图像上的像素点坐标和标志点的实际空间坐标代入共线条件方程，采用直接线性变换解法(DLT)求得该数码相机的内方位参数。所述的共线条件方程具体为： x - x 0 - Δ x = - f a 1 ( X - X s ) + b 1 ( Y - Y s ) + 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试装置，包括飞行器(4)、飞行器(4)机载的锂电池(7)和云台(5)以及安装在云台(5)上的数码相机(1)，其特征在于：还包括固定支架(2)、万向节(3)、PC上位机(6)、图片数据传输系统(8)和油布(9)，固定支架(2)为矩形框架结构，布置在飞行器(4)外周围，固定支架(2)顶部设有一根支撑杆，飞行器(4)顶部通过万向节(3)固定在支撑杆下端并位于固定支架(2)的中心，油布(9)水平布置于固定支架(2)框架的底面并通过夹子固定，油布(9)上布设有标志图像，数码相机(1)通过云台(5)与飞行器(4)机身刚性连接，镜头方向朝下方，飞行器(4)和数码相机(1)均经图片数据传输系统(8)与地面的PC上位机相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试装置，包括飞行器(4)、
飞行器(4)机载的锂电池(7)和云台(5)以及安装在云台(5)上的数码相
机(1)，其特征在于：还包括固定支架(2)、万向节(3)、PC上位机(6)、
图片数据传输系统(8)和油布(9)，固定支架(2)为矩形框架结构，布置在
飞行器(4)外周围，固定支架(2)顶部设有一根支撑杆，飞行器(4)顶部通
过万向节(3)固定在支撑杆下端并位于固定支架(2)的中心，油布(9)水平
布置于固定支架(2)框架的底面并通过夹子固定，油布(9)上布设有标志图
像，数码相机(1)通过云台(5)与飞行器(4)机身刚性连接，镜头方向朝下
方，飞行器(4)和数码相机(1)均经图片数据传输系统(8)与地面的PC上
位机相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试装置，
其特征在于：所述的图片数据传输系统(8)包括图片数据发送模块(8.1)和图
片数据接收模块(8.2)，图片数据发送模块安装在飞行器(4)的上，图片数据
接收模块(8.2)位于地面并通过串口与PC上位机(6)相连；
所述的图片数据发送模块(8.1)包括采集图片子模块(8.1.1)和单片机图
片数据处理子模块(8.1.2)和图片数据发送子模块(8.1.3)，数码相机(1)中
的照片数据经采集图片子模块放大处理后，传送给单片机图片数据处理子模块
进行图片数据运算处理和AD转换，将图片数据进行压缩打包，再通过图片数
据发送子模块发送给图片数据接收模块(8.2)；
所述的图片数据接收模块(8.2)包括图片数据接收子模块(8.2.1)、单片
机控制转换子模块(8.2.2)，图片数据接收子模块接收图片数据发送模块(8.1)
发送的照片数据，进行解压处理，再传送至单片机控制转换子模块进行电平转
换，将低电平转换成高电平，再通过串口发送给PC上位机(6)。
3.根据权利要求1所述的一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试装置，
其特征在于：所述标志图像为12×12格的国际象棋图案，每格边长为20mm，选
取棋盘内10×10处的四个角点标记，标记点的半径为3mm，油布(10)为白色，
将标志图像放置在油布的中心位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试装置，
其特征在于：所述的固定支架(2)为正方体框架，长宽高各为2m，并且固定支
架(2)的各条边均采用可伸缩支杆，根据所用飞行器(4)和云台(5)的尺寸
大小调节可伸缩支杆的长度进而调节固定支架(2)的长宽高。
5.一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试方法，其特征在于：
1)采用所述权利要求1～6任一装置，先对数码相机(1)进行标定，建立
数码相机图像的像素位置与油布上的标志点位置之间的关系；
2)飞行器飞行过程中，保持固定支架(2)和油布(9)水平平行于地面，
数码相机(1)实时采集图片数据，根据摄影测量原理处理图片数据得到数码相
机各个时刻的外方位参数，再对外方位参数进行方差求解，根据方差求解的结
果获得飞行器云台的稳定性结果。
6.根据权利要求5所述的一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试方法，
其特征在于：所述的数码相机(1)标定就是确定数码相机(1)的内方位参数，
从而建立数码相机图像的像素位置与油布上的标志点位置之间的关系。标定根
据直接线性变换解法，以共线条件方程为基础建立数学模型，求解数码相机的
内方位参数，从而完成对数码相机的标定。
7.根据权利要求5所述的一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试方法，
其特征在于：所述步骤1)中数码相机具体采用以下方式进行标定：
1.1)在油布上的标志图像内至少设置四个标志点，并测定每个标志点的实际
空间坐标位置；
1.2)用数码照相机置于云台上，镜头朝向下方的油布固定对标志点进行拍摄，
获得图像；
1.3)将图像上的像素点坐标和标志点的实际空间坐标代入共线条件方程，采
用直接线性变换解法(DLT)求得该数码相机的内方位参数。
8.根据权利要求6所述的一种基于数码相机的飞行器云台稳定性测试方法，
其特征在于：所述的共线条件方程具体为：
x - x 0 - Δ x = - f a 1 ( X - X s ) + b 1 ( Y - Y s ) + c 1 ( Z - Z s ) a 3 ( X - X s ) + b 3 ( Y - Y s ) + c 3 ( Z - Z s ) y - y 0 - Δ y = - f a 2 ( X - X s ) + b 2 ( Y - Y s ) + c 1 ( Z - Z s ) a 3 ( X - X s ) + b 3 ( Y - Y s ) + c 3 ( Z - Z s ) ]]>式中，x、y为以照片中心为原点的像点坐标；x0、y0为像主点坐标；Δx、
Δy为像点坐标改正值；f为焦距；(X,Y,Z)为标志点在空间直角坐标系下的坐标；
(Xs,Ys,Zs)为数码相机摄影中心在同一空间直角坐标系下的坐标；
其中，ai,bi,ci分别表示x、y、z轴方向余弦，即像空间坐标系和像空间辅
助坐标系之间夹角的余弦值，i＝1表示x轴方向，i＝2表示y轴方向,i＝3表示
z轴方向，采用以下公式计算：
a 1 = cos α cos κ - sin α sin ω sin κ a 2 = - cos α sin κ - sin α sin ω sin κ a 3 = - sin α cos ω b 1 = cos ω sin κ b 2 = cos ω cos κ b ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑恩辉，耿俊楠，陈劲松，富雅琼，孙坚，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33