本發(fā)明涉及無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于多角度傾斜攝影裝置的三維建模數(shù)據(jù)采集方法。

背景技術(shù)：

近年來，國際地理信息領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)航空攝影技術(shù)和數(shù)字地面采集技術(shù)結(jié)合起來，發(fā)展了一種稱為機(jī)載多角度傾斜攝影的高新技術(shù)，簡稱傾斜攝影技術(shù)。傾斜攝影技術(shù)通過在同一飛行平臺上搭載多臺或多種傳感器，同時(shí)從多個(gè)角度采集地面影像，從而克服了傳統(tǒng)航空攝影技術(shù)只能從垂直角度進(jìn)行拍攝的局限性，能夠更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，彌補(bǔ)了正射影像的不足，通過整合pos,dsm及矢量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于影像密集匹配的三維建模技術(shù)。

現(xiàn)有的傾斜拍攝裝置多為五相機(jī)拍攝，將相機(jī)固定在無人機(jī)上，無人機(jī)起飛后，相機(jī)能穩(wěn)定獲取地面數(shù)據(jù)。這種相機(jī)能夠獲取多角度的拍攝數(shù)據(jù)，但是這種裝置由于要搭載5個(gè)相機(jī)，整體重量較大，導(dǎo)致無人機(jī)續(xù)航能力受到嚴(yán)重制約，其次，由于相機(jī)角度不能調(diào)整，拍攝范圍有限，飛行路徑較密，整體工作效率較低。

中國專利(cn104880177a)公開了一種多角度無人航測系統(tǒng)，所述多角度無人航測系統(tǒng)設(shè)置有六旋翼無人機(jī)，所述六旋翼無人機(jī)上面搭載有五個(gè)鏡頭組成的多視角傾斜相機(jī)；所述多視角傾斜相機(jī)包括：攝影單元、控制單元和掛載單元；所述六旋翼無人機(jī)包括：無人機(jī)飛行平臺系統(tǒng)、gps導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、遙感攝影系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)。該裝置利用5個(gè)相機(jī)分別進(jìn)行拍攝，存在上述的較多缺點(diǎn)。

經(jīng)過進(jìn)一步檢索，發(fā)現(xiàn)兩相機(jī)傾斜攝影相關(guān)專利(cn105292509a)，該專利公開了一種無人機(jī)雙相機(jī)多角度拍攝支撐裝置，包括框架、控制裝置、電機(jī)、舵機(jī)、支撐軸、轉(zhuǎn)架、限位件、插銷，所述轉(zhuǎn)架的兩端分別與框架的兩個(gè)短邊件鉸鏈，舵機(jī)固定在轉(zhuǎn)架的一端，且舵機(jī)下部通過支撐軸與框架固定連接，插銷穿過框架、支撐軸，使支撐軸在框架上定位，雙相機(jī)固定在框架內(nèi)，轉(zhuǎn)架頂部固定在無人機(jī)底部，所述控制裝置連接電機(jī)，電機(jī)連接舵機(jī)，所述限位件固定在框架的一個(gè)短邊件上，且位于舵機(jī)的兩側(cè)，所述控制裝置控制電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，使舵機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)，從而使雙相機(jī)在框架上實(shí)現(xiàn)多角度拍攝；當(dāng)轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過限位件能確定轉(zhuǎn)架的旋轉(zhuǎn)角度。

該支架采用兩相機(jī)進(jìn)行拍攝，通過控制裝置控制相機(jī)之間的角度，實(shí)現(xiàn)拍攝角度的改變，但是其單方向轉(zhuǎn)動(dòng)的拍攝范圍有限，重復(fù)率較低，數(shù)據(jù)采集不全，后期三維建模時(shí)難以獲得完整三維圖像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中五相機(jī)攝影裝置重量大、續(xù)航時(shí)間短不足，提供了一種基于多角度傾斜攝影裝置的三維建模數(shù)據(jù)采集方法。本發(fā)明采用雙相機(jī)大大減輕了攝影裝置重量，提高了續(xù)航能力，而且能夠?qū)崿F(xiàn)較高的拍攝重復(fù)率，保證了三維建模的準(zhǔn)確性。

2.技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種基于多角度傾斜攝影裝置的三維建模數(shù)據(jù)采集方法，包括無人機(jī)體、設(shè)置在無人機(jī)體底部的增穩(wěn)云臺，以及航拍云臺和航測單元，所述航測單元中心對稱設(shè)置有支撐板和相機(jī)，所述相機(jī)安裝在支撐板外端，兩個(gè)相機(jī)之間的拍攝夾角為35～70°；所述航拍云臺安裝在增穩(wěn)云臺上，該航拍云臺用于驅(qū)動(dòng)航測單元在豎直面和水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

其數(shù)據(jù)采集過程為：

步驟1、根據(jù)無人機(jī)類型、飛行高度規(guī)劃飛行路徑；

步驟2、通過飛控裝置控制無人機(jī)飛行至指定高度，然后啟動(dòng)無人機(jī)按照規(guī)劃路徑自主飛行；

步驟3、航測單元從第一種姿態(tài)開始拍攝采集數(shù)據(jù)，第一舵機(jī)控制航測單元完成4個(gè)角度的拍攝數(shù)據(jù)采集；

步驟4、控制第二舵機(jī)垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一相機(jī)拍攝豎直方向，通過第一舵機(jī)控制航測單元完成5個(gè)角度的拍攝數(shù)據(jù)采集；

步驟5、在無人機(jī)飛行過程中，重復(fù)步驟三、步驟四的拍攝過程至完成目標(biāo)對象的數(shù)據(jù)采集，降落無人機(jī)。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的無人機(jī)體下方設(shè)置有起落架，用于支撐無人機(jī)體并防止航測單元觸地。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述增穩(wěn)云臺的支架通過螺栓固定在無人機(jī)體上，第一舵機(jī)外部套裝有支撐座，通過該支撐座把第一舵機(jī)與增穩(wěn)云臺相連接。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述增穩(wěn)云臺為三軸增穩(wěn)云臺。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述航拍云臺包括通過中間載體相連的第一舵機(jī)和第二舵機(jī)，所述第二舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸與航測單元相連。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第一舵機(jī)用于驅(qū)動(dòng)中間載體和第二舵機(jī)在水平面內(nèi)360°轉(zhuǎn)動(dòng)；第二舵機(jī)用于控制航測單元在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第二舵機(jī)控制航測單元有兩種拍攝姿態(tài)，第一種姿態(tài)時(shí)，兩個(gè)相機(jī)的傾斜角度相同；第二舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)后呈現(xiàn)第二種姿態(tài)，其中一個(gè)相機(jī)位于豎直拍攝位置。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述航測單元中兩個(gè)相機(jī)之間的拍攝夾角為60°。

作為本發(fā)明更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述航測單元中支撐板之間的夾角為120°，相機(jī)拍攝方向與支撐板垂直。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的一種基于多角度傾斜攝影裝置的三維建模數(shù)據(jù)采集方法，航測單元上中心對稱設(shè)置有兩個(gè)相機(jī)，兩個(gè)相機(jī)之間形成一定夾角，并利用航拍云臺控制航測單元在豎直平面和水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)多角度傾斜攝影，相對于傳統(tǒng)裝置拍攝范圍更廣，并達(dá)到較高的重復(fù)率，有助于后續(xù)建模準(zhǔn)確性的提高；

(2)本發(fā)明的一種基于多角度傾斜攝影裝置的三維建模數(shù)據(jù)采集方法，在無人機(jī)本體上安裝了三軸增穩(wěn)云臺，并將航拍云臺安裝在三軸增穩(wěn)云臺上，當(dāng)無人機(jī)飛行時(shí)，航拍云臺可以保持自身狀態(tài)而不受無人機(jī)姿態(tài)的影響，保證其在飛行路徑上保持正常拍攝狀態(tài)；

(3)本發(fā)明的一種基于多角度傾斜攝影裝置的三維建模數(shù)據(jù)采集方法，第二舵機(jī)控制航測單元有兩種拍攝姿態(tài)，配合使第一舵機(jī)每次轉(zhuǎn)軸每次旋轉(zhuǎn)90°，則第一種姿態(tài)時(shí)，兩個(gè)相機(jī)的傾斜角度相同，可拍攝4個(gè)角度影像；第二舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)后呈現(xiàn)第二種姿態(tài)，其中一個(gè)相機(jī)位于豎直拍攝位置，在4個(gè)方位可拍攝5個(gè)角度影像，因此可實(shí)現(xiàn)9角度拍攝，拍攝信息更完善。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的多角度傾斜攝影裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中航拍云臺和航測單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為第一種姿態(tài)下相機(jī)位置示意圖；

圖4為第二種姿態(tài)下相機(jī)位置示意圖；

圖5為三維建模數(shù)據(jù)采集方法流程示意圖。

示意圖中的標(biāo)號說明：1、無人機(jī)；11、無人機(jī)體；12、增穩(wěn)云臺；2、第一舵機(jī)；31、中間載體；32、第二舵機(jī)；4、航測單元；41、支撐板；42、相機(jī)。

具體實(shí)施方式

為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

結(jié)合圖1，本實(shí)施例的一種多角度傾斜攝影裝置，包括無人機(jī)體11和設(shè)置在無人機(jī)體11底部的增穩(wěn)云臺12，還包括航拍云臺和航測單元，所述航測單元4中心對稱設(shè)置有支撐板41和相機(jī)42，所述相機(jī)42安裝在支撐板41外端，兩個(gè)相機(jī)42之間的拍攝夾角為35～70°；所述航拍云臺安裝在增穩(wěn)云臺12上，該航拍云臺用于驅(qū)動(dòng)航測單元4在豎直面和水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

支撐板41一端與舵機(jī)相連，另一端安裝相機(jī)42，即支撐板41外端與相機(jī)42相連。支撐板41主要是用于連接相機(jī)，不局限于板狀，可以為塊狀或桿狀，本實(shí)施優(yōu)選為板狀。

所安裝相機(jī)42用于采集數(shù)據(jù)，所采集數(shù)據(jù)用于三維建模，因此，需要對拍攝對象進(jìn)行連續(xù)拍攝，并有一定重復(fù)率，以便能夠完整展現(xiàn)拍攝信息。為了達(dá)到該目的，需要航測單元4具有較多的拍攝角度，本實(shí)施例限制兩個(gè)相機(jī)42之間的拍攝夾角為35～70°，根據(jù)使用時(shí)拍攝高度以及拍攝對象特點(diǎn)，可進(jìn)行具體限制，本實(shí)施例限定為50°。

本實(shí)施例的航拍云臺連接航測單元4，并能夠驅(qū)動(dòng)航測單元4在豎直面和水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于在一個(gè)姿態(tài)能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)角度的拍攝，當(dāng)其水平旋轉(zhuǎn)90°后，能夠?qū)崿F(xiàn)4個(gè)角度拍攝；如果控制其在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，則可實(shí)現(xiàn)更多的角度拍攝。

本實(shí)施例中的無人機(jī)可以采用固定翼無人機(jī)或者是多旋翼無人機(jī)，該無人機(jī)主要是用于提供飛行載體，在設(shè)定的路徑上飛行，對于其結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有具體限制，本實(shí)施例優(yōu)選為旋翼無人機(jī)1。在無人機(jī)體11下方設(shè)置有起落架，該起落架用于支撐無人機(jī)體11并防止航測單元觸地。

傳統(tǒng)的五相機(jī)傾斜拍攝裝置，由于整體重量較大，拍攝裝置直接安裝在無人機(jī)機(jī)體上，不能安裝云臺進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致無人機(jī)的飛行姿態(tài)對拍攝的效果影響較大，而且這種缺陷很難克服。

本實(shí)施例采用雙相機(jī)的航測單元進(jìn)行目標(biāo)對象的拍攝，本裝置重量不到傳統(tǒng)裝置重量的1/2，雖然能夠通過航拍云臺實(shí)現(xiàn)拍攝角度的調(diào)整，但如果無人機(jī)1在飛行過程中顛簸或者是轉(zhuǎn)向，航拍云臺無法做出及時(shí)調(diào)整。本實(shí)施例通過設(shè)置的增穩(wěn)云臺12來保證航測單元的穩(wěn)定性，該增穩(wěn)云臺12為三軸增穩(wěn)云臺，使航測單元的拍攝姿態(tài)不受無人機(jī)影響，為后期三維建模提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。由于本方案重點(diǎn)在機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，其控制系統(tǒng)可以根據(jù)需要設(shè)定，沒有太多要求。

具體使用時(shí)，根據(jù)飛行高度等因素設(shè)定好無人機(jī)的飛行路徑，控制拍攝間隔，并同時(shí)用航拍云臺控制航測單元4不斷的在豎直面和水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，則可實(shí)現(xiàn)多角度的連續(xù)拍攝，合理設(shè)置飛行速度和飛行高度，一次飛行便能夠?qū)崿F(xiàn)對整個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)采集。由于該裝置只采用了兩個(gè)相機(jī)，其重量相對于傳統(tǒng)的五相機(jī)拍攝裝置重量大大減輕，重量不足其1/2，搭載在同樣的飛行裝置上時(shí)，工作時(shí)間超過其4倍以上，續(xù)航能力顯著增強(qiáng)。

實(shí)施例2

結(jié)合圖1和圖2，本實(shí)施例的多角度傾斜攝影裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，其不同之處在于：本實(shí)施例中增穩(wěn)云臺12的支架通過螺栓固定在無人機(jī)體11上，第一舵機(jī)2外部套裝有支撐座，通過該支撐座把第一舵機(jī)2與增穩(wěn)云臺12相連接。航拍云臺包括通過中間載體31相連的第一舵機(jī)2和第二舵機(jī)32，第二舵機(jī)32轉(zhuǎn)動(dòng)軸與航測單元4相連。

第一舵機(jī)2可以豎直安裝，其轉(zhuǎn)動(dòng)軸能夠在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，中間載體31的上端與第一舵機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，其下端安裝第二舵機(jī)32，用于控制第二舵機(jī)32在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

第一舵機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)只能使相機(jī)從不同的方位進(jìn)行拍照，傾斜角度并沒有發(fā)生變化，第二舵機(jī)32可控制航測單元4在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使相機(jī)位于豎直方向拍攝，也可處于其他角度拍攝。第二舵機(jī)32轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)位置后，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)角度的拍攝。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的多角度傾斜攝影裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例2相同，其不同之處在于：第一舵機(jī)2用于驅(qū)動(dòng)中間載體31和第二舵機(jī)32在水平面內(nèi)360°轉(zhuǎn)動(dòng)，控制其每次轉(zhuǎn)動(dòng)90°，則能夠從4個(gè)方位對目標(biāo)對象進(jìn)行拍攝數(shù)據(jù)采集。

第二舵機(jī)32控制航測單元4有兩種拍攝姿態(tài)，第一種姿態(tài)時(shí)，兩個(gè)相機(jī)42的傾斜角度相同，如圖3所示，限定航測單元4中兩個(gè)相機(jī)42之間的拍攝夾角為60°，則兩個(gè)相機(jī)42拍攝方向與豎直方向之間的夾角為30°。

第二舵機(jī)32的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)后呈現(xiàn)第二種姿態(tài)，如圖4所示，其中一個(gè)相機(jī)42位于豎直拍攝位置，則另一個(gè)相機(jī)與豎直方向間的夾角為60°。

在第一種姿態(tài)時(shí)，第一舵機(jī)2轉(zhuǎn)軸每次旋轉(zhuǎn)90°，則能夠?qū)崿F(xiàn)4個(gè)角度的拍攝；在第二種姿態(tài)時(shí)，第一舵機(jī)2轉(zhuǎn)軸每次旋轉(zhuǎn)0°，4個(gè)方位共有8個(gè)拍攝角度，由于由4個(gè)拍攝角度都處于豎直狀態(tài)，相重合，可記為1個(gè)拍攝角度，能夠?qū)崿F(xiàn)5個(gè)角度的拍攝，因此，本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)9個(gè)角度的傾斜拍攝。

由于拍攝角度度的增加，其信息采集更加全面、準(zhǔn)確，相對于五相機(jī)拍攝裝置具有更廣的拍攝范圍，便于后期處理加工。

實(shí)施例4

本實(shí)施例的多角度傾斜攝影裝置，其基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3相同，其不同之處在于：航測單元4中支撐板41之間的夾角為120°，相機(jī)42拍攝方向與支撐板41垂直。

支撐板41結(jié)構(gòu)輕巧，在該結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，更易于調(diào)整舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，能夠清晰的觀測到裝置的拍攝狀態(tài)。支撐板41能夠使相機(jī)與舵機(jī)之間有足夠的距離，避免兩個(gè)相機(jī)之間相互影響。本實(shí)施例中相機(jī)42上安裝有廣角鏡頭，其拍攝視野大，有助于工作效率的提高。

實(shí)施例5

本發(fā)明的一種基于多角度傾斜攝影裝置的三維建模數(shù)據(jù)采集方法，采用多角度傾斜攝影裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，結(jié)合圖5，其過程為：

步驟1、根據(jù)無人機(jī)類型、飛行高度規(guī)劃飛行路徑，調(diào)整增穩(wěn)云臺12平衡。

步驟2、通過飛控裝置控制無人機(jī)飛行至指定高度，然后啟動(dòng)無人機(jī)按照規(guī)劃路徑自主飛行。一般可設(shè)定飛行高度可控制在150～220m范圍，相鄰飛行路徑間寬度在80～120m左右。

步驟3、航測單元4從第一種姿態(tài)開始拍攝采集數(shù)據(jù)，拍攝一次后，完成第一傾斜角度和第二傾斜角度拍攝數(shù)據(jù)；第一舵機(jī)2控制航測單元4水平轉(zhuǎn)動(dòng)90°，再次拍攝，獲得第三傾斜角度和第四傾斜角度拍攝數(shù)據(jù)。

步驟4、控制第二舵機(jī)32轉(zhuǎn)動(dòng)30°，其中一相機(jī)42拍攝豎直方向，另一相機(jī)42的支撐板與水平面夾角60°，拍攝后，獲得目標(biāo)對象的第五豎直角度和第六傾斜角度拍攝數(shù)據(jù)，第一舵機(jī)2控制航測單元4保持間隔性90°轉(zhuǎn)動(dòng)，再次拍攝，由于其中一相機(jī)仍保持豎直方向拍攝，拍攝角度沒有變化，只考慮第七傾斜角度拍攝數(shù)據(jù)，航測單元4繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，傾斜相機(jī)可獲得第八、九傾斜角度拍攝的數(shù)據(jù)。

步驟5、在無人機(jī)飛行過程中，重復(fù)步驟三、步驟四的拍攝過程至完成目標(biāo)對象的數(shù)據(jù)采集，降落無人機(jī)。

后期可利用電腦客戶端對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行三維建模，由于能夠?qū)崿F(xiàn)九角度的數(shù)據(jù)采集，大大提高了建模信息的準(zhǔn)確性。本方案中所涉及的飛控裝置、導(dǎo)航及存儲模塊不是本方案的重點(diǎn)，該技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)中可以通過公開技術(shù)獲得，本方案不再贅述。

本發(fā)明在無人機(jī)本體上安裝了三軸增穩(wěn)云臺，并將航拍云臺安裝在三軸增穩(wěn)云臺上，當(dāng)無人機(jī)飛行時(shí)，航拍云臺可以保持自身狀態(tài)而不受無人機(jī)姿態(tài)的影響，保證其在飛行路徑上保持正常拍攝狀態(tài)；此外，航測單元上中心對稱設(shè)置有兩個(gè)相機(jī)，兩個(gè)相機(jī)之間形成一定夾角，并利用航拍云臺控制航測單元在豎直平面和水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)多角度傾斜攝影，相對于傳統(tǒng)裝置拍攝范圍更廣，并達(dá)到較高的重復(fù)率，有助于后續(xù)建模準(zhǔn)確性的提高。

以上示意性的對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。