一種航空攝像位移量獲取方法以及航空攝像移動控制方法與流程
2023-12-10 03:46:46
本發明涉及航空拍攝領域，尤其涉及一種航空攝像位移量獲取方法以及航空攝像移動控制方法。
背景技術：
電力企業每年都要投入巨大的人力物力對輸電線路進行定期巡視檢查，以便隨時掌握和了解輸電線路運行情況以及線路周圍環境和線路保護區的變化情況，及時發現和消除隱患。
無人直升機掛載光電吊艙在電力巡檢過程中，由於溫度、海拔等條件的限制，飛機在杆塔前懸停拍攝，飛機發動機輸出功率達到最大，對飛機安全性有一定的影響，同時由於長時間懸停拍攝花費時間長，巡檢效率低。電力企業希望飛機在無懸停條件下完成巡檢任務。然而在飛行狀態下拍攝，由於飛機飛行速度較快，在單位曝光時間內目標與相機存在運動而產生的目標在焦平面的前向像移差和相機平臺姿態引起的旋轉像移偏差。拍攝圖像會出現脫影、模糊等情況。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供一種航空攝像位移量獲取方法，方法包括：
s1：補償運動伺服機構確定控制航空攝像機移動的起始時間點；
s2：補償運動伺服機構獲取飛機飛行參數；
s3：基於步驟s2的飛機飛行參數，補償運動伺服機構得到控制航空攝像機移動的位移量。
優選地，步驟s1還包括：
根據飛行巡檢預設航路規劃點，以及依據航路規劃電力杆塔地理坐標位置，確定補償運動伺服機構起始時間點。
優選地，步驟s2還包括：
飛機飛行參數包括：飛行速度、飛行高度，相機的焦距、曝光時間和相機平臺的姿態信息。
優選地，步驟s3還包括：
在飛機飛行時,飛機俯仰方向產生像移速度，基於俯仰角的存在,使得像移速度在像面坐標系存在兩個分量:前向像移速度vp1和垂直於ccd像面的分量vp2；
當光電吊艙的ccd像面平行於地面拍照時,即俯仰角為0時,地物像移速度vd與飛機飛行速度vr大小相等,方向相同；
vd＝vr(1)
此時,ccd像面上的像移速度vp和地物像移速度vd存在如下關係:
當飛機存在俯仰角時,光電吊艙的ccd像面產生了傾斜，將vp沿平行於p軸方向和垂直於p軸方向分解成vp1和vp2,則:
根據預設的曝光時間為t,飛機飛行高度h，得到補償運動伺服機構控制航空攝像機移動的位移量δs，δs為:
一種航空攝像移動控制方法，方法包括：
補償運動伺服機構採用pid位置電流閉環反饋控制系統控制航空攝像機拍攝。
優選地，pid位置電流閉環反饋控制系統獲取控制航空攝像機移動的位移量δs；
pid位置電流閉環反饋控制系統採用增量式控制方法，pid為輸出佔空比的增量，位移量δs進入前饋計算模塊，進行微分處理，得到目標位移量的變化值，以目標位移量的變化值作為前饋量，直接加到pid控制的輸出佔空比上，使佔空比信號增大或減小，控制航空攝像移動拍攝。
優選地，pid位置電流閉環反饋控制系統採用增量式控制方法，pid為輸出佔空比的增量，位移量δs進入前饋計算模塊，進行微分處理，得到目標位移量的變化值；
再以電流的變化值作為前饋量，進行微分處理，得到目標電流的變化值；
以目標位移量的變化值和以目標電流的變化值作為前饋量，直接加到pid控制的輸出佔空比上，使佔空比信號增大或減小，控制航空攝像移動拍攝。
從以上技術方案可以看出，本發明具有以下優點：
本發明根據飛機的飛行高度、飛行速度和拍攝相機的焦距、曝光時間和相機平臺的姿態信息，通過航空攝像位移量的獲取驅動航空攝像機移動，補償運動伺服機構運行的速度和相機快門拍攝時間點，消除由於在航拍過程中飛機的高速飛行，在單位曝光時間內目標與相機存在運動而產生的目標在焦平面的前向像移差和相機平臺姿態引起的旋轉像移偏差。通過航空攝像位移量的獲取，使航空攝像機在拍攝曝光瞬間在空間上相對靜止，完成了對拍攝目標的拍攝。本發明提高了無人機電力巡檢拍攝過程中拍攝高質量圖像的成功率和巡檢的工作效率。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為航空攝像位移量獲取方法的流程圖；
圖2為本發明像俯仰像移示意圖。
具體實施方式
本發明提供一種航空攝像位移量獲取方法，如圖1和圖2所示，方法包括：
s1：補償運動伺服機構確定控制航空攝像機移動的起始時間點；
s2：補償運動伺服機構獲取飛機飛行參數；
s3：基於步驟s2的飛機飛行參數，補償運動伺服機構得到控制航空攝像機移動的位移量。
步驟s1還包括：
根據飛行巡檢預設航路規劃點，以及依據航路規劃電力杆塔地理坐標位置，確定補償運動伺服機構起始時間點。
步驟s2還包括：
飛機飛行參數包括：飛行速度、飛行高度，相機的焦距、曝光時間和相機平臺的姿態信息。
步驟s3還包括：
在飛機飛行時,飛機俯仰方向產生像移速度，基於俯仰角的存在,使得像移速度在像面坐標系存在兩個分量:前向像移速度vp1和垂直於ccd像面的分量vp2；由於vp2垂直於ccd像面,則不會產生像移,因此,像移補償系統需要補償前向像移速度這個分量,就可以消除像移。
當光電吊艙的ccd像面平行於地面拍照時,即俯仰角為0時,地物像移速度vd與飛機飛行速度vr大小相等,方向相同；
vd＝vr(1)
此時,ccd像面上的像移速度vp和地物像移速度vd存在如下關係:
當飛機存在俯仰角時,光電吊艙的ccd像面產生了傾斜，將vp沿平行於p軸方向和垂直於p軸方向分解成vp1和vp2,則:
根據預設的曝光時間為t,飛機飛行高度h，得到補償運動伺服機構控制航空攝像機移動的位移量δs，δs為:
從(4)式看出俯仰角控制誤差越大,剩餘像移速度和像移量越大,對吊艙成像質量影響就越大。補償運動伺服機構必須獲得(4)式中的飛機飛行速度、飛行高度，ccd曝光時間、相機焦距等參數才能計算出位移量δs。
補償運動伺服機構即包括：控制航空攝像機運動的伺服電機，控制伺服電機的微控制器及其附屬設備，外圍電路，在微控制器內部設有運行軟體及計算位移量的程序。
本發明還提供一種航空攝像移動控制方法，方法包括：
補償運動伺服機構採用pid位置電流閉環反饋控制系統控制航空攝像機拍攝。
其中，pid位置電流閉環反饋控制系統獲取控制航空攝像機移動的位移量δs；
pid位置電流閉環反饋控制系統採用增量式控制方法，pid為輸出佔空比的增量，位移量δs進入前饋計算模塊，進行微分處理，得到目標位移量的變化值，以目標位移量的變化值作為前饋量，直接加到pid控制的輸出佔空比上，使佔空比信號增大或減小，控制航空攝像移動拍攝。
進一步，pid位置電流閉環反饋控制系統採用增量式控制方法，pid為輸出佔空比的增量，位移量δs進入前饋計算模塊，進行微分處理，得到目標位移量的變化值；
再以電流的變化值作為前饋量，進行微分處理，得到目標電流的變化值；
以目標位移量的變化值和以目標電流的變化值作為前饋量，直接加到pid控制的輸出佔空比上，使佔空比信號增大或減小，控制航空攝像移動拍攝。
pid位置電流閉環反饋控制系統通過合理的設置pid參數，保證補償機構運動的高精度及高重複性，使得外界的擾動等不利因素降到最低。pid位置電流閉環反饋控制系統中加入位置環反饋主要是滿足了控制系統的系統穩態性，電流環反饋解決系統快速響應的問題。微分處理提高系統抑制超調的能力，並能使負載擾動引起的動態速降顯著降低，改善系統動態響應性能時。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。