CN108243328A - 一种四旋翼机的图像采集监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种四旋翼机图像采集监控装置，适用于四旋翼机，包括：安装在四旋翼机上的依次连接的拍摄装置、数据传输装置、飞行控制装置和GPS装置，以及与数据传输装置无线连接的地面监控装置；拍摄装置用于在地面监控装置控制下进行图像拍摄和红外视频拍摄；GPS装置用于对四旋翼机进行定位；拍摄装置包括网络摄像机和红外视频采集装置。本发明通过地面监控装置实现对四旋翼机的灵活控制，获得准确清晰的图像，从而实现实时实地全方位灵活农业农情图像监控。
Description
技术领域
本发明涉及农业农情图像监控技术领域，尤其涉及一种四旋翼机的图像采集监控装置。
背景技术
目前的农业农情图像监控手段大多采用手持式图像采集或固定式图像采集，不仅采集不方便，而且采集到的数据并不全面，不能全方位对目标农作物进行监控。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可以进行全方位农业农情图像监控的四旋翼机的图像采集监控装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种四旋翼机的图像采集监控装置，适用于四旋翼机，包括：安装在所述四旋翼机上的依次连接的拍摄装置、数据传输装置、飞行控制装置和GPS装置，以及与所述数据传输装置无线连接的地面监控装置；
所述拍摄装置用于在所述地面监控装置控制下进行图像拍摄和红外视频拍摄；
所述飞行控制装置用于在所述地面监控装置控制下控制所述四旋翼机进行飞行；
所述数据传输装置用于将所述地面监控装置发出的控制信号传递给所述飞行控制装置和所述拍摄装置，并将所述拍摄装置的拍摄内容和所述飞行控制装置检测的所述四旋翼机的飞行状态发送给所述地面监控装置；
所述地面监控装置用于控制所述拍摄装置进行拍摄和控制所述四旋翼机进行飞行；
所述GPS装置用于对所述四旋翼机进行定位；
所述拍摄装置包括网络摄像机和红外视频采集装置。
本发明的有益效果是：通过地面监控装置实现对四旋翼机的灵活控制，通过四旋翼机的各种飞行动作获得准确清晰的图像，从而实现实时实地全方位灵活农业农情图像监控。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选地，所述数据传输装置包括：均与所述飞行控制装置和所述拍摄装置连接的信号接收器和数据发射器；
所述信号接收器用于接收所述地面监控装置发出的飞行控制信号和拍摄控制信号，并将所述飞行控制信号传递给所述飞行控制装置，将所述拍摄控制信号传递给所述拍摄装置；
所述数据发射器用于将所述拍摄装置的拍摄内容和所述飞行控制装置检测的所述四旋翼机的飞行状态发送给所述地面监控装置。
采用上述技术方案的有益效果是：通过信号接收器和数据发射器将信号接收和数据发送分开，可以避免信号和数据混淆或者误发误收的情况。
优选地，所述地面监控装置包括：依次连接的信号发射器、监控计算机和数据接收器，所述信号发射器与所述信号接收器无线连接，所述数据接收器与所述数据发射器无线连接；
所述监控计算机用于控制所述信号发射器发出信号和所述数据接收器接收数据；
所述信号发射器用于在所述监控计算机控制下将所述飞行控制信号和所述拍摄控制信号发送给所述信号接收器；
所述数据接收器用于在所述监控计算机控制下接收所述数据发射器发送的所述拍摄内容和所述飞行状态。
采用上述技术方案的有益效果是：通过信号发射器将监控计算机发送的控制信号发送出去，通过数据接收器接收来自四旋翼机的数据，数据的接收和发送分开，可以避免信号和数据混淆或者误发误收的情况。
优选地，所述飞行控制装置包括：依次连接的测定装置、飞控计算机和驱动装置；
所述测定装置用于测量所述四旋翼机的飞行状态；
所述飞控计算机用于根据所述飞行状态和所述飞行控制信号控制所述驱动装置驱动所述四旋翼机；
所述驱动装置用于在所述飞控计算机控制下驱动所述四旋翼机进行飞行。
采用上述技术方案的有益效果是：通过测定装置测定四旋翼机的飞行状态，飞控计算机根据飞行状态和接收到的控制信号控制驱动装置驱动四旋翼机进行飞行，方便控制飞行高度和角度，从而方便获取想要的图像信息。
优选地，所述飞行状态包括所述四旋翼机的高度、速度、角速度、加速度和飞行姿态。
采用上述技术方案的有益效果是：通过控制飞行的高度、速度、角速度、加速度和飞行姿态，飞行姿态包括仰头、低头、左倾斜和右倾斜等，可以更灵活地控制四旋翼机的飞行状态。
优选地，所述测定装置包括：传感器组和垂直陀螺仪，所述传感器组用于测量所述四旋翼机的高度、速度、角速度和加速度；所述垂直陀螺仪用于测量所述四旋翼机的飞行姿态。
采用上述技术方案的有益效果是：传感器组用来检测飞行的高度、速度、角速度和加速度，垂直陀螺仪用来检测飞行姿态。
优选地，所述驱动装置包括：电子调速器和无刷电机，所述电子调速器用于在所述飞控计算机控制下调节所述无刷电机的转速。
采用上述技术方案的有益效果是：电子调速器用于调节无刷电机的转速，从而进一步调节飞行速度。
优选地，所述网络摄像机包括CCD图像传感器。
采用上述技术方案的有益效果是：作为摄像器件，与摄像管相比，CCD图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、光敏元的几何精度高、光谱响应范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高等一系列优点。
附图说明
图1为本发明的一种四旋翼机的图像采集监控装置的结构示意图；
图2为本发明的一种四旋翼机的图像采集监控装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1给出了本发明实施例提供的一种四旋翼机的图像采集监控装置，适用于四旋翼机5，包括：安装在四旋翼机5上的依次连接的拍摄装置1、数据传输装置2、飞行控制装置3和GPS装置6，以及与数据传输装置2无线连接的地面监控装置4；
拍摄装置1用于在地面监控装置4控制下进行图像拍摄和红外视频拍摄；
飞行控制装置3用于在地面监控装置4控制下控制四旋翼机5进行飞行；
数据传输装置2用于将地面监控装置4发出的控制信号传递给飞行控制装置3和拍摄装置1，并将拍摄装置1的拍摄内容和飞行控制装置3检测的四旋翼机5的飞行状态发送给地面监控装置；
地面监控装置4用于控制拍摄装置1进行拍摄和控制四旋翼机5进行飞行；
GPS装置6用于对四旋翼机5进行定位；
拍摄装置1包括网络摄像机和红外视频采集装置。
应理解，在该实施例中，四旋翼飞行器是一种有四个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器，与固定翼飞机相比，旋翼无人机的特点是可以通过改变螺旋桨的速度来实现各种动作，能垂直起降和实现悬停，更有利于获得准确和清晰的图像，其控制更加灵活方便。本实施例可以使用F450四旋翼机，F450的机架轴数是4轴，轴距是450mm，材料为普通的工程塑料，可节约成本，带PCB的中心板简化了安装布线。为了容易分辨飞行器上天后机头方向，机臂可以选择两种不同颜色，脚架在组装时可以用附加脚架，也可以用机臂自带的脚架。附加脚架一般可以起到很好的缓冲作用，并且有利于以后放航拍设备用。电机采用好盈永磁直流无刷航模电子马达A2212电机，该电机为多轴专用电机，附带桨夹零件，电机可以直接用螺丝拧在机架臂上。可以选择APC1055MR螺旋桨，直径10寸，螺距5.5寸。电调可以选用全新的无刷马达电子调速器，持续电流为20A。如果要求这个四轴飞行器飞行时间至少在6分钟以上，可以选用1800mAh的电池。为了换电池方便且确保电池不会松动，用魔术贴扎带再扎牢。
具体的，在该实施例中，拍摄装置1根据地面监控装置4发出的拍摄控制信号进行拍摄，得到拍摄内容，将拍摄内容通过数据传输装置2发送给地面监控装置4；飞行控制装置3根据地面监控装置4发出的飞行控制信号控制四旋翼机5进行飞行，同时检测四旋翼机5的飞行状态并通过数据传输装置2发送给地面监控装置4，从而通过四旋翼机实现全方位的监控，GPS装置6可以用来防止四旋翼机5丢失。
通过地面监控装置实现对四旋翼机的灵活控制，通过四旋翼机的各种飞行动作获得准确清晰的图像，从而实现全方位灵活农业农情图像监控。
可选地，作为本发明的一个实施例，如图2所示，数据传输装置2包括：均与飞行控制装置3和拍摄装置1连接的信号接收器21和数据发射器22；
信号接收器21用于接收地面监控装置4发出的飞行控制信号和拍摄控制信号，并将飞行控制信号传递给飞行控制装置3，将拍摄控制信号传递给拍摄装置1；
数据发射器22用于将拍摄装置1的拍摄内容和飞行控制装置3检测的四旋翼机5的飞行状态发送给地面监控装置4。
具体的，在该实施例中，通过信号接收器21接收地面监控装置4发出的飞行控制信号和拍摄控制信号，通过数据发射器22将拍摄装置1的拍摄内容和飞行控制装置3检测的四旋翼机5的飞行状态发送给地面监控装置4，通过上述方式将信号接收和数据发射分开来，避免数据弄丢或弄混。
通过信号接收器和数据发射器将信号接收和数据发送分开，可以避免信号和数据混淆或者误发误收的情况。
可选地，作为本发明的一个实施例，如图2所示，地面监控装置4包括：依次连接的信号发射器41、监控计算机42和数据接收器43，信号发射器41与信号接收器21无线连接，数据接收器43与数据发射器22无线连接；
监控计算机42用于控制信号发射器41发出信号和数据接收器43接收数据；
信号发射器41用于在监控计算机42控制下将飞行控制信号和拍摄控制信号发送给信号接收器21；
数据接收器43用于在监控计算机42控制下接收数据发射器22发送的拍摄内容和飞行状态。
具体的，在该实施例中，信号接收器21与信号发射器41，以及数据发射器22与数据接收器43之间可以通过WIFI和蓝牙等无线通讯方式进行无线连接。每个信号发射器41和数据发射器22均有一个唯一的ID码，当和相应的接收器对码之后，相应的接收器保存这个唯一的ID码并且只接受从这个ID码发射器发出的信号，这样可以避免接收到别的发射器信号，大大增强抗干扰能力和安全性。
通过信号发射器将监控计算机发送的控制信号发送出去，通过数据接收器接收来自四旋翼机的数据，数据的接收和发送分开，可以避免信号和数据混淆或者误发误收的情况。
可选地，作为本发明的一个实施例，如图2所示，飞行控制装置3包括：依次连接的测定装置31、飞控计算机32和驱动装置33；
测定装置31用于测量四旋翼机5的飞行状态；
飞控计算机32用于根据飞行状态和飞行控制信号控制驱动装置33驱动四旋翼机5；
驱动装置33用于在飞控计算机32控制下驱动四旋翼机5进行飞行。
通过测定装置测定四旋翼机的飞行状态，飞控计算机根据飞行状态和接收到的控制信号控制驱动装置驱动四旋翼机进行飞行，方便控制飞行高度和角度，从而方便获取想要的图像信息。
可选地，作为本发明的一个实施例，飞行状态包括四旋翼机5的高度、速度、角速度、加速度和飞行姿态。
通过控制飞行的高度、速度、角速度、加速度和飞行姿态，飞行姿态包括仰头、低头、左倾斜和右倾斜等，可以更灵活地控制四旋翼机的飞行状态。
可选地，作为本发明的一个实施例，测定装置31包括：传感器组和垂直陀螺仪，传感器组用于测量四旋翼机的高度、速度、角速度和加速度；垂直陀螺仪用于测量四旋翼机的飞行姿态。
应理解，在该实施例中，传感器组包括：高度传感器、速度传感器、角速度陀螺仪、加速度传感器等。
可选地，作为本发明的一个实施例，驱动装置33包括：电子调速器和无刷电机，电子调速器用于在飞控计算机控制下调节无刷电机的转速。
应理解，在该实施例中，电调全称电子调速器(Electronic Speed Control)，简称ESC，它根据控制信号调节电动机的转速。电机和电调的匹配主要和电调的功率相关，如果使用了功率不够的电调，将会导致电调上面功率管的烧坏，以致电调不能工作。所以选择时要注意电调的功率，另外要看电调与电机的兼容度。电调输入是直流，可以接稳压电源，或者锂电池。一般的供电都在2-6节锂电池左右。输出是三相脉动直流，直接与电机的三相输入端相连。电调还有一根信号线连出，用来控制电机的运转。本实施例采用无刷马达电子调速器，该电调能够兼容固定翼飞机和直升机，具有普通启动、柔和启动以及超柔和启动三种启动模式，普通启动适用于固定翼，柔和启动和超柔和启动适用于直升机。可设定油门行程，具备平滑细腻的调速手感和一流的调速线性。电调微处理器采用独立的稳压IC供电，而不是从BEC输出取电，具有更好的抗干扰能力，大大降低了失控的可能性。无刷电机(BLDCM)是在有刷直流电动机的基础上发展来的，无刷直流电机又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地，无刷电机的驱动电流有两种，一种是直流无刷电机，另一种是交流伺服电机。无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。
可选地，作为本发明的一个实施例，如图2所示，网络摄像机包括CCD图像传感器。
应理解，在该实施例中，网络摄像机拥有自己独立的IP地址，能够直接连接到网络并内置Web服务器、FTP服务器、FTP客户端、email客户端、报警管理、可编程能力以及其他众多的智能功能，同时IP网络摄像机是内置有IP服务器,可以在互联网及区域网络上作即时视迅或连续传输的摄像机。它内部置有对模拟视频进行数字化处理的芯片,可以将数字化的视频信号转换成符合网络传输协议(如TCP/IP协议)的数据流,送到网上传输,远端的浏览者不需用任何专业软件,只需标准的网络浏览器即可实时监视其影像。支持IP协议的典型IP网络摄像机包括有镜头、滤光器、嵌入式图像感测器、影像数字转换器、影像压缩机和具有网络连接功能的服务器。
具体的，在该实施例中，通过网络摄像机进行全方位拍摄，将拍摄内容通过数据传输装置2发送给地面监控装置4。
作为摄像器件，与摄像管相比，CCD图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、光敏元的几何精度高、光谱响应范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高等一系列优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种四旋翼机的图像采集监控装置，其特征在于，包括：安装在四旋翼机(5)上的依次连接的拍摄装置(1)、数据传输装置(2)、飞行控制装置(3)和GPS装置(6)，以及与所述数据传输装置(2)无线连接的地面监控装置(4)；
所述拍摄装置(1)用于在所述地面监控装置(4)控制下进行图像拍摄和红外视频拍摄；
所述飞行控制装置(3)用于在所述地面监控装置(4)控制下控制所述四旋翼机(5)进行飞行；
所述数据传输装置(2)用于将所述地面监控装置(4)发出的控制信号传递给所述飞行控制装置(3)和所述拍摄装置(1)，并将所述拍摄装置(1)的拍摄内容和所述飞行控制装置(3)检测的所述四旋翼机(5)的飞行状态发送给所述地面监控装置(4)；
所述地面监控装置(4)用于控制所述拍摄装置(1)进行拍摄和控制所述四旋翼机(5)进行飞行；
所述GPS装置(6)用于对所述四旋翼机(5)进行定位；
所述拍摄装置(1)包括网络摄像机和红外视频采集装置。
2.根据权利要求1所述的四旋翼机图像采集监控装置，其特征在于，所述数据传输装置(2)包括：均与所述飞行控制装置(3)和所述拍摄装置(1)连接的信号接收器(21)和数据发射器(22)；
所述信号接收器(21)用于接收所述地面监控装置(4)发出的飞行控制信号和拍摄控制信号，并将所述飞行控制信号传递给所述飞行控制装置(3)，将所述拍摄控制信号传递给所述拍摄装置(1)；
所述数据发射器(22)用于将所述拍摄装置(1)的拍摄内容和所述飞行控制装置(3)检测的所述四旋翼机(5)的飞行状态发送给所述地面监控装置(4)。
3.根据权利要求2所述的四旋翼机图像采集监控装置，其特征在于，所述地面监控装置(4)包括：依次连接的信号发射器(41)、监控计算机(42)和数据接收器(43)，所述信号发射器(41)与所述信号接收器(21)无线连接，所述数据接收器(43)与所述数据发射器(22)无线连接；
所述监控计算机(42)用于控制所述信号发射器(41)发出信号和所述数据接收器(43)接收数据；
所述信号发射器(41)用于在所述监控计算机(42)控制下将所述飞行控制信号和所述拍摄控制信号发送给所述信号接收器(21)；
所述数据接收器(43)用于在所述监控计算机(42)控制下接收所述数据发射器(22)发送的所述拍摄内容和所述飞行状态。
4.根据权利要求3所述的四旋翼机图像采集监控装置，其特征在于，所述飞行控制装置(3)包括：依次连接的测定装置(31)、飞控计算机(32)和驱动装置(33)；
所述测定装置(31)用于测量所述四旋翼机(5)的飞行状态；
所述飞控计算机(32)用于根据所述飞行状态和所述飞行控制信号控制所述驱动装置(33)驱动所述四旋翼机(5)；
所述驱动装置(33)用于在所述飞控计算机(32)控制下驱动所述四旋翼机(5)进行飞行。
5.根据权利要求4所述的四旋翼机图像采集监控装置，其特征在于，所述飞行状态包括所述四旋翼机(5)的高度、速度、角速度、加速度和飞行姿态。
6.根据权利要求5所述的四旋翼机图像采集监控装置，其特征在于，所述测定装置(31)包括：传感器组和垂直陀螺仪，所述传感器组用于测量所述四旋翼机(5)的高度、速度、角速度和加速度；所述垂直陀螺仪用于测量所述四旋翼机(5)的飞行姿态。
7.根据权利要求4所述的四旋翼机图像采集监控装置，其特征在于，所述驱动装置(33)包括：电子调速器和无刷电机，所述电子调速器用于在所述飞控计算机(32)控制下调节所述无刷电机的转速。
8.根据权利要求1-7任一项所述的四旋翼机图像采集监控装置，其特征在于，所述网络摄像机包括CCD图像传感器。
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