一種無人機(jī)用多源成像載荷的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種無人機(jī)用多源成像載荷。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機(jī)在影視、搜救、警用、軍事等領(lǐng)域使用越來越廣泛，小型無人機(jī)以其成本低廉，使用簡單，功能強(qiáng)大受到用戶歡迎。作為無人機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備，光電成像載荷承擔(dān)了無人機(jī)對(duì)地偵察、目標(biāo)搜索、跟蹤、定位等工作，是無人機(jī)的核心載荷之一。隨著技術(shù)發(fā)展，無人機(jī)的生產(chǎn)研制逐步實(shí)現(xiàn)了模塊化、流程化和批量化，但是無人機(jī)載荷的設(shè)計(jì)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。作為無人機(jī)載荷關(guān)鍵部件的光學(xué)成像載荷與圖像處理模塊，是無人機(jī)載荷設(shè)計(jì)難度最大，成本最高，功能最復(fù)雜的模組。
[0003]由于成像設(shè)備的硬件接口與數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)繁雜，無人機(jī)載荷往往需要針對(duì)不同成像設(shè)備設(shè)計(jì)不同的接口與轉(zhuǎn)接電路，導(dǎo)致載荷體積增加，能耗提高；為保證多源成像載荷的視頻數(shù)據(jù)通路選擇，采用實(shí)時(shí)視頻切換方式需要在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)冗余數(shù)據(jù)鏈路同時(shí)傳遞多路視頻數(shù)據(jù)，導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)尺寸偏大，而采用非實(shí)時(shí)視頻切換方式需要在載荷通電狀態(tài)下進(jìn)行熱啟動(dòng)，導(dǎo)致載荷在空中處于失控狀態(tài)；為豐富光電載荷的功能設(shè)計(jì)，通常選擇為每一項(xiàng)新的功能而在載荷中添加新模塊，導(dǎo)致高昂的設(shè)計(jì)成本；傳統(tǒng)載荷外部接口設(shè)計(jì)較為單一，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，在定型之后難以更改，更難以適應(yīng)多變的外部接口需求，導(dǎo)致每一種新的接口都需要重復(fù)開發(fā)，導(dǎo)致大量的重復(fù)設(shè)計(jì)與勞動(dòng)。諸如此類問題導(dǎo)致無人機(jī)總體成本偏高，極大的限制了無人機(jī)在多領(lǐng)域的推廣與使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種集可見光成像模塊、紅外成像模塊和激光指示模塊于一體的無人機(jī)用多源成像載荷，具備體積小、重量輕、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，可以充分滿足中近距離的晝夜光電偵察需求，而多載荷配合使用更能為不同環(huán)境與應(yīng)用條件下的使用帶來便利。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種無人機(jī)用多源成像載荷，包含光電載荷組件和視頻處理組件，所述光電載荷組件包括可見光成像模塊、紅外成像模塊和激光指示模塊；視頻處理組件包括中心處理模塊、目標(biāo)檢測(cè)模塊和視頻壓縮模塊；
[0006]可見光成像模塊輸出第一分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)至中心處理模塊，紅外成像模塊輸出灰度視頻數(shù)據(jù)至中心處理模塊并由中心處理模塊轉(zhuǎn)換為第一分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)，激光指示模塊與中心處理模塊連接并由中心處理模塊控制其開關(guān)；
[0007]中心處理模塊將第一分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)發(fā)送至視頻壓縮模塊，視頻壓縮模塊將接收到的第一分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為第一分辨率的YUV420格式視頻數(shù)據(jù)后，對(duì)YUV420格式視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行電子變倍獲得第二分辨率的YUV420格式視頻數(shù)據(jù)，對(duì)第二分辨率的YUV420格式視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻壓縮編碼獲得第二分辨率的壓縮視頻數(shù)據(jù)或者模擬視頻信號(hào)；中心處理模塊將第一分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行降采樣后獲得第三分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)并將其發(fā)送至目標(biāo)檢測(cè)模塊；目標(biāo)檢測(cè)模塊根據(jù)接收到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤或動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)獲得目標(biāo)坐標(biāo)，將目標(biāo)坐標(biāo)輸出至中心處理模塊；中心處理模塊將壓縮視頻數(shù)據(jù)與目標(biāo)坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝后獲得數(shù)字視頻數(shù)據(jù)并將數(shù)字視頻數(shù)據(jù)輸出至外部接口或者中心處理模塊將模擬視頻信號(hào)輸出至外部接口 ；第一分辨率、第二分辨率和第三分辨率的分辨率依次變小。
[0008]可見光成像模塊采用1/2.5英寸的CMOS傳感器作為感光成像器件，像元尺寸為2.2 X 2.2 μ m，感光幅面大小為 5.70mm x 4.28mm。
[0009]紅外成像模塊使用非制冷氧化釩探測(cè)器，原始分辨率為640x512，像元尺寸為17um，選用焦距為19mm-100_的定焦鏡頭。
[0010]激光指示模塊采用九只激光二極管排列成3x3的陣列，激光二極管的中心波長為810nm。
[0011]中心處理單元采用一片F(xiàn)PGA芯片實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)檢測(cè)模塊采用一片DSP芯片實(shí)現(xiàn)，視頻壓縮模塊采用一片ARM芯片實(shí)現(xiàn)。
[0012]第一分辨率為2592x1944，第二分辨率為720x540，第三分辨率為320x240。
[0013]所述外部接口為數(shù)字視頻接口時(shí)，中心處理模塊采用同步422電平串口輸出、異步422電平串口輸出或網(wǎng)口輸出所述數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。
[0014]所述外部接口為模擬視頻接口時(shí)，視頻壓縮模塊將壓縮視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PAL制式模擬視頻信號(hào)后發(fā)送至中心處理模塊，中心處理模塊將PAL制式模擬視頻信號(hào)輸出至外部接口。
[0015]對(duì)于可見光成像模塊對(duì)應(yīng)的第一分辨率的YUV420格式視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行電子變倍的過程如下:以每幀視頻數(shù)據(jù)的中心為準(zhǔn)截取指定區(qū)域大小的數(shù)據(jù)，然后通過三次線性擬合縮放至所述第二分辨率獲得第二分辨率的YUV420格式視頻數(shù)據(jù)，指定區(qū)域大小的為2592x1944 至 640x480 之間。
[0016]對(duì)于紅外成像模塊對(duì)應(yīng)的第一分辨率的YUV420格式視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行電子變倍的過程如下:提取指定區(qū)域的視頻數(shù)據(jù)，指定區(qū)域?yàn)橐?0，16)為左上角，以(640，496)為右下角的區(qū)域；然后對(duì)提取的指定區(qū)域的視頻數(shù)據(jù)通過三次線性擬合縮放至所述第二分辨率，獲得第二分辨率的YUV420格式視頻數(shù)據(jù)。
[0017]視頻壓縮模塊在電子變倍之后以及視頻壓縮編碼之前進(jìn)行疊加狀態(tài)字，疊加狀態(tài)字包括疊加當(dāng)前成像載荷類型、激光指示模塊開關(guān)狀態(tài)和電子變倍狀態(tài)，并根據(jù)目標(biāo)檢測(cè)模塊獲得的目標(biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)在視頻中疊加顯示目標(biāo)方框。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0019]本發(fā)明在小體積前提下，針對(duì)小型無人機(jī)使用需求，同時(shí)集成了適用性最廣泛的可見光成像模塊以及紅外成像模塊兩種光電載荷模塊，兩種圖像視頻載荷的輸出數(shù)據(jù)格式使用相同的RawRGB(Bayer)格式，保持光電載荷組件的輸出數(shù)據(jù)的接口一致性；基于進(jìn)行目標(biāo)指示以及夜晚對(duì)于無人機(jī)自身可視化定位的需求，增加激光指示模塊，可滿足常見微光夜視設(shè)備的使用；為提高光電載荷設(shè)備的集成度，減少載荷設(shè)備的開發(fā)時(shí)間，并提供統(tǒng)一外部接口，在視頻處理組件中集成了目標(biāo)跟蹤、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、電子變倍等多項(xiàng)實(shí)用性功能。
[0020]可見光成像模塊、紅外成像模塊和激光指示模塊通過一個(gè)中心處理模塊進(jìn)行統(tǒng)一控制，中心處理模塊從可見光成像模塊與紅外成像模塊采集視頻數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為相同的數(shù)據(jù)格式后進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，在數(shù)據(jù)壓縮時(shí)進(jìn)行電子變倍，采用電子變倍方式能夠在不降低圖像畫質(zhì)的基礎(chǔ)上，提供低分辨率(720x540)的局部細(xì)節(jié)觀察與全畫幅(2592x1944)圖像采集之間多檔過渡。
[0021]總之，本發(fā)明具備體積小、重量輕、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，可以充分滿足中近距離的晝夜光電偵察需求，而多載荷配合使用更能為不同環(huán)境與應(yīng)用條件下的使用帶來便利，適用于固聯(lián)方式或穩(wěn)定平臺(tái)方式搭載的無人固定翼機(jī)和旋翼機(jī)。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明無人機(jī)用多源成像載荷組成框圖；
[0023]圖2為可見光成像模塊的信號(hào)線隔離圖；
[0024]圖3為本發(fā)明RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明視頻壓縮模塊工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的無人機(jī)用多源成像載荷，包含光電載荷組件和視頻處理組件，所述光電載荷組件包括可見光成像模塊、紅外成像模塊和激光指示模塊；視頻處理組件包括中心處理模塊、目標(biāo)檢測(cè)模塊和視頻壓縮模塊；
[0027]可見光成像模塊輸出第一分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)至中心處理模塊，紅外成像模塊輸出灰度視頻數(shù)據(jù)至中心處理模塊并由中心處理模塊轉(zhuǎn)換為第一分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)，激光指示模塊與中心處理模塊連接并由中心處理模塊控制其開關(guān)；
[0028]中心處理模塊將第一分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)發(fā)送至視頻壓縮模塊，視頻壓縮模塊將接收到的第一分辨率的RawRGB格式視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為第一分辨率的YUV420格式視頻數(shù)據(jù)后，對(duì)YU