王敏1,2，周樹(shù)道1,2,，嚴(yán)衛(wèi)1,，施偉來(lái)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(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210044）

       摘要：針對(duì)折反射式全景相機(jī)獲取全方位圖像時(shí),，由于無(wú)人機(jī)起落架的遮擋,，造成圖像獲取要素不完整的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種防止無(wú)人機(jī)起落架影響全景相機(jī)視場(chǎng)的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng),。通過(guò)采集無(wú)人機(jī)離地距離和飛行狀態(tài)調(diào)節(jié)全景相機(jī)鏡頭的位置,，可以防止無(wú)人機(jī)起落架落入圖像內(nèi)，使得采集要素的完整性達(dá)到了100%,，提高了采集的圖像質(zhì)量,；同時(shí)可以根據(jù)無(wú)人機(jī)的起落距離，對(duì)全景相機(jī)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)收放,，避免鏡頭與地面相接觸,，有效保護(hù)了鏡頭。

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

　　中圖分類號(hào)：TN942.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.02.011

　　引用格式：王敏,，周樹(shù)道,，嚴(yán)衛(wèi)，等.防止無(wú)人機(jī)起落架影響視場(chǎng)的可翻轉(zhuǎn)支架研究［J］.微型機(jī)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(gè)視點(diǎn)獲取水平方向一周360°,、垂直方向達(dá)到半球以上視場(chǎng)的多方向圖像，由于成像范圍大,、成像快等特點(diǎn),，可為軍事偵查、機(jī)器人導(dǎo)航,、虛擬現(xiàn)實(shí),、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等領(lǐng)域提供大視場(chǎng)場(chǎng)景的立體感知和重現(xiàn)功能，近年來(lái)發(fā)展快速,，成為光電子學(xué),、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究熱點(diǎn)。

　　目前為止,，主要有三種實(shí)現(xiàn)全景成像的方法：圖像拼接法,、魚(yú)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(jī)繞通過(guò)其光心的垂直軸線旋轉(zhuǎn)對(duì)多個(gè)方向的場(chǎng)景成像,，再將這些不同方向的場(chǎng)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(diǎn)要求,，且成本高,，系統(tǒng)復(fù)雜，不能滿足實(shí)時(shí)全景成像的需要,。魚(yú)眼鏡頭在獲得大視場(chǎng)的同時(shí)又有其缺點(diǎn),，即會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的桶形畸變，很難校正,，且成像分辨率低,。高質(zhì)量的魚(yú)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(jià)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(diǎn)，實(shí)時(shí)性能優(yōu),，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、無(wú)掃描部件，無(wú)拼接,，因而可以作為替代現(xiàn)有航空全景相機(jī)的重要技術(shù),。但由于無(wú)人機(jī)起落架的存在,，使得折反射式全景相機(jī)在獲取全方位圖像時(shí)，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(wèn)題,。

　　本文設(shè)計(jì)了一種防止無(wú)人機(jī)起落架影響全景相機(jī)視場(chǎng)的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)，通過(guò)超聲波傳感器測(cè)量機(jī)體離地安全距離后,，微處理器控制全景相機(jī)及支架的上下翻轉(zhuǎn),，可以防止全景相機(jī)進(jìn)行全景圖像采集時(shí)無(wú)人機(jī)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(wú)起落架干擾的全景圖像,。

1無(wú)人機(jī)起落架對(duì)全景相機(jī)視場(chǎng)的成像影響

　　通常，無(wú)人機(jī)折反射全景成像系統(tǒng)由無(wú)人機(jī),、折反射全景相機(jī)和數(shù)據(jù)處理單元等組成,，如圖1所示。折反射全景相機(jī)成像可以獲得水平方向360°,、垂直方向210°的大視場(chǎng)場(chǎng)景圖像,。折反射全景相機(jī)通常置放于無(wú)人機(jī)機(jī)身正下方，但由于無(wú)人機(jī)兩側(cè)起落架的位置低于全景相機(jī),，導(dǎo)致全景圖像始終出現(xiàn)該起落架,，影響圖像的進(jìn)一步解讀，如圖2所示,?！?/p>

　　2可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)組成

　　防止無(wú)人機(jī)起落架影響全景相機(jī)視場(chǎng)的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)由超聲波測(cè)距傳感器模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊,、中央處理器模塊,、全景相機(jī)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(cè)距傳感器模塊用來(lái)測(cè)量無(wú)人機(jī)機(jī)體底部距離地面的垂直距離［45］，步進(jìn)電機(jī)［6］模塊用來(lái)驅(qū)動(dòng)全景相機(jī)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(cè)距傳感器模塊測(cè)量的距離信息控制步進(jìn)電機(jī)模塊的正反轉(zhuǎn),，電源模塊用來(lái)為系統(tǒng)供電。全景相機(jī)置放于起落架底部相交的回轉(zhuǎn)軸的中部,，通過(guò)滾動(dòng)軸承進(jìn)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(jī)的相機(jī)托盤放置于回轉(zhuǎn)軸正中位置，回轉(zhuǎn)軸通過(guò)滾動(dòng)軸承和連接件連接于無(wú)人機(jī)起落架的兩側(cè)底端,，步進(jìn)電機(jī),、中央處理器、超聲波測(cè)距傳感器和電源等封裝于一殼體內(nèi),，其中超聲波測(cè)距傳感器指向無(wú)人機(jī)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(guò)程

　　防止無(wú)人機(jī)起落架影響全景相機(jī)視場(chǎng)的可翻轉(zhuǎn)支架系統(tǒng)工作過(guò)程如下：

　?。?） 無(wú)人機(jī)停止飛行狀態(tài)下,，全景相機(jī)鏡頭默認(rèn)保持垂直向上初始位置，如圖5所示,。

　?。?）無(wú)人機(jī)飛離地面后，超聲波測(cè)距傳感器測(cè)量距地面間的垂直距離大于4 m時(shí),，中央處理器模塊發(fā)出信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)模塊,，使步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)工作，驅(qū)動(dòng)全景相機(jī)及支架模塊開(kāi)始向地面方向翻轉(zhuǎn)180°,，如圖6所示,。

　　（3）無(wú)人機(jī)返回地面前,，超聲波測(cè)距傳感器測(cè)量距地面間的垂直距離小于4 m時(shí),，中央處理器模塊發(fā)出信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)模塊，使步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)動(dòng)作,，驅(qū)動(dòng)全景相機(jī)及支架模塊開(kāi)始向無(wú)人機(jī)方向轉(zhuǎn)動(dòng)180°,，相機(jī)回到初始位置，直到無(wú)人機(jī)降落至地面,。

4結(jié)論

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

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