全景拍攝用多旋翼無人機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于全景攝影用無人機設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]360度全景攝影是指相機于固定點旋轉(zhuǎn)拍攝周邊360*180度(水平360度，豎直180度)景物全景照片，照片經(jīng)全景軟件處理后，觀看者能夠以人機互動方式旋轉(zhuǎn)操作，通過改變觀看角度(方向)，產(chǎn)生可四周觀望、身處其境的感覺。
[0003]全景拍攝發(fā)展迅速，已逐漸成為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種類型。和水平移動相比，在高處拍攝視野更開闊，能夠看到更多的景物。無人直升機、無人多旋翼機已經(jīng)被用來拍攝空中全景圖像。
[0004]無人直升機最常見的拍攝方式主要是下置云臺，安裝單相機，依靠直升機繞自身懸停中心旋轉(zhuǎn)的能力連續(xù)旋轉(zhuǎn)拍攝，類似于地面三腳架全景拍攝方法。但直升機全景拍攝存在局限性，即相機不能自由上仰拍攝，因為會受到直升機主旋翼的嚴(yán)重遮擋，旋翼進(jìn)入視野會造成拍攝領(lǐng)域所謂的“穿幫”問題，因此，一般可看到的最大上仰角僅為10-25度，大于這一角度的天空為拍攝盲區(qū)，主要依靠計算機后期處理，利用另購的天空圖片填充全景圖片的上空盲區(qū)部分，并抹掉在略微上仰拍攝中偶爾出現(xiàn)的直升機機身痕跡。由于天空細(xì)節(jié)變化較少，因此易于替換且瑕疵不易察覺，只要直升機距離周邊地物遠(yuǎn)，或者具有相對的高度優(yōu)勢，則這種方法亦可行。從201110392818.9號專利《基于無人直升機航拍的360度空中全景互動漫游系統(tǒng)的制作方法》同樣可以看出直升機適合于下俯拍攝。即使使用多相機組合而成的全景拍攝裝置，直升機主旋翼的遮擋仍是不可避免的，例如《空中360度全景照片拍攝裝置》(201320135877.2)專利申請書提出了使用多個相機組成無盲區(qū)全景拍攝球狀裝置，并將其安裝到無人直升機上拍攝空中全景。由于機身、旋翼的遮擋，必然存在拍攝盲區(qū)。因此此種拍攝球形裝置一般只適用于地面三腳架或者車頂支架等其他遮擋不嚴(yán)重的場入口 ο
[0005]但在建筑、文化遺產(chǎn)、考古等領(lǐng)域拍攝全景漫游成果的時候，經(jīng)常需要近距離拍攝對象以表現(xiàn)細(xì)節(jié)，且周邊大多還有更高的建筑、山體、懸崖，例如拍攝建筑梁柱上雕刻、彩繪、懸崖上的巖畫、佛教寺廟的洞窟等。此時周圍環(huán)境中具有高度優(yōu)勢的地物必然進(jìn)入全景畫面的上半部分。旋翼圖像與被攝對象圖像重疊在一起，再難于使用前述的后期天空圖像替換修補的方法來獲得無上仰盲區(qū)的完整全景圖像。
[0006]多旋翼機是近年來新出現(xiàn)的垂直起降飛行器，依照旋翼數(shù)量和布局，它可以分為多種類型，這些類型的共同點，也即多旋翼機與直升機相比的特征在于多旋翼機的旋翼數(shù)量增加、單個槳葉尺度縮小、旋轉(zhuǎn)軸從中間位置轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛩闹芊稚⒉季?。因為多旋翼機的這一特點，相機等任務(wù)荷載的安放就變得更為靈活自由，不僅在旋翼或機身下方向下拍攝，還可以在旋翼之間與其同高，水平向前拍攝，也可以在機身骨架的上方，高于旋翼的旋轉(zhuǎn)平面向上拍攝。
[0007]在201210377100.7號專利《基于正多面體的360度無盲區(qū)全景視頻拍攝設(shè)備》和201320135877.2號《空中360度全景照片拍攝裝置》中可以看出多個相機一起觸發(fā)，能同時拍攝獲得各角度覆蓋的全景圖像。
[0008]那么是否可以將相機分為上下兩組，在多旋翼機上下側(cè)分別直接安裝兩組相機拍攝，得到無遮擋的全景圖像呢？這樣做的條件是相機必須遠(yuǎn)離機身安裝才能避開旋翼遮擋，機身上側(cè)的相機能夠有一定下俯的視野，機身下側(cè)的相機能有一定上仰的視野，獲得少許的重疊景物區(qū)域，以根據(jù)重疊區(qū)圖像完成無縫全景拼接。但這樣會造成多個問題:
[0009](a)下側(cè)相機位置最低，降落時會先撞擊到地面。
[0010](b)上、下側(cè)相機之間位置差別過大，近距離拍攝的情況下，這一差別會導(dǎo)致上下圖像之間難于準(zhǔn)確拼接，因此這一高低差別不可忽略。例如《一種系留氣艇地空全景攝像與成像裝置》(02294802.3)提出的上下無盲區(qū)全景拍攝方案是在飛艇的內(nèi)部安裝一個豎管，上下兩端分別放置相機。但飛艇自身高度3-5米，相機上下位置差別過大，不易拼接成功，因此該方案僅適用于大氣物理領(lǐng)域，并不適合洞窟等遺產(chǎn)細(xì)節(jié)拍攝。
[0011](C)相機數(shù)量多，在相同成像質(zhì)量的條件下，整體設(shè)備購買成本高、重量大，相同大小的旋翼機滯空時間縮短。
[0012]為了避免旋翼對鏡頭的遮擋，DJI公司研發(fā)了懸臂可升降的Inspire多旋翼機。懸臂升起時下置攝像頭可不受遮擋地略上仰拍攝，懸臂下降時用于保護(hù)攝像頭不會因降落而撞擊地面。該方案并非為了全景拍攝，而主要針對視頻拍攝，因此未設(shè)置上仰相機。即使安裝上側(cè)相機，該方案用于全景拍攝仍存在如下缺點:
[0013](a)構(gòu)造復(fù)雜，只能適用于“工”字形平面的多旋翼機。目前絕大多數(shù)多旋翼機都無法利用這一設(shè)計。
[0014](b)上、下側(cè)相機之間位置仍然差別過大，沒有解決上下相機拍攝時絕對高度需保持一致的問題。
[0015](C)和固定不動的機身相比，機身主結(jié)構(gòu)可動的設(shè)計大大增加了自重，因此和其他多旋翼機相比，該機滯空時間明顯縮短，并且有效載重量下降，難于同時攜帶多個相機。
[0016](d)將起落架設(shè)置在旋翼下方，使得障礙物的上下尺度大幅度增加，上下側(cè)相機要相隔更遠(yuǎn)的距離才能避開從起落架底部到旋翼的所有遮擋物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]建筑遺產(chǎn)有限空間中的全景拍攝記錄與展示需要完全無盲區(qū)的拍攝，但當(dāng)前不論使用何種飛行器，飛行器機身構(gòu)件對鏡頭視野都存在遮擋，若要無盲區(qū)拍攝，就需要將相機遠(yuǎn)離機體(例如在多旋翼機上，相機要分別上、下兩側(cè)安裝，并遠(yuǎn)離機身才能避開旋翼遮擋)，產(chǎn)生前述圖像拼接不齊、設(shè)備重量顯著增大等諸多問題。
[0018]本發(fā)明目的是克服多旋翼機機體對全景拍攝的遮擋問題。提供一種全景拍攝用多旋翼無人機，通過折線形的機身結(jié)構(gòu)設(shè)計使兩側(cè)的旋翼機構(gòu)產(chǎn)生高度差，俯、仰拍攝的相機之間可以緊貼固定，消除顯著位置差別獲得拼接整齊的圖像；相機不必遠(yuǎn)離飛機主結(jié)構(gòu)，省下云臺或者相機支架的重量，使得飛行器重量最小化、質(zhì)量分布更集中、在有限空間中飛行作業(yè)更靈活；本方案同時完全避免無人機自身對拍攝的遮擋，在360度(水平)*180度(垂直)各方向都能無盲區(qū)拍攝，使得俯、仰拍攝的照片之間有一定的重疊區(qū)域，完成后期拼接處理。因此本方案在最簡設(shè)計的基礎(chǔ)上，可在低空各個高度近距離全景展示巖畫、石窟、高大古建筑(群)等各種類型建筑遺產(chǎn)。
[0019]本發(fā)明提供的全景拍攝用多旋翼無人機，包括機身板，機身板上安裝的設(shè)備艙和電機懸臂，電機懸臂上安裝有電機和旋翼，所述的機身板由兩塊水平的機身板和中間用于連接兩塊水平機身板的傾斜機身板構(gòu)成，傾斜機身板朝向地面一側(cè)安裝有起落架。
[0020]所述的傾斜機身板的上下兩側(cè)面上各安裝有一臺相機。傾斜機身板的傾斜角度為45度。
[0021 ] 本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果:
[0022]本發(fā)明方案同時滿足建筑遺產(chǎn)有限空間中全景漫游拍