一种独立式航拍云台系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种独立式航拍云台系统及其控制方法，所述航拍系统包括云台和地面控制站，所述云台通过无线通信的方式与地面控制站通信连接，所述地面控制站包括云台遥控器和设有显示屏的图像接收装置，所述云台设有安装在空中平台或地面平台上的控制盒、附着在控制盒外的多轴向姿态调整执行机构和安装在所述执行机构末端的成像设备，所述控制盒的电路系统包括独立的控制单元、姿态控制模块、无线通信模块、传感器模块和电源模块等组成部分。本发明专利技术航拍系统可不依赖于无人机等机械的载供电系统和控制系统而独立、稳定的运行，可简易方便的搭载在不同类型的机械或塔架上，适应性更好，尤其适用于无人机。

Independent aerial photo Yuntai system and control method thereof

The invention discloses an independent aerial platform system and its control method, the system includes aerial platform and ground control station, the PTZ control and the ground through the way of wireless communication station communication connection, the ground control station includes a remote PTZ and image receiving device is provided with a display screen, the cloud platform is equipped in the aerial platform or ground platform control box, multi axial attachment attitude adjustment in the control box of the actuator and the imaging equipment installation end effectors in the circuit system, the control box includes independent control unit, attitude control module, wireless communication module, sensor module and power module part. The invention of aerial system can do not depend on the load of power supply system and control system of UAV machinery and independent and stable operation, can be simple and easy with better adaptability in different types of machinery or tower, and is especially suitable for uav.

【技术实现步骤摘要】
一种独立式航拍云台系统及其控制方法
本专利技术属于农林业航空机械
，具体涉及一种可用于植保无人机等机械上的独立式云台拍摄系统及其控制方法。
技术介绍
无人机低空遥感航拍尺度和分辨率介于卫星遥感和地面遥感之间，能有效弥补卫星遥感的实时性较差和分辨率不高的缺点，同时较地面遥感设备有更高的采集效率，正成为精准农业领域发展热点之一。云台作为承载相机的平台，是保证低空遥感图像采集质量的关键部件，同时云台的便携性、操作简易性等特性是无人机低空遥感航拍高效性的重要保证条件。目前，农业应用遥感航拍领域内使用的无人飞行器种类较多，按结构分类有旋翼型和固定翼型，而旋翼型又分为单旋翼型和多旋翼型，每种结构的无人机对云台的安装要求都不尽相同。现有的云台大多数是非独立式的，即由机械结构部分和姿态控制电路部分等构成，云台供电、姿态调整控制信号传输等依赖于无人机的机载设备，如果无人机的机载功率较小，或者没有预留通信通道则对云台正常使用的要求较为苛刻。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是提供一种独立式云台拍摄系统及其控制方法，为农业领域无人机遥感航拍提供一种简易、便携式且运行稳定的云台，可配合绝大多数无人机平台使用，也可用在其它机械上或安装在塔架上。为实现上述技术目的，本专利技术公开的技术方案为：一种独立式航拍云台系统，包括云台和地面控制站，所述云台通过无线通信的方式与地面控制站通信连接，所述地面控制站包括云台遥控器和设有显示屏的图像接收装置，其特征在于：所述云台包括固定安装在空中平台或地面平台上的控制盒、附着在控制盒外的多轴向姿态调整执行机构和安装在所述执行机构末端的成像设备；所述控制盒的电路系统包括以下组成部分：控制单元，与所述成像设备分别连接，根据接收的图像采集触发信号，向成像设备发送采集图像的控制信号，并接收成像设备上传的图像数据；自动拍照控制模块，与控制单元连接，根据预加载程序，向控制单元自动发送图像采集触发信号；姿态控制模块，与所述控制单元连接，根据控制单元的输出指令向所述执行机构的驱动设备发送伺服控制信号；无线通信模块，包括图像传输信号发射器、图像采集触发信号接收器和姿态调整信号接收器，控制单元通过所述图像传输信号发射器与所述图像接收装置通信连接，向地面控制站传输图像；所述云台遥控器通过所述图像采集触发信号接收器、姿态调整信号接收器与所述控制单元通信连接，向控制单元发送地面控制站的控制指令；传感器系统，包括与控制单元连接的陀螺仪、加速度计和航向计，用于监测空中平台或地面平台的移动方向和姿态信息；电源模块，为控制盒内的用电元器件、姿态调整执行机构及所述成像设备供电。在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：所述自动拍照控制模块与与定位系统连接，在空中平台或地面平台到达预设拍照点时，向所述控制单元自动发送图像采集触发信号。所述自动拍照控制模块、图像采集触发信号接收器的信号输出端分别通过缓冲器与所述控制单元的信号输入端连接，通过所述缓冲器隔离控制单元接收的信号并对接收信号进行电平转换。为了方便用户观察系统的电量使用情况，所述电源模块设有电量显示器。所述多轴向姿态调整执行机构的驱动设备优选采用步进电机。所述成像设备的图像采集开关电路由继电器控制导通，所述继电器与控制单元连接。所述继电器的驱动电路设有三极管，继电器线圈串接在电源端与所述三极管的C集电极之间，三极管的E发射极接地，B基极与控制单元的信号输出端连接，所述电源端与三极管之间还设有与继电器线圈并联的二极管，所述二极管的阳极一端与三极管连接，阴极一端与电源端连接。所述三极管与控制单元信号输出端之间串接有一3K电阻件。所述云台设有两个以并联方式串接在成像设备图像采集开关电路上的继电器，两继电器的通断分别由自动拍照控制模块发送的图像采集触发信号、所述图像采集触发信号接收器向控制单元输出的图像采集触发信号控制。一种用于如上所述独立式航拍云台系统的控制方法，其特征在于，包括：一）将搭载所述空中平台或地面平台的机械或塔架安置于水平地面，使所述平台与地面保持平行，将云台安装在所述平台上，将成像设备固定在云台姿态调整执行机构的末端；二）启动控制盒，初始化控制盒内的电路系统；三）将成像设备调至水平，根据作业拟进行的航拍高度，将航拍高度转换为水平距离，并参照作业时的光照强度，在水平地面上设置一目标参照点，通过地面控制站的图像接收装置对成像设备采集的目标参照点图像进行观察，调节成像设备的光圈和镜头焦距，直至图像接收装置显示屏显示图像的清晰度满足要求；四）设定姿态调整执行机构的工作模式，所述工作模式包括锁定模式和跟随模式，所述锁定模式为控制成像设备始终保持某一固定的水平拍摄角度，不随平台的移动方向改变而发生变化；所述跟随模式为控制成像设备的水平拍摄角度与平台的移动方向始终保持一致，随着平台移动方向的改变而发生相应变化；五）设定成像设备的工作模式，所述工作模式包括定点拍摄模式，即在自动拍照控制模块中，预先标定进行图像采集的地理信息坐标点，当自动拍照控制模块根据定位系统获取的信息，判断平台到达该地理信息坐标点时，向控制单元发送图像采集触发信，并通过控制单元将采集的图像发送至地面控制站；六）控制植保机依照设定路线行驶，观察图像接收装置的显示屏，通过云台遥控器手动控制或控制系统自动控制姿态调整机构动作，以调整成像设备的拍摄角度，通过云台遥控器手动触发或自动拍照控制模块自动触发成像设备采集图像，完成航拍作业。有益效果：本专利技术提供了一种独立式航拍云台系统及其控制方法，可不依赖于无人机等其它机械的载供电系统和控制系统的控制而独立、稳定的运行，可简易方便的搭载在不同类型的机械或塔架上，适应性更好，通过地面控制站的图像接收装置，同时解决了拍照过程中不可视化的问题，使航拍工作更快捷有效率，尤其适用于植保无人机。附图说明图1为本专利技术航拍系统的结构示意图；图2为控制盒的局部电路结构示意图；图3为控制盒电源模块的结构示意图；图4为继电器驱动电路的示意图。具体实施方式本申请中，所述空中平台指搭载在飞行器上的平台，所述地面平台是指搭载在于地面上行驶的机械、移动或固定的地面塔架上的平台，为了进一步阐明本专利技术的技术方案和技术原理，下面结合附图与具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。本实施例中，以无人机为例，其搭载的平台即为空中平台，如图1所示的一种独立式航拍云台系统，包括云台和地面控制站，所述云台通过无线通信的方式与地面控制站通信连接，所述地面控制站包括云台遥控器和设有显示屏的图像接收装置等组成部分。所述云台设有一安装在无人机平台上的控制盒、附着在控制盒外的三轴向姿态调整执行机构和安装在三轴向姿态执行调整机构末端的成像设备，本实施例中，所述成像设备采用相机，图像采集为拍照。所述三轴向姿态调整执行机构由三个小型精密直流步进电机及固定支架组成，三个步进电机的输出轴两两垂直，可实现对相机在水平、横滚和俯仰六个自由度的调节。相机的安装底座设置在姿态调整执行机构的末端，即与调节相机俯仰方向的步进电机输出轴联接，相机通过绑带固定在所述安装底座上，俯仰方向步进电机的安装座通过轻质铝板与调节相机横滚方向的步进电机输出轴联接，而横滚方向步进电机的安装座亦通过轻质铝板与调节相机水平方向的步进电机输出轴相联接，水平方向步进电机的安装座则通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种独立式航拍云台系统，包括云台和地面控制站，所述云台通过无线通信的方式与地面控制站通信连接，所述地面控制站包括云台遥控器和设有显示屏的图像接收装置，其特征在于：所述云台包括固定安装在空中平台或地面平台上的控制盒、附着在控制盒外的多轴向姿态调整执行机构和安装在所述执行机构末端的成像设备；所述控制盒的电路系统包括以下组成部分：控制单元，与所述成像设备连接，根据接收的图像采集触发信号，向成像设备发送采集图像的控制信号，并接收成像设备上传的图像数据；自动拍照控制模块，与控制单元连接，根据预加载程序，向控制单元自动发送图像采集触发信号；姿态控制模块，与所述控制单元连接，根据控制单元的输出指令向所述执行机构的设备设备发送伺服控制信号；无线通信模块，包括图像传输信号发射器、图像采集触发信号接收器和姿态调整信号接收器，控制单元通过所述图像传输信号发射器与所述图像接收装置通信连接，向地面控制站传输图像；所述云台遥控器通过所述图像采集触发信号接收器、姿态调整信号接收器与所述控制单元通信连接，向控制单元发送地面控制站的控制指令；传感器模块，包括与所述控制单元连接的陀螺仪、加速度计和航向计，用于监测空中平台或地面平台的移动方向和姿态信息；电源模块，为控制盒内的用电元器件、多轴向姿态调整执行机构及所述成像设备供电。...

【技术特征摘要】
1.一种独立式航拍云台系统，包括云台和地面控制站，所述云台通过无线通信的方式与地面控制站通信连接，所述地面控制站包括云台遥控器和设有显示屏的图像接收装置，其特征在于：所述云台包括固定安装在空中平台或地面平台上的控制盒、附着在控制盒外的多轴向姿态调整执行机构和安装在所述执行机构末端的成像设备；所述控制盒的电路系统包括以下组成部分：控制单元，与所述成像设备连接，根据接收的图像采集触发信号，向成像设备发送采集图像的控制信号，并接收成像设备上传的图像数据；自动拍照控制模块，与控制单元连接，根据预加载程序，向控制单元自动发送图像采集触发信号；姿态控制模块，与所述控制单元连接，根据控制单元的输出指令向所述执行机构的设备设备发送伺服控制信号；无线通信模块，包括图像传输信号发射器、图像采集触发信号接收器和姿态调整信号接收器，控制单元通过所述图像传输信号发射器与所述图像接收装置通信连接，向地面控制站传输图像；所述云台遥控器通过所述图像采集触发信号接收器、姿态调整信号接收器与所述控制单元通信连接，向控制单元发送地面控制站的控制指令；传感器模块，包括与所述控制单元连接的陀螺仪、加速度计和航向计，用于监测空中平台或地面平台的移动方向和姿态信息；电源模块，为控制盒内的用电元器件、多轴向姿态调整执行机构及所述成像设备供电。2.根据权利要求1所述的一种独立式航拍云台系统，其特征在于：所述自动拍照控制模块与定位系统连接，在空中平台或地面平台到达预设拍照点时，向所述控制单元自动发送图像采集触发信号。3.根据权利要求2所述的一种独立式航拍云台系统，其特征在于：所述自动拍照控制模块、图像采集触发信号接收器的信号输出端分别通过缓冲器与所述控制单元的信号输入端连接，通过所述缓冲器隔离控制单元接收的信号并对接收信号进行电平转换。4.根据权利要求1所述的一种独立式航拍云台系统，其特征在于：所述电源模块设有电量显示器。5.根据权利要求1所述的一种独立式航拍云台系统，其特征在于：所述多轴向姿态调整执行机构的驱动设备为步进电机。6.根据权利要求1所述的一种独立式航拍云台系统，其特征在于：所述成像设备的图像采集开关电路由继电器控制导通，所述继电器与控制单元连接。7.根据权利要求6所述的一种独立式航拍云台系统，其特征在于：所述继电器的驱动电路设有三...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宋超，薛新宇，陈晨，崔龙飞，金永奎，孙竹，秦维彩，周立新，丁素明，张玲，周良富，孔伟，顾伟，蔡晨，周晴晴，张学进，
申请(专利权)人：农业部南京农业机械化研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32