一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法技术

本发明专利技术公开的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，涉及一种采集高清路面图像的航空摄影方法，属于航空摄影领域。本发明专利技术包括如下步骤：拍摄控制与补偿；计算图像横向视场长度，根据道路模型设定视场长度阈值，若长度满足视场长度阈值则执行单航线航摄任务，否则执行多航线航摄任务；规划无人机飞行航线信息，预设航摄任务航线；拍摄设备的设置；固定翼无人机按照预设航迹飞行，自驾仪控制云台转动为拍摄设备提供较为稳定的拍摄条件；自驾仪给航摄控制器发出拍摄开始信号，航摄控制器控制拍摄设备连续拍摄以采集路面图像信息。本发明专利技术提供一种采集高清路面图像的航空摄影方法，具有实施简便、效率高、成本低、成像质量高的优点。

Aerial photography method for collecting high definition road surface of fixed wing UAV

The invention discloses an aerial photography method used for fixing a high-definition aerial image of a fixed wing unmanned aerial vehicle, relating to an aerial photography method for collecting high-definition road surface images, belonging to the field of aerial photography. The method comprises the following steps: taking control and compensation; calculation of transverse field image length, according to the set threshold field length if the length of the road model, meet the field length threshold performs a single route mission, otherwise the implementation of multi route aerial missions; UAV flight planning information, preset mission route; shooting equipment set fixed wing UAV flight; according to the preset track autopilot control the rotating platform to provide a more stable shooting conditions for shooting equipment; autopilot for aerial shooting controller sends a signal to start, aerial control shooting equipment continuous shooting to collect pavement image information. The invention provides an aerial photography method for collecting high-definition road surface images. The utility model has the advantages of simple implementation, high efficiency, low cost and high imaging quality.

【技术实现步骤摘要】
一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法
本专利技术涉及一种采集高清路面图像的航空摄影方法，尤其涉及一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，属于航空摄影领域。
技术介绍
随着我国高速公路事业的蓬勃发展，道路运营里程飞速增长，人们对于获取道路信息的需求日益增加。以固定翼无人机为平台的空基路面信息采集系统相比传统车载路面信息采集系统成本低、采样范围大、效率高、使用方便且不影响交通，从而有较好的应用前景。近年来，固定翼无人机航摄已经应用在了包括地图测绘、电力巡线和灾害应急在内的多个领域。固定翼无人机航摄的基本方式是将数码相机搭载在无人机上，让无人机沿着预设航迹自动飞行，通过控制系统来管理相机的拍摄任务。然而，针对无人机平台的特点，采集路面图像的实施过程中仍存在任务规划困难、相机标定方法复杂、成像质量不高等问题，从而使空基航摄具体实施起来困难多、耗时长、成本高。
技术实现思路
本专利技术公开的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，要解决的技术问题是提供一种采集高清路面图像的航空摄影方法，具有实施简便、效率高、成本低、成像质量高的优点。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，包括如下步骤：步骤1：拍摄控制与补偿。基于拍摄保障系统实现拍摄控制与补偿，所述的拍摄保障系统包括拍摄设备、航摄控制器、云台和自驾仪。所述的步骤1具体实现方法为：步骤1.1：通过航摄控制器给出拍摄设备拍摄信号，控制拍摄设备开拍、连拍和停拍，并记录拍摄设备的执行情况以及相片信息。航摄控制器通过快门线发送形式为PWM波的快门释放控制信号来控制拍摄设备连续拍摄，且控制信号的“开始/停止”由自驾仪控制。步骤1.2：通过云台为拍摄设备提供较为稳定的拍摄条件，补偿因固定翼无人机在飞行过程中姿态产生变化而引起的干扰。为拍摄设备装配合适的舵机云台，自驾仪根据自身的姿态信息控制舵机转动，补偿固定翼无人机飞行过程中姿态变化以消除对于拍摄设备拍摄角度的干扰。步骤2：计算图像横向视场长度，根据道路模型设定视场长度阈值，若长度满足视场长度阈值则执行单航线航摄任务，否则执行多航线航摄任务。所述的道路模型为dn+10，d为单条车道宽度，n为目标道路的车道数。步骤2具体实现方法如下：步骤2.1：计算图像横向视场长度；根据图像横向分辨率m，像素密度ρ(点/cm)和图像横纵比k，计算图像横向视场长度a(m)和图像纵向视场长度b(m)，计算公式如下：步骤2.2：根据道路模型设定视场长度阈值，若长度满足视场长度阈值则执行单航线航摄任务，否则执行多航线航摄任务。步骤2.2具体实现方法为：步骤2.2.1：若a≥dn+10，d为单条车道宽度，n为目标道路的车道数。则采集单航线备选航迹点，即沿着目标道路中间车道采集位置点作为单条航线的备选航迹点。步骤2.2.2：若a<dn+10，则采集多航线备选航迹点。选取适当的车道数s，使a≥3.75s+10成立，将每s条车道作为单条航线的目标道路。沿着每条航线目标道路的中间车道采集位置点作为每条航线的备选航迹点。步骤3：规划无人机飞行航线信息，预设航摄任务航线。步骤3.1：采集目标道路的位置点，将位置点进行筛选后，作为固定翼无人机飞行的航迹点。所述的采集目标道路的位置点优选GPS或北斗实现。步骤3.2：计算固定翼无人机的飞行高度，并将计算的固定翼无人机的飞行高度与预设阈值进行比较判断，若超出预设阈值范围则调整镜头焦距并重新计算。步骤3.2中计算固定翼无人机的飞行高度具体计算方法如下：根据图像横向视场长度a(m)，拍摄设备摄像角θ1(deg)，云台精度θ2(deg)和无人机飞行高度误差e(m)计算固定翼无人机的飞行高度h，计算公式如下:步骤3.3：计算固定翼无人机的飞行速度，并将计算的固定翼无人机的飞行速度与预设阈值进行比较判断，若超出预设阈值范围则改变拍摄设备的拍摄频率并重新计算。步骤3.3中计算固定翼无人机的飞行速度具体计算公式如下：其中，α为图像重合度(％)；a、b分别为图像横、纵视场长度(m)；h为无人机飞行高度(m)；e为无人机飞行高度误差(m)；θ1为拍摄设备摄像角(deg)；θ2为拍摄设备云台精度(deg)；c为无人机偏航距离(m)；v2为拍摄设备连拍频率(Hz)，首次计算取拍摄设备的最大连拍频率。步骤3.4：上传航迹点到自驾仪并设置相应的飞行高度和飞行速度，生成任务航迹。若有多条航迹，还需要为其添加若干“过渡航迹”连接相邻两条航迹，“过渡航迹”的转弯半径不小于预设的无人机最小转弯半径，且平滑地与两条航迹相接。步骤4：拍摄设备的设置，包括数码相机和配套镜头设置。步骤4.1：设置数码相机。根据任务需求灵活设置数码相机，将相机的内部设定调整为适合航空摄影的状态。将设置内容保存，每次任务前重新载入即能够避免重复检查。步骤4.2：设置配套镜头。出于安全考虑，航空摄影固定翼无人机高度不宜过低，而且固定翼无人机的飞行高度也会存在波动，因此将普通数码相机镜头对焦在“无穷远”处。步骤5：固定翼无人机按照预设航迹飞行，自驾仪控制云台转动为拍摄设备提供较为稳定的拍摄条件；自驾仪给航摄控制器发出拍摄开始信号，而后航摄控制器控制拍摄设备连续拍摄以采集路面图像信息。有益效果：本专利技术公开的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，仅需要从任务要求、拍摄装置、飞行平台等方面出发，结合道路模型、图像横向视场长度计算方法、飞行高度计算方法和飞行速度计算方法，能够规划出获得高质量航摄高清路面图像的飞行航线，再加上飞行过程中的航摄控制，给出用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法。因此，本专利技术易于操作、效率高，充分满足现下用固定翼无人机获得高清路面图像的需求，便于对路面情况进行分析，以此进行高效地管理和检修。附图说明图1为拍摄保障系统示意图；图2为本专利技术公开的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法流程图；图3为过渡航迹示意图；图4为拍摄镜头定焦方法示意图；图5为分辨率标靶清晰度对比图；其中：图5(a)为镜头对焦严重偏离“无穷远”处时所拍摄的分辨率标靶，图5(b)为镜头对焦轻微偏离“无穷远”处时所拍摄的分辨率标靶，图5(c)为镜头对焦在“无穷远”处时所拍摄的分辨率标靶。图6为采用本方法拍摄出的高清实例图。具体实施方式为验证本专利技术公开的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法的可行性和有益效果，下面在本专利技术实施例中将对技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1：如图2所示，本实施例公开的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，包括如下步骤：步骤1：基于拍摄保障系统实现拍摄控制与补偿。所述的拍摄保障系统为拍摄设备提供云台和控制手段，包括拍摄设备、航摄控制器、云台和自驾仪，如图1所示。步骤1.1：选用单片机开发板作为航摄控制器，通过快门线发送形式为PWM波的快门释放信号来控制拍摄设备的拍摄。拍摄设备连拍的频率可以修改，且航摄控制器信号“开始/停止”由自驾仪控制。航摄控制器在给拍摄设备连续发送拍摄指令的同时，记录下拍摄时间、姿态信息等，并通过拍摄设备热靴反馈拍摄设备是否拍摄成功。步骤1.2：为拍摄设备装配合适的舵机云台，自驾仪可根据自身的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：拍摄控制与补偿；基于拍摄保障系统实现拍摄控制与补偿，所述的拍摄保障系统包括拍摄设备、航摄控制器、云台和自驾仪；步骤2：计算图像横向视场长度，根据道路模型设定视场长度阈值，若长度满足视场长度阈值则执行单航线航摄任务，否则执行多航线航摄任务；所述的道路模型为dn+10，d为单条车道宽度，n为目标道路的车道数；步骤3：规划无人机飞行航线信息，预设航摄任务航线；步骤4：拍摄设备的设置，包括数码相机和配套镜头设置；步骤5：固定翼无人机按照预设航迹飞行，自驾仪控制云台转动为拍摄设备提供较为稳定的拍摄条件；自驾仪给航摄控制器发出拍摄开始信号，而后航摄控制器控制拍摄设备连续拍摄以采集路面图像信息。

【技术特征摘要】
1.一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：拍摄控制与补偿；基于拍摄保障系统实现拍摄控制与补偿，所述的拍摄保障系统包括拍摄设备、航摄控制器、云台和自驾仪；步骤2：计算图像横向视场长度，根据道路模型设定视场长度阈值，若长度满足视场长度阈值则执行单航线航摄任务，否则执行多航线航摄任务；所述的道路模型为dn+10，d为单条车道宽度，n为目标道路的车道数；步骤3：规划无人机飞行航线信息，预设航摄任务航线；步骤4：拍摄设备的设置，包括数码相机和配套镜头设置；步骤5：固定翼无人机按照预设航迹飞行，自驾仪控制云台转动为拍摄设备提供较为稳定的拍摄条件；自驾仪给航摄控制器发出拍摄开始信号，而后航摄控制器控制拍摄设备连续拍摄以采集路面图像信息。2.如权利要求1所述的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，其特征在于：步骤2具体实现方法如下，步骤2.1：计算图像横向视场长度；根据图像横向分辨率m，像素密度ρ(点/cm)和图像横纵比k，计算图像横向视场长度a(m)和图像纵向视场长度b(m)，计算公式如下：步骤2.2：根据道路模型设定视场长度阈值，若长度满足视场长度阈值则执行单航线航摄任务，否则执行多航线航摄任务。3.如权利要求2所述的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，其特征在于：步骤2.2具体实现方法为：步骤2.2.1：若a≥dn+10，d为单条车道宽度，n为目标道路的车道数；则采集单航线备选航迹点，即沿着目标道路中间车道采集位置点作为单条航线的备选航迹点；步骤2.2.2：若a<dn+10，则采集多航线备选航迹点；选取适当的车道数s，使a≥3.75s+10成立，将每s条车道作为单条航线的目标道路；沿着每条航线目标道路的中间车道采集位置点作为每条航线的备选航迹点。4.如权利要求2或3所述的一种用于固定翼无人机采集高清路面图像的航空摄影方法，其特征在于：步骤3的具体实现方法为，步骤3.1：采集目标道路的位置点，将位置点进行筛选后，作为固定翼无人机飞行的航迹点；步骤3.2：计算固定翼无人机的飞行高度，并将计算的固定翼无人机的飞行高度与预设阈值进行比较判断，若超出预设阈值范围则调整镜头焦距并重新计算；步骤3.2中计算固定翼无人机的飞行高度具体计算方法如下：根据图像横向视场长度a(m)，拍摄设备摄像角θ1(deg)，云台精度θ2(deg)和无人机飞行高度误差e(m)计算固定翼无人机的飞行高度h，计算公式如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正平，沈辉，王旭东，关伟，贺云涛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11