一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置及其作業(yè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無人機控制領(lǐng)域，具體是一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置及其作業(yè)方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前無人機作業(yè)主要依靠地面人員分別對無人機遙控和對云臺遙控，實現(xiàn)目標檢 測，不僅效率低，而且無法解決目視距離外的作業(yè)。由于無人機電源支持單次作業(yè)時間短， 開發(fā)控制系統(tǒng)和作業(yè)系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化從而提高效率非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置及其作業(yè)方法，可 實現(xiàn)基于目標的全自動控制，實現(xiàn)快速高效的目標捕獲，實用簡便、工作效率高。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0005] 一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置，包括有連接于無人機上的吊艙，連接于吊艙上的 云臺，設(shè)置于吊艙上的全景廣角攝像頭、控制模塊、北斗模塊和第一無線通信模塊，設(shè)置于 云臺上的熱像儀或攝像機，以及設(shè)置于地面上且相互連接的第二無線通信模塊和控制終 端；其中，所述的全景廣角攝像頭、北斗模塊、第一無線通信模塊、熱像儀或攝像機均與控制 模塊連接；所述的第一無線通信模塊和第二無線通信模塊無線連接。
[0006] 還包括有設(shè)置于云臺上且與控制模塊連接的激光距離傳感器。
[0007] 所述的全景廣角攝像頭包括有前全景廣角攝像頭、后全景廣角攝像頭、左全景廣 角攝像頭、右全景廣角攝像頭、上全景廣角攝像頭和下全景廣角攝像頭，每個攝像頭的視角 為120度。
[0008] 所述的云臺垂直連接于吊艙的基座上，云臺包括有安裝于云臺架上的垂直軸向轉(zhuǎn) 軸和水平軸向轉(zhuǎn)軸，垂直軸向轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度為360度，水平軸向轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度為以水 平方向為基準上下各旋轉(zhuǎn)45度。
[0009] 所述的熱像儀或攝像機、激光距離傳感器并列安裝在云臺上，且保持朝向一致，其 中，熱像儀或攝像機的視角為90度。
[0010] 一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置的作業(yè)方法，包括以下步驟：
[0011] (1)、通過全景廣角攝像頭保持對周圍環(huán)境的監(jiān)控；
[0012] (2)、全景廣角攝像頭拍攝的視頻通過第一無線通信模塊傳輸至第二無線通信模 塊；
[0013] (3)、地面作業(yè)人員在控制終端的視頻圖像中選擇監(jiān)控目標；
[0014] (4)、控制終端根據(jù)目標在視頻中的位置、無人機的位置、云臺當前姿態(tài)，得出云臺 水平和垂直轉(zhuǎn)動量，以及無人機的垂直移動量；
[0015] (5)、控制終端將步驟（4)的結(jié)果發(fā)送給控制模塊，控制模塊自動控制無人機進行 移動、云臺進行轉(zhuǎn)動，從而自動快速的將熱像儀或攝像機對準目標，完成目標捕獲。
[0016] 所述的步驟（4)的具體計算步驟為：
[0017] (a)、首先判斷目標位置是否位于云臺視場中心范圍內(nèi)，由于全景廣角攝像頭的視 場范圍為120度，而云臺水平軸向轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度為以水平方向為基準上下各旋轉(zhuǎn)45度， 又由于視場角度與視頻像素成正比，故得出公式（1):
[0018]
【主權(quán)項】
1. 一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置，其特征在于：包括有連接于無人機上的吊艙，連接 于吊艙上的云臺，設(shè)置于吊艙上的全景廣角攝像頭、控制模塊、北斗模塊和第一無線通信模 塊，設(shè)置于云臺上的熱像儀或攝像機，W及設(shè)置于地面上且相互連接的第二無線通信模塊 和控制終端；其中，所述的全景廣角攝像頭、北斗模塊、第一無線通信模塊、熱像儀或攝像機 均與控制模塊連接；所述的第一無線通信模塊和第二無線通信模塊無線連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置，其特征在于；還包括有設(shè)置 于云臺上且與控制模塊連接的激光距離傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置，其特征在于；所述的全景廣 角攝像頭包括有前全景廣角攝像頭、后全景廣角攝像頭、左全景廣角攝像頭、右全景廣角攝 像頭、上全景廣角攝像頭和下全景廣角攝像頭，每個攝像頭的視角為120度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置，其特征在于；所述的云臺垂 直連接于吊艙的基座上，云臺包括有安裝于云臺架上的垂直軸向轉(zhuǎn)軸和水平軸向轉(zhuǎn)軸，垂 直軸向轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度為360度，水平軸向轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度為W水平方向為基準上下各旋 轉(zhuǎn)45度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置，其特征在于；所述的熱像儀 或攝像機、激光距離傳感器并列安裝在云臺上，且保持朝向一致，其中，熱像儀或攝像機的 視角為90度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置的作業(yè)方法，其特征在于：包 括W下步驟： (1) 、通過全景廣角攝像頭保持對周圍環(huán)境的監(jiān)控； (2) 、全景廣角攝像頭拍攝的視頻通過第一無線通信模塊傳輸至第二無線通信模塊； (3) 、地面作業(yè)人員在控制終端的視頻圖像中選擇監(jiān)控目標； (4) 、控制終端根據(jù)目標在視頻中的位置、無人機的位置、云臺當前姿態(tài)，得出云臺水平 和垂直轉(zhuǎn)動量，W及無人機的垂直移動量； 巧）、控制終端將步驟（4)的結(jié)果發(fā)送給控制模塊，控制模塊自動控制無人機進行移 動、云臺進行轉(zhuǎn)動，從而自動快速的將熱像儀或攝像機對準目標，完成目標捕獲。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置的作業(yè)方法，其特征在于：所 述的步驟（4)的具體計算步驟為： (a)、首先判斷目標位置是否位于云臺視場中屯、范圍內(nèi)，由于全景廣角攝像頭的視場范 圍為120度，而云臺水平軸向轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度為W水平方向為基準上下各旋轉(zhuǎn)45度，又由 于視場角度與視頻像素成正比，故得出公式（1):
其中，Y=Y1巧2,Y為全景廣角攝像頭的視頻像素高度，Y2-Y1是熱像儀或攝像機的中 屯、視場邊界高度； 將公式（1)變形后，得到公式（2)，
此時得出目標的縱坐標Ya滿足公式（4); Y1《化《Y2 (4), 若滿足，則目標在云臺視場中屯、范圍內(nèi)；若不滿足，則目標不在云臺視場中屯、范圍內(nèi)； 化）、計算云臺水平轉(zhuǎn)動量，由于視場角度與視頻像素保持等比例，故得出公式巧）， 狂a-Xc)/狂-Xc) =a/60 巧）， 其中，Xa是目標的橫坐標，Xc是全景廣角攝像頭的視場中屯、位置的橫坐標，X是全景廣 角攝像頭右極限的橫坐標； 由于公式化）；
其中，a為基于所在全景廣角攝像頭中屯、方向，順時針調(diào)整的角度值；云臺先轉(zhuǎn)動至 所在全景廣角攝像頭中屯、方向，再順時針轉(zhuǎn)動a角度，完成云臺水平轉(zhuǎn)動調(diào)整； (C)、計算云臺垂直轉(zhuǎn)動量和飛行器垂直移動量： 首先根據(jù)步驟（a)的結(jié)果分為兩種情況：當目標在云臺視場中屯、范圍內(nèi)，則只調(diào)整云 臺垂直轉(zhuǎn)動量即可滿足在垂直方向?qū)誓繕?，無需移動飛行器；當目標不在云臺視場中屯、 范圍內(nèi)，則需調(diào)整飛行器高度，具體如下： 當目標在云臺視場中屯、范圍內(nèi)是，得出公式巧）；
其中，0為基于所在全景廣角攝像頭中屯、方向，向上側(cè)調(diào)整的角度值；云臺先轉(zhuǎn)動至 所在全景廣角攝像頭中屯、方向，再向上側(cè)轉(zhuǎn)動0角度，完成云臺垂直轉(zhuǎn)動調(diào)整； 當目標不在云臺視場中屯、范圍內(nèi)，則先將云臺向目標所在方向調(diào)整至極限位置即45 度位置，通過激光距離傳感器測出直線距離11，通過余弦函數(shù)得出水平距離L，具體見公式 (9)：
由正弦函數(shù)得出基準高度差H1，具體見公式（10):
由于目標高度H2為公式（11): 肥=Ll*tan0 (11)， 得出目標調(diào)整高度差H3,見公式（12):
又由于保持云臺位于垂直極限位置，垂直移動，則吊艙調(diào)整高度差化二冊，為公式 (13)：
將公式做的結(jié)果帶入，即得化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置的作業(yè)方法，其特征在于：所 述的控制模塊根據(jù)激光距離傳感器采集到的目標距離，得到最佳調(diào)焦值，然后控制模塊控 制云臺對熱像儀或攝像機調(diào)焦，最后人工操作控制終端，控制模塊控制云臺對熱像儀或攝 像機進行微調(diào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無人機應(yīng)急監(jiān)控云臺裝置及其作業(yè)方法，監(jiān)控云臺裝置包括有連接于無人機上的吊艙，連接于吊艙上的云臺，設(shè)置于吊艙上的全景廣角攝像頭、控制模塊、北斗模塊和第一無線通信模塊，設(shè)置于云臺上的熱像儀或攝像機，以及設(shè)置于地面上且相互連接的第二無線通信模塊和控制終端；其中，全景廣角攝像頭、北斗模塊、第一無線通信模塊、熱像儀或攝像機均與控制模塊連接；第一無線通信模塊和第二無線通信模塊無線連接。本發(fā)明通過全景廣角攝像頭保持對周圍環(huán)境的監(jiān)視，當作業(yè)人員在監(jiān)視視頻上發(fā)現(xiàn)并指定了具體的目標時，系統(tǒng)將控制云臺實現(xiàn)熱像儀或攝像機自動對準目標，快速有效的實現(xiàn)以目標為基礎(chǔ)的視頻控制和目標捕獲。
【IPC分類】H04N7-18, H04N5-232
【公開號】CN104796672
【申請?zhí)枴緾N201510236321
【發(fā)明人】林杰華, 鮑紅杰, 周立, 劉軍, 孫正來, 江東勝, 楊國俊
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)安徽省電力公司六安供電公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年5月9日