一種可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置的製作方法

2023-11-04 11:41:57 3

專利名稱：一種可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及航空機載攝像裝置，具體涉及一種可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置。
背景技術：
機載光測或攝像設備的主要特點是覆蓋範圍寬、解析度高、能實時向地面提供圖像信息等情報數據。根據內置設備的功能，機載光測或攝像設備可以分為導航型、瞄準型、 紅外測量型、電子幹擾型等。機載攝像裝置可實現全天候大範圍航空攝影、交通管制、監控、 搜索，目標自動識別、自動跟蹤和自動定位等。目前機載尤其是無人機機載攝像裝置搭載的攝像機品種比較單一，僅搭載有單一變焦鏡頭或單一的定焦鏡頭，並且缺少地面操控環節。對於一些航拍攝像機作用距離不大， 環境適應性不高。目前的攝像裝置，由於各種條件的限制，特別是起飛重量和空間的限制， 設備裝機使用時，攝像機的各項操作，必須由機上副駕駛承擔，對於無人機機載攝像機來說，目前設備使用受到較大的限制。採用地面操控，使前視裝置具備一定的智能化水平是一種發展的趨勢。

實用新型內容本實用新型旨在提供一種可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，以解決現有技術中由於起飛重量和空間的限制機載攝像裝置的功能單一、不足以此支持實時控制的問題。本實用新型的技術方案如下一種可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，主要由變焦攝像機系統、廣角定焦攝像機系統、用以實現變焦控制、視頻信號切換和指令發送/接收的電路控制系統和地面操控器組成，兩個攝像機系統和電路控制系統集成在一個整體的支撐箱體中，其中變焦攝像機系統位於支撐箱體上部，廣角定焦攝像機系統位於支撐箱體下部；所述變焦攝像機系統採用了機械補償式光學結構，包括前固定組、變倍組、補償組和後固定組，所述變倍組與精密機械凸輪配合連接由直流電機驅動以線性移動改變變焦系統焦距；所述廣角定焦攝像機系統的鏡頭採用高斯型光學結構，整體由矽橡膠固封並通過護框與所述支撐箱體剛性固緊；所述電路控制系統設置於變焦攝像機系統的下方、廣角定焦攝像機系統的後方；兩個攝像機系統各自的CCD圖像傳感器分別與電路控制系統連接。上述廣角定焦攝像機系統的鏡頭設計為整體的外螺紋結構，與所述護框螺紋固定連接，此種固定方式更為穩定。上述變倍組的調焦齒輪和所述精密機械凸輪的兩側皆設置有光電限位開關，以限定穩定的變焦範圍。上述變焦攝像機系統的焦距為f = 5mm 50mm連續可變，視場30° X 22. 5° ；所述廣角定焦攝像機系統的視場角(對角線)為112°。[0010]上述廣角定焦攝像機系統的鏡頭與變焦攝像機系統的鏡頭的尺寸大小比例不大於1 6。當然，在有特殊需求時，會適當增大安裝容積，則將大於此比例。 上述廣角定焦攝像機系統的鏡頭安裝框和CXD圖像傳感器安裝基板之間設置有用以調整像面清晰度的墊片。上述地面操控器為單杆控制器，單杆控制裝置通過USB2.0接口與地面控制臺連接。上述電路控制系統中的用以與地面控制通信的電纜是經所述支撐箱體側壁轉接後與機載外部電纜相連接。上述機載電視前視裝置整機通過橡膠減振裝置安裝在無人機前部，其固定安裝面位於兩個攝像機系統之間的水平位置。因為上部為大的變焦系統，下部為小的定焦系統和電路控制系統總成，質心位置基本上在中間位置。上述支撐箱體為鋁合金機箱。本實用新型具有以下技術效果1、滿足飛機在起飛、著陸以及空中飛行時視景要求，攝像機所攝到的視頻圖像可實時傳輸到地面站，為地面飛行員進行遙控飛行提供直觀的視景參照。同時地面操控人員可以根據需要對攝像機進行控制，包括定/變焦切換、變焦控制、畫面清晰度的調焦控制等，並可將電視圖像作背景，前景疊加數字信息組成虛擬平顯，組成一個地面遙控操縱的視景系統。2、該雙鏡頭機載電視前視裝置可以滿足承受飛機在起飛、降落時的振動、溫度等惡劣條件的要求。變焦攝像機在結構上採用了機械補償式光學結構，具有結構緊湊、體積小、重量輕等優點；廣角定焦攝像機鏡頭採用高斯型光學結構設計，最大程度上減小了結構尺寸，可以滿足飛機在起飛和降落時短時間內的取景要求。3、該雙鏡頭機載電視前視裝置整機通過橡膠減振裝置安裝在無人機前部，此種結構形式是模塊式的，便於各模塊的獨立設計和裝配。

圖1為本實用新型機載部分結構示意圖；圖2為本實用新型鏡頭布局及安裝示意圖；圖3為單杆控制數據流向示意圖。附圖標號說明1-變焦攝像機系統，11-變焦攝像機鏡頭，2-廣角定焦攝像機系統，21-廣角定焦攝像機鏡頭，3-支撐箱體，4-電路控制系統，5-固定安裝面。
具體實施方式
本發明雙鏡頭機載電視前視裝置為機載的雙鏡頭、可地面操控設計。系統布局中， 兩光學系統集成在一個整體的鋁合金制支撐箱體中，採用上下分布的結構形式，變焦攝像機系統安裝在上部，廣角定焦攝像機系統安裝在下部，分別用螺釘和外殼剛性固緊。同時為兩套攝像機光學鏡頭配對了兩個相同的CCD圖像傳感器，分兩路視頻和電路控制系統連接。控制和通信電纜通過整體的支撐箱體側壁轉接後與外部電纜相連結。前視裝置整機通過橡膠減振裝置安裝在無人機前部，此種結構形式是模塊式的，便於各模塊的獨立設計和裝配。且該雙鏡頭機載電視前視裝置與無人機的安裝面設計在兩光學系統之間的水平位置，通過螺釘固緊，利於結構尺寸和質量相對安裝面的相對均布，減小振動衝擊對整機系統的影響。
以下結合附圖詳述本實用新型。本雙鏡頭機載電視前視裝置主要由變焦攝像機系統、廣角定焦攝像機系統、電路控制系統和單杆控制器等組成。飛機在空中6000m飛行時，在無窮遠(理論)天氣晴朗的條件下，從視頻圖像中可以明顯分辨出天、地交界線，用以地面遙控飛機巡航飛行；飛機進場或起飛、著陸狀態下，廣角定焦攝像機能夠明顯看到跑道及跑道上的標誌和跑道附近的建築物，如「T」字布或機場跑道上的標誌物等；能鎖定機場或某一固定參考物以便於地面飛行員操縱飛機進場或起飛、著陸；在大氣能見度大於10km，飛機在遠距臺(距離跑道端 4000m處，飛行高度871m)時可以分辨出跑道、跑道端處的標誌物(橫向60m，縱向66m)以及跑道中心線等參考線；在近距臺(距離跑道端1400m處，飛行高度100m)可分辨「Τ」形標識和跑道中心線基本細節(「Τ」形標識為8mX14m，線寬2m)；該前視裝置可以滿足承受飛機在起飛、降落時的振動、溫度等惡劣條件的要求。變焦攝像機焦距為f = 5匪 50匪連續可變，視場30° X22. 5°，可以滿足遠距離的取景要求。變焦攝像機系統最短焦距5mm時，對角線視場62°，水平線視場51°。在遠距臺處，調整為短焦時跑道上的端處的標誌物成像最小，可分辨；當焦距大於9mm時，跑道中心參考線成像線寬在2個像元以上，可清晰分辨。在近距臺處，當焦距大於22. 5mm時， 跑道端「T」字形標識成像線寬在3個像元以上，可分辨。變焦攝像機在結構上採用了機械補償式光學結構，具有結構緊湊、體積小、重量輕等優點。變焦攝像機系統由前固定組、變倍組、補償組和後固定組等組成。工作時，前固定組將無窮遠目標成像到變倍組的物面上，並由直流電機帶動精密機械凸輪驅動變倍組作線性移動改變系統焦距，同時為穩定像面(包括軸向和徑向兩個方向)由直流電機帶動補償組作少量非線性移動作為補償，後固定組將補償組的像成在彩色CXD靶面上，這樣就可以達到即變焦又穩定像面的目的。作為對光學鏡組的保護，在調焦齒輪和精密機械凸輪兩側皆設計有光電限位開關。廣角定焦攝像機鏡頭採用高斯型光學結構設計，最大程度上減小了結構尺寸，其視場角(對角線)為112°，可以滿足飛機在起飛和降落時短時間內的取景要求；由於廣角定焦攝像機鏡頭尺寸較小，與變焦攝像機系統的鏡頭的尺寸大小比例一般不大於1 6。當然，根據具體的需要，也可以換較大或較小尺寸的廣角定焦攝像機鏡頭。該廣角定焦攝像機鏡頭設計為整體的螺紋結構，裝配時和護框進行螺紋連接擰緊，同時CCD通過螺釘和護框連接，通過修切墊片厚度來調整像面清晰度，裝配完成後用矽橡膠固封，整體作為一個模塊和支撐箱體連接。電路控制系統主要具備該裝置的供電、指令接收、變焦控制和視頻信號切換等功能，接收機載飛控計算機的控制指令並安要求控制本前視系統做出相應動作，將視頻信號輸出給測控系統。該電視前視裝置上電後，內部的廣角定焦攝像機系統和變焦攝像機系統即開始工作，此時默認輸出定焦視頻信號；當接收到視頻切換指令後，可繼續輸出定焦系統視頻信號，或切換輸出變焦系統視頻信號；當輸出變焦系統視頻信號時，可進一步接收變焦和調焦信號調節視場。[0031]另外，該裝置設計有控制模塊，地面操縱人員可以在地面通過搖杆等控制器對本前視裝置進行變焦鏡頭的變焦和調焦控制、變焦鏡頭和廣角定焦鏡頭的視頻切換控制等， 滿足地面人員對飛機在不同距離內的取景要求，為操縱人員控制飛機的飛行提供直觀清晰的視頻參考。地面操控器採用單杆控制器，可直觀的輸入控制信號，包括變焦、定焦視頻信號切換，變焦攝像機的變焦控制和調焦控制。單杆控制裝置通過USB2. 0接口與地面控制臺連接，控制指令由控制臺發出，視頻數據則由控制臺顯示輸出，地面用單杆控制流程如圖所
7J\ ο 該電視前視裝置加裝在機身外部視距內彩色電視前視攝像機，滿足飛機在起飛、 著陸以及空中飛行時視景要求，攝像機所攝到的視頻圖像可實時傳輸到地面站，為地面飛行員進行遙控飛行提供直觀的視景參照。同時地面操控人員可以根據需要對攝像機進行控制，包括定/變焦切換、變焦控制、畫面清晰度的調焦控制等，並可將電視圖像作背景，前景疊加數字信息組成虛擬平顯，組成一個地面遙控操縱的視景系統。
權利要求1.一種可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於，主要由變焦攝像機系統、 廣角定焦攝像機系統、用以實現變焦控制、視頻信號切換和指令發送/接收的電路控制系統和地面操控器組成，兩個攝像機系統和電路控制系統集成在一個整體的支撐箱體中，其中變焦攝像機系統位於支撐箱體上部，廣角定焦攝像機系統位於支撐箱體下部；所述變焦攝像機系統採用了機械補償式光學結構，包括前固定組、變倍組、補償組和後固定組，所述變倍組與精密機械凸輪配合連接由直流電機驅動以線性移動改變變焦系統焦距；所述廣角定焦攝像機系統的鏡頭採用高斯型光學結構，整體由矽橡膠固封並通過護框與所述支撐箱體剛性固緊；所述電路控制系統設置於變焦攝像機系統的下方、廣角定焦攝像機系統的後方；兩個攝像機系統各自的CCD圖像傳感器分別與電路控制系統連接。
2.根據權利要求1所述的可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於所述廣角定焦攝像機系統的鏡頭設計為整體的外螺紋結構，與所述護框螺紋固定連接。
3.根據權利要求2所述的可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於所述變倍組的調焦齒輪和所述精密機械凸輪的兩側皆設置有光電限位開關。
4.根據權利要求3所述的可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於所述變焦攝像機系統的焦距為f = 5mm 50mm連續可變，視場30° X 22. 5° ；所述廣角定焦攝像機系統的視場角(對角線)為112°。
5.根據權利要求4所述的可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於所述廣角定焦攝像機系統的鏡頭與變焦攝像機系統的鏡頭的尺寸大小比例不大於1 6。
6.根據權利要求5所述的可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於所述廣角定焦攝像機系統的鏡頭安裝框和CCD圖像傳感器安裝基板之間設置有用以調整像面清晰度的墊片。
7.根據權利要求6所述的可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於所述地面操控器為單杆控制器，單杆控制裝置通過USB2. 0接口與地面控制臺連接。
8.根據權利要求7所述的可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於所述電路控制系統中的用以與地面控制通信的電纜是經所述支撐箱體側壁轉接後與機載外部電纜相連接。
9.根據權利要求7所述的可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於所述機載電視前視裝置整機通過橡膠減振裝置安裝在無人機前部，其固定安裝面位於兩個攝像機系統之間的水平位置。
10.根據權利要求7所述的可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，其特徵在於所述支撐箱體為鋁合金機箱。
專利摘要本實用新型旨在提供一種可地面操控的雙鏡頭機載電視前視裝置，以解決現有技術中由於起飛重量和空間的限制機載攝像裝置的功能單一、不足以此支持實時控制的問題。本實用新型主要由變焦攝像機系統、廣角定焦攝像機系統、用以實現變焦控制、視頻信號切換和指令發送/接收的電路控制系統和地面操控器組成。兩個攝像機系統按照上下分布的結構形式和電路控制系統集成在一個整體的支撐箱體中，兩個攝像機系統各自的CCD圖像傳感器分別與電路控制系統連接。本實用新型能夠為地面飛行員進行遙控飛行提供直觀的視景參照，同時地面操控人員可以根據需要對攝像機進行控制，包括定/變焦切換、變焦控制、畫面清晰度的調焦控制等。
文檔編號G03B13/34GK201945780SQ20102063097
公開日2011年8月24日 申請日期2010年11月29日 優先權日2010年11月29日
發明者張兆會, 曹劍中, 祝青, 董森 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所