防止無人機起落架影響視場的可翻轉支架研究

王敏1,2，周樹道1,2，嚴衛1，施偉來1，賈贇1

(1.解放軍理工大學氣象海洋學院，江蘇南京 211101；2.南京資訊工程大學氣象災害預報預警與評估協同創新中心，江蘇南京 210044）

：針對折反射式全景相機獲取全方位圖像時，由於無人機起落架的遮擋，造成圖像獲取要素不完整的問題，設計了一種防止無人機起落架影響全景相機視場的可翻轉支架系統。通過採集無人機離地距離和飛行狀態調節全景相機鏡頭的位置，可以防止無人機起落架落入圖像內，使得採集要素的完整性達到了100%，提高了採集的圖像品質；同時可以根據無人機的起落距離，

對全景相機進行翻轉收放，避免鏡頭與地面相接觸，有效保護了鏡頭。

：無人機；起落架；折反射式全景相機；可翻轉支架

：TN942.2文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.02.011

引用格式：王敏，周樹道，嚴衛，等.防止無人機起落架影響視場的可翻轉支架研究［J］.微型機與應用， 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視點獲取水準方向一周360°、垂直方向達到半球以上視場的多方向圖像，由於成像範圍大、成像快等特點，可為軍事偵查、機器人導航、虛擬實境、電腦視覺等領域提供大視場場景的立體感知和重現功能，近年來發展快速，成為光電子學、電腦視覺和電腦圖形學的研究熱點。

目前為止，主要有三種實現全景成像的方法：圖像拼接法、魚眼鏡頭法和折反射全景成像法［1］。

基於圖像拼接的全景成像方法之一是使相機繞通過其光心的垂直軸線旋轉對多個方向的場景成像，再將這些不同方向的場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，拼接演算法複雜，一般只能拼接出柱面全景圖像，不能滿足單一視點要求，且成本高，系統複雜，不能滿足即時全景成像的需要。魚眼鏡頭在獲得大視場的同時又有其缺點，即會產生嚴重的桶形畸變，很難校正，且成像解析度低。高品質的魚眼透鏡通常採用10片以上的結構和高品質的光學材料，因此系統複雜，造價成本昂貴。折反射式全景成像技術由於具有一次性大範圍成像特點，即時性能優，

並且結構簡單、無掃描部件，無拼接，因而可以作為替代現有航空全景相機的重要技術。但由於無人機起落架的存在，使得折反射式全景相機在獲取全方位圖像時，總是存在由於起落架的遮擋而造成圖像獲取要素不完整、成像品質不高等問題。

本文設計了一種防止無人機起落架影響全景相機視場的可翻轉支架系統，通過超聲波感測器測量機體離地安全距離後，微處理器控制全景相機及支架的上下翻轉，可以防止全景相機進行全景圖像採集時無人機起落架落入圖像內，提高圖像採集要素的完整性和圖像的品質，獲取全方位無起落架干擾的全景圖像。

1無人機起落架對全景相機視場的成像影響

通常，無人機折反射全景成像系統由無人機、折反射全景相機和資料處理單元等組成，如圖1所示。折反射全景相機成像可以獲得水準方向360°、垂直方向210°的大視場場景圖像。折反射全景相機通常置放于無人機機身正下方，但由於無人機兩側起落架的位置低於全景相機，導致全景圖像始終出現該起落架，影響圖像的進一步解讀，如圖2所示。

2可翻轉支架系統組成

防止無人機起落架影響全景相機視場的可翻轉支架系統由超聲波測距感測器模組、步進電機模組、中央處理器模組、全景相機及支架模組和電源模組組成［23］，如圖3所示。其中，超聲波測距感測器模組用來測量無人機機體底部距離地面的垂直距離［45］，步進電機［6］模組用來驅動全景相機及支架模組的垂直180°翻轉，中央處理器模組［7］根據超聲波測距感測器模組測量的距離資訊控制步進電機模組的正反轉，電源模組用來為系統供電。全景相機置放於起落架底部相交的回轉軸的中部，通過滾動軸承進行上下翻轉。

可翻轉支架系統的結構佈局為：將全景相機的相機託盤放置于回轉軸正中位置，回轉軸通過滾動軸承和連接件連接于無人機起落架的兩側底端，步進電機、中央處理器、超聲波測距感測器和電源等封裝於一殼體內，其中超聲波測距感測器指向無人機正下方，該殼體放置於一側起落架外側底端，具體結構佈局如圖4所示。

3可翻轉支架系統工作過程

防止無人機起落架影響全景相機視場的可翻轉支架系統工作過程如下：

（1）無人機停止飛行狀態下，全景相機鏡頭默認保持垂直向上初始位置，如圖5所示。

（2）無人機飛離地面後，超聲波測距感測器測量距地面間的垂直距離大於4 m時，中央處理器模組發出信號控制步進電機模組，使步進電機開始正轉工作，驅動全景相機及支架模組開始向地面方向翻轉180°，如圖6所示。

（3）無人機返回地面前，超聲波測距感測器測量距地面間的垂直距離小於4 m時，中央處理器模組發出信號控制步進電機模組，使步進電機開始反轉動作，驅動全景相機及支架模組開始向無人機方向轉動180°，相機回到初始位置，直到無人機降落至地面。

4結論

本文設計的可翻轉支架系統，根據離地距離和無人機飛行狀態調節全景相機鏡頭進行翻轉，有效防止無人機起落架落入圖像，同時保護鏡頭避免損傷，大幅提高了圖像採集要素的完整性，為進一步的圖像釋讀奠定了基礎。

參考文獻

［1］王敏,周樹道,張水準,等. 全景立體成像技術淺述［J］.資訊技術,2014（5）:24-27.

［2］王祁. 智慧型儀器器設計基礎［M］. 北京：機械工業出版社, 2010.

［3］姚錫凡.人工智慧技術及應用［M］.北京:中國電力出版社,2008.

［4］李航，王可人. 基於STC89C52RC的超聲波測距系統設計［J］. 電子測試,2010（1）:5558.

［5］張銀霞,魏振春,張儒瑞,等.基於超聲波定位的機車監控與導航系統［J］.電腦技術與應用進展,2009（12）:1057-1060.

［6］曹承志.電機、拖動與控制［M］.北京：機械工業出版社,2000.

［7］樓然苗，李光飛，等.51系列單片機設計實例［M］.北京：北京航空航太大學出版社,2003.