王敏1,2，周樹道1,2，嚴衛(wèi)1，施偉來1，賈赟1

　　(1.解放軍理工大學(xué) 氣象海洋學(xué)院，江蘇 南京 211101；2.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044）

       摘要：針對折反射式全景相機獲取全方位圖像時，由于無人機起落架的遮擋，造成圖像獲取要素不完整的問題，設(shè)計了一種防止無人機起落架影響全景相機視場的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)。通過采集無人機離地距離和飛行狀態(tài)調(diào)節(jié)全景相機鏡頭的位置，可以防止無人機起落架落入圖像內(nèi)，使得采集要素的完整性達到了100%，提高了采集的圖像質(zhì)量；同時可以根據(jù)無人機的起落距離，對全景相機進行翻轉(zhuǎn)收放，避免鏡頭與地面相接觸，有效保護了鏡頭。

　　關(guān)鍵詞：無人機；起落架；折反射式全景相機；可翻轉(zhuǎn)支架

　　中圖分類號：TN942.2文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.02.011

　　引用格式：王敏，周樹道，嚴衛(wèi)，等.防止無人機起落架影響視場的可翻轉(zhuǎn)支架研究［J］.微型機與應(yīng)用，2017,36（2）：32-33，40.

　　0引言

　　全景成像利用特殊的成像裝置能從一個視點獲取水平方向一周360°、垂直方向達到半球以上視場的多方向圖像，由于成像范圍大、成像快等特點，可為軍事偵查、機器人導(dǎo)航、虛擬現(xiàn)實、計算機視覺等領(lǐng)域提供大視場場景的立體感知和重現(xiàn)功能，近年來發(fā)展快速，成為光電子學(xué)、計算機視覺和計算機圖形學(xué)的研究熱點。

　　目前為止，主要有三種實現(xiàn)全景成像的方法：圖像拼接法、魚眼鏡頭法和折反射全景成像法［1］?；趫D像拼接的全景成像方法之一是使相機繞通過其光心的垂直軸線旋轉(zhuǎn)對多個方向的場景成像，再將這些不同方向的場景圖像拼接成一幅全景圖。這種方法，雖然成像分辨力高，但成像速度慢，拼接算法復(fù)雜，一般只能拼接出柱面全景圖像，不能滿足單一視點要求，且成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，不能滿足實時全景成像的需要。魚眼鏡頭在獲得大視場的同時又有其缺點，即會產(chǎn)生嚴重的桶形畸變，很難校正，且成像分辨率低。高質(zhì)量的魚眼透鏡通常采用10片以上的結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量的光學(xué)材料，因此系統(tǒng)復(fù)雜，造價成本昂貴。折反射式全景成像技術(shù)由于具有一次性大范圍成像特點，實時性能優(yōu)，并且結(jié)構(gòu)簡單、無掃描部件，無拼接，因而可以作為替代現(xiàn)有航空全景相機的重要技術(shù)。但由于無人機起落架的存在，使得折反射式全景相機在獲取全方位圖像時，總是存在由于起落架的遮擋而造成圖像獲取要素不完整、成像質(zhì)量不高等問題。

　　本文設(shè)計了一種防止無人機起落架影響全景相機視場的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)，通過超聲波傳感器測量機體離地安全距離后，微處理器控制全景相機及支架的上下翻轉(zhuǎn)，可以防止全景相機進行全景圖像采集時無人機起落架落入圖像內(nèi)，提高圖像采集要素的完整性和圖像的質(zhì)量，獲取全方位無起落架干擾的全景圖像。

1無人機起落架對全景相機視場的成像影響

　　通常，無人機折反射全景成像系統(tǒng)由無人機、折反射全景相機和數(shù)據(jù)處理單元等組成，如圖1所示。折反射全景相機成像可以獲得水平方向360°、垂直方向210°的大視場場景圖像。折反射全景相機通常置放于無人機機身正下方，但由于無人機兩側(cè)起落架的位置低于全景相機，導(dǎo)致全景圖像始終出現(xiàn)該起落架，影響圖像的進一步解讀，如圖2所示。　

　　2可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)組成

　　防止無人機起落架影響全景相機視場的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)由超聲波測距傳感器模塊、步進電機模塊、中央處理器模塊、全景相機及支架模塊和電源模塊組成［23］，如圖3所示。其中，超聲波測距傳感器模塊用來測量無人機機體底部距離地面的垂直距離［45］，步進電機［6］模塊用來驅(qū)動全景相機及支架模塊的垂直180°翻轉(zhuǎn)，中央處理器模塊［7］根據(jù)超聲波測距傳感器模塊測量的距離信息控制步進電機模塊的正反轉(zhuǎn)，電源模塊用來為系統(tǒng)供電。全景相機置放于起落架底部相交的回轉(zhuǎn)軸的中部，通過滾動軸承進行上下翻轉(zhuǎn)。

　　可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局為：將全景相機的相機托盤放置于回轉(zhuǎn)軸正中位置，回轉(zhuǎn)軸通過滾動軸承和連接件連接于無人機起落架的兩側(cè)底端，步進電機、中央處理器、超聲波測距傳感器和電源等封裝于一殼體內(nèi)，其中超聲波測距傳感器指向無人機正下方，該殼體放置于一側(cè)起落架外側(cè)底端，具體結(jié)構(gòu)布局如圖4所示。

3可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)工作過程

　　防止無人機起落架影響全景相機視場的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)工作過程如下：

　?。?） 無人機停止飛行狀態(tài)下，全景相機鏡頭默認保持垂直向上初始位置，如圖5所示。

　?。?）無人機飛離地面后，超聲波測距傳感器測量距地面間的垂直距離大于4 m時，中央處理器模塊發(fā)出信號控制步進電機模塊，使步進電機開始正轉(zhuǎn)工作，驅(qū)動全景相機及支架模塊開始向地面方向翻轉(zhuǎn)180°，如圖6所示。

　　（3）無人機返回地面前，超聲波測距傳感器測量距地面間的垂直距離小于4 m時，中央處理器模塊發(fā)出信號控制步進電機模塊，使步進電機開始反轉(zhuǎn)動作，驅(qū)動全景相機及支架模塊開始向無人機方向轉(zhuǎn)動180°，相機回到初始位置，直到無人機降落至地面。

4結(jié)論

　　本文設(shè)計的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)，根據(jù)離地距離和無人機飛行狀態(tài)調(diào)節(jié)全景相機鏡頭進行翻轉(zhuǎn)，有效防止無人機起落架落入圖像，同時保護鏡頭避免損傷，大幅提高了圖像采集要素的完整性，為進一步的圖像釋讀奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

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