[发明专利]一种无人机应急监控云台装置

摘要

本发明公开了一种无人机应急监控云台装置及其作业方法，监控云台装置包括有连接于无人机上的吊舱，连接于吊舱上的云台，设置于吊舱上的全景广角摄像头、控制模块、北斗模块和第一无线通信模块，设置于云台上的热像仪或摄像机，以及设置于地面上且相互连接的第二无线通信模块和控制终端；其中，全景广角摄像头、北斗模块、第一无线通信模块、热像仪或摄像机均与控制模块连接；第一无线通信模块和第二无线通信模块无线连接。本发明通过全景广角摄像头保持对周围环境的监视，当作业人员在监视视频上发现并指定了具体的目标时，系统将控制云台实现热像仪或摄像机自动对准目标，快速有效的实现以目标为基础的视频控制和目标捕获。

主权项

一种无人机应急监控云台装置，其特征在于：包括有连接于无人机上的吊舱，连接于吊舱上的云台，设置于吊舱上的全景广角摄像头、控制模块、北斗模块和第一无线通信模块，设置于云台上的热像仪或摄像机，以及设置于地面上且相互连接的第二无线通信模块和控制终端；其中，所述的全景广角摄像头、北斗模块、第一无线通信模块、热像仪或摄像机均与控制模块连接；所述的第一无线通信模块和第二无线通信模块无线连接；所述的无人机应急监控云台装置的作业方法，包括以下步骤：(1)、通过全景广角摄像头保持对周围环境的监控；(2)、全景广角摄像头拍摄的视频通过第一无线通信模块传输至第二无线通信模块；(3)、地面作业人员在控制终端的视频图像中选择监控目标；(4)、控制终端根据目标在视频中的位置、无人机的位置、云台当前姿态，得出云台水平和垂直转动量，以及无人机的垂直移动量，具体的计算步骤如下：(a)、首先判断目标位置是否位于云台视场中心范围内，由于全景广角摄像头的视场范围为120度，而云台水平轴向转轴的旋转角度为以水平方向为基准上下各旋转45度，又由于视场角度与视频像素成正比，故得出公式(1)：Y1Y=(120-90)*1/2120---(1),]]>其中，Y＝Y1+Y2，Y为全景广角摄像头的视频像素高度，Y2‑Y1是热像仪或摄像机的中心视场边界高度；将公式(1)变形后，得到公式(2)，Y1=(120-90)/120*Y/2=18Y---(2),]]>又由于公式(3)：Y2=Y-Y1=78Y---(3),]]>此时得出目标的纵坐标Ya满足公式(4)：Y1≤Ya≤Y2  (4)，若满足，则目标在云台视场中心范围内；若不满足，则目标不在云台视场中心范围内；(b)、计算云台水平转动量，由于视场角度与视频像素保持等比例，故得出公式(5)，(Xa‑Xc)/(X‑Xc)＝α/60  (5)，其中，Xa是目标的横坐标，Xc是全景广角摄像头的视场中心位置的横坐标，X是全景广角摄像头右极限的横坐标；由于公式(6)：Xc=12X---(6),]]>所以，得出α,见公式(7)，α=2Xa-XX*60---(7),]]>其中，α为基于所在全景广角摄像头中心方向，顺时针调整的角度值；云台先转动至所在全景广角摄像头中心方向，再顺时针转动α角度，完成云台水平转动调整；(c)、计算云台垂直转动量和飞行器垂直移动量：首先根据步骤(a)的结果分为两种情况：当目标在云台视场中心范围内，则只调整云台垂直转动量即可满足在垂直方向对准目标，无需移动飞行器；当目标不在云台视场中心范围内，则需调整飞行器高度，具体如下：当目标在云台视场中心范围内是，得出公式(8)：β=2Ya-YY*60---(8),]]>其中，β为基于所在全景广角摄像头中心方向，向上侧调整的角度值；云台先转动至所在全景广角摄像头中心方向，再向上侧转动β角度，完成云台垂直转动调整；当目标不在云台视场中心范围内，则先将云台向目标所在方向调整至极限位置即45度位置，通过激光距离传感器测出直线距离L1，通过余弦函数得出水平距离L，具体见公式(9)：由正弦函数得出基准高度差H1，具体见公式(10)：由于目标高度H2为公式(11)：H2＝L1·tanβ  (11)，得出目标调整高度差H3，见公式(12)：H3=H2-H1=tanβ*L1-22L1=(tanβ-22)*L1---(12),]]>又由于保持云台位于垂直极限位置，垂直移动，则吊舱调整高度差Hx＝H3，为公式(13)：Hx=H3=(tanβ-22)*L1---(13),]]>将公式(8)的结果带入，即得Hx；(5)、控制终端将步骤(4)的结果发送给控制模块，控制模块自动控制无人机进行移动、云台进行转动，从而自动快速的将热像仪或摄像机对准目标，完成目标捕获。