倾斜摄影三维建模的拍摄装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021616526.X (22)申请日 2020.08.06 (73)专利权人 成都市玄上科技有限公司 地址 610000 四川省成都市高新区天华二 路219号11栋20层2002号 (72)发明人 杨长丰 (51)Int.Cl. B64D 47/08(2006.01) G01C 11/02(2006.01) B64C 39/02(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种倾斜摄影三维建模的拍摄装置 (57)摘要 本实用新型涉及。

2、一种倾斜摄影三维建模的 拍摄装置， 它采用将单镜头相机安装在设有俯仰 轴、 横滚轴和方向轴可三维旋转的三轴云台上， 搭载三轴云台的飞行器对目标区沿弓字形航线 飞行过程中， 在飞行过程中， 云台控制器控制俯 仰轴电机、 横滚轴电机和方向轴电机将相机镜头 指向设定角度， 触发相机快门拍摄， 同时记录拍 摄时的空间位置坐标信息， 拍摄角度为： 前方45 度、 正下方90度、 后方45度、 左侧45度、 右侧45度， 依次循环拍摄； 飞行器对目标区进行一次弓字形 航线飞行， 即可完成五个角度的三维建模的图像 数据采集， 其体积小、 重量轻、 造价低， 可以安装 在小型无人机上。 权利要求书1页 说明书。

3、5页 附图2页 CN 212332994 U 2021.01.12 CN 212332994 U 1.一种倾斜摄影三维建模的拍摄装置， 其特征在于， 包括， 飞行控制器 （1） 、 云台控制器 （2） 、 俯仰轴电机 （3） 、 横滚轴电机 （4） 、 方向轴电机 （5） 、 相机触发器 （6） 、 POS数据记录单元 （7） 和单镜头的相机 （8） ； 所述飞行控制器 （1） 与云台控制器 （2） 连接， 所述云台控制器 （2） 分别连接俯仰轴电机 （3） 、 横滚轴电机 （4） 、 方向轴电机 （5） 、 相机触发器 （6） 、 POS数据记录单元 （7） ， 所述相机触发 器 （6） 连。

4、接相机 （8） ； 所述飞行控制器 （1） 用于控制飞行器到达拍摄位置并沿设定航线飞行； 所述云台控制器 （2） 用于控制俯仰轴电机 （3） 、 横滚轴电机 （4） 和方向轴电机 （5） 将相机 （8） 镜头指向设定角度； 并向相机触发器 （6） 发出开关信号触发相机 （8） 拍摄， 同时发出开关 信号至POS数据记录单元 （7） 记录拍摄时相机 （8） 的空间位置坐标信息； 所述相机触发器 （6） 用于触发相机 （8） 拍摄。 2.根据权利要求1所述的一种倾斜摄影三维建模的拍摄装置， 其特征在于， 所述云台控 制器 （2） 内设有STM32FL03C8T6单片机作为主控芯片， 云台控制器 （。

5、2） 设有一个输入端和四 个输出端， 其输入端与飞行器的飞行控制器 （1） 的拍摄使能端口连接， 用于接收拍摄启停信 号， 当云台控制器 （2） 接收到拍摄启停信号后， 启动或停止俯仰轴电机 （3） 、 横滚轴电机 （4） 、 方向轴电机 （5） 的机械动作和相机 （8） 拍摄动作； 所述云台控制器 （2） 的第一个输出端连接俯仰轴电机 （3） ， 用于控制俯仰轴旋转到指定 角度； 第二个输出端连接横滚轴电机 （4） ， 用于控制横滚轴旋转到指定角度； 第三个输出端 连接方向轴电机 （5） ， 用于控制方向轴旋转到指定角度； 第四个输出端连接相机触发器 （6） 和POS数据记录单元 （7） ，。

6、 用于触发相机 （8） 拍摄， 同时记录拍摄时相机 （8） 的空间位置坐标 信息。 3.根据权利要求1所述的一种倾斜摄影三维建模的拍摄装置， 其特征在于， 所述POS数 据记录单元 （7） 用于记录拍摄时相机的空间位置坐标信息包括位置信息和姿态信息， 位置 信息包括： 经度、 纬度、 海拔高度、 气压高度， 姿态信息包括： 俯仰角、 横滚角、 航向角。 权利要求书 1/1 页 2 CN 212332994 U 2 一种倾斜摄影三维建模的拍摄装置 技术领域 0001 本实用新型涉及倾斜摄影技术领域， 特别是一种倾斜摄影三维建模的拍摄装置。 背景技术 0002 倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几。

7、年发展起来的一项高新技术， 该技术通 过从一个垂直、 四个倾斜、 五个不同的视角同步采集影像， 获取到丰富的建筑物顶面及侧视 的高分辨率纹理。 它不仅能够真实地反映地物情况， 高精度地获取物纹理信息， 还可通过先 进的定位、 融合、 建模等技术， 生成真实的三维城市模型。 0003 目前， 运用无人机进行三维地理信息重建时， 需要相机以五个不同角度各拍一张 相片。 这五个角度分别是前45度、 后45度、 左45度、 右45度和垂直向下。 目前， 传统拍摄方法 有以下两种； 0004 在飞行器上同时安装五台相机， 分别调整为以上五个角度， 无人机飞到拍照点时， 五台相机同时曝光得到五张航片。 此。

8、技术的缺点是五台相机一起安装所占体积和重量都比 较大， 小型无人机无法安装使用。 如在大型固定翼无人机或多旋翼无人机上安装， 会因大载 重， 严重影响无人机的续航时间。 0005 在飞行器上安装一台相机， 角度调整至以上五个角度之一， 飞完一个架次后， 人工 将相机调整至另一个角度安装， 沿着上一个架次的航线再飞一遍， 同一条航线飞行五个架 次后即可完成数据采集。 此技术的缺点是同一条航线要飞五次才能采集完各角度的相片， 效率低下。 实用新型内容 0006 为解决上述背景技术中的问题， 本实用新型提供一种倾斜摄影三维建模的拍摄装 置。 0007 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是： 一。

9、种倾斜摄影三维建模的拍摄 装置， 包括飞行控制器、 云台控制器、 俯仰轴电机、 横滚轴电机、 方向轴电机、 相机触发器、 POS数据记录单元和单镜头的相机； 0008 所述飞行控制器与云台控制器连接， 所述云台控制器分别连接俯仰轴电机、 横滚 轴电机、 方向轴电机、 相机触发器、 POS数据记录单元， 所述相机触发器连接相机； 0009 所述飞行控制器用于控制飞行器到达拍摄位置并沿设定航线飞行； 0010 所述云台控制器用于控制俯仰轴电机、 横滚轴电机和方向轴电机将相机镜头指向 设定角度； 并向相机触发器发出开关信号触发相机拍摄， 同时发出开关信号至POS数据记录 单元记录拍摄时相机的空间位置。

10、坐标信息； 0011 所述相机触发器用于触发相机拍摄。 0012 进一步的， 所述云台控制器内设有STM32FL03C8T6单片机作为主控芯片， 云台控制 器设有一个输入端和四个输出端， 其输入端与飞行器的飞行控制器的拍摄使能端口连接， 用于接收拍摄启停信号， 当云台控制器接收到拍摄启停信号后， 启动或停止俯仰轴电机、 横 说明书 1/5 页 3 CN 212332994 U 3 滚轴电机、 方向轴电机的机械动作和相机拍摄动作； 0013 所述云台控制器的第一个输出端连接俯仰轴电机， 用于控制俯仰轴旋转到指定角 度； 第二个输出端连接横滚轴电机， 用于控制横滚轴旋转到指定角度； 第三个输出端连。

11、接方 向轴电机， 用于控制方向轴旋转到指定角度； 第四个输出端连接相机触发器和POS数据记录 单元， 用于触发相机拍摄， 同时记录拍摄时相机的空间位置坐标信息。 0014 进一步， 所述POS数据记录单元用于记录拍摄时相机的空间位置坐标信息包括位 置信息和姿态信息， 位置信息包括： 经度、 纬度、 海拔高度、 气压高度， 姿态信息包括： 俯仰 角、 横滚角、 航向角。 0015 实施过程： 飞行控制器控制飞行器到达拍摄位置， 对目标区进行弓字形航线飞行， 在飞行过程中， 云台控制器控制俯仰轴电机、 横滚轴电机和方向轴电机将相机镜头指向设 定角度， 触发相机快门拍摄， 同时记录拍摄时的空间位置坐。

12、标信息， 相机拍摄方向角为： 前 方45度、 正下方90度、 后方45度、 左侧45度、 右侧45度五个不同视角， 飞行器在对目标区进行 弓字形航线飞行过程中， 依此拍摄顺序不断循环， 飞行器对目标区进行一次弓字形航线飞 行， 即可实现一系列的五个角度的拍摄， 完成对目标区的三维建模的数据采集。 0016 五个不同视角的拍摄顺序可任意排序， 设定了拍摄角度排序后， 飞行器在对目标 区进行弓字形航线飞行整个过程中， 就依此设定拍摄角度排序连续循环拍摄。 0017 其中， 所述云台控制器根据设置的两次拍摄之间的间隔间长、 每个拍摄方向角度 的俯仰轴电机、 横滚轴电机和方向轴电机的位置参数， 分别向。

13、俯仰轴电机、 横滚轴电机和方 向轴电机发出设定的10002000us的PWM信号， 采用脉冲宽度调制控制方式控制俯仰轴电 机、 横滚轴电机和方向轴电机做出相应的动作， 在到达指定位置时使相机镜头指向设定角 度， 然后发出开关信号触发相机快门拍摄， 同时发出开关信号记录拍摄时相机的空间位置 坐标信息。 0018 其中， 在所述循环拍摄过程中， 采用时间控制方式控制相机快门， 两次拍摄之间的 间隔时长可根据拍摄重叠度确定， 间隔时长的计算公式如下： 0019 间隔时长： T=L/5V 0020 其中L为飞行航线摄影基线长度： L=Bx*Px 0021 式中： T为间隔时长(单位s)； L为飞行航线。

14、摄影基线长度 （单位m） ； V为飞行平均速 度 （单位m/s） ； Bx 为航线基线长度 （单位m） ； Px为拍摄重叠度 （单位） 。 0022 所述云台控制器内设有STM32FL03C8T6单片机作为主控芯片， 云台控制器设有一 个输入端和四个输出端， 其输入端与飞行器的飞行控制器的拍摄使能端口连接， 用于接收 拍摄启停信号， 当云台控制器接收到拍摄启停信号后， 启动或停止俯仰轴电机、 横滚轴电 机、 方向轴电机的机械动作和相机拍摄动作； 0023 所述云台控制器的第一个输出端连接俯仰轴电机， 用于控制俯仰轴旋转到指定角 度； 第二个输出端连接横滚轴电机， 用于控制横滚轴旋转到指定角度；。

15、 第三个输出端连接方 向轴电机， 用于控制方向轴旋转到指定角度； 第四个输出端连接相机触发器和POS数据记录 单元， 用于触发相机拍摄， 同时记录拍摄时相机的空间位置坐标信息。 0024 飞行器对目标区进行一次弓字形航线飞行， 即可实现一系列的五个角度的拍摄， 完成对目标区的三维建模的数据采集。 0025 所述POS数据记录单元记录拍摄时相机的空间位置坐标信息包括位置信息和姿态 说明书 2/5 页 4 CN 212332994 U 4 信息， 位置信息包括： 经度、 纬度、 海拔高度、 气压高度， 姿态信息包括： 俯仰角、 横滚角、 航向 角。 0026 本实用新型的有益效果是： 将单镜头相机。

16、安装在设有俯仰轴、 横滚轴和方向轴可 三维旋转的三轴云台上， 搭载三轴云台的飞行器对目标区沿弓字形航线飞行过程中， 云台 控制器控制俯仰轴电机、 横滚轴电机和方向轴电机将相机镜头指向设定角度， 触发相机快 门拍摄， 同时记录拍摄时的空间位置坐标信息， 拍摄顺序为： 前方45度、 正下方90度、 后方45 度、 左侧45度、 右侧45度， 依次循环； 飞行器对目标区进行一次弓字形航线飞行， 即可采集一 系列五个角度的拍照数据， 完成对目标区的三维建模的倾斜摄影的数据采集。 0027 云台控制器根据设置的两次拍摄之间的间隔时长、 每个拍摄方向角度的俯仰轴电 机、 横滚轴电机和方向轴电机的位置参数，。

17、 分别向俯仰轴电机、 横滚轴电机和方向轴电机发 出设定的10002000us的PWM信号， 采用脉冲宽度调制的控制方式控制俯仰轴电机、 横滚轴 电机和方向轴电机做出相应的动作， 在到达指定位置时使相机镜头指向设定角度， 采用时 间控制的方式控制相机快门， 发出开关信号触发相机快门拍摄， 同时发出开关信号记录拍 摄时相机的空间位置坐标信息； 可实现相机拍摄和空间位置坐标信息的同步。 0028 本实用新型采用单镜头相机安装在有俯仰轴、 横滚轴和方向轴可三维旋转的三轴 云台上， 其体积小、 重量轻、 造价低， 可以安装在小型无人机上， 对目标区进行一次弓字形航 线飞行， 即可完成五个角度的三维建模的。

18、图像数据采集， 大大提高了倾斜摄影的拍摄效率、 降低了拍摄成本。 附图说明 0029 图1是本实用新型的结构示意图； 0030 图2是本实用新型的实施示意图。 0031 图中零部件及编号： 0032 1-飞行控制器； 2-云台控制器； 3-俯仰轴电机； 4-横滚轴电机； 5-方向轴电机； 6-相 机触发器； 7-POS数据记录单元； 8-相机。 具体实施方式 0033 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 0034 如图1所示， 一种倾斜摄影三维建模的拍摄装置， 包括飞行控制器1、 云台控制器2、 俯仰轴电机3、 横滚轴电机4、 方向轴电机5、 相机触发器6、 POS数据记录单元7和单。

19、镜头的相 机8； 0035 飞行控制器1与云台控制器2连接， 云台控制器2分别连接俯仰轴电机3、 横滚轴电 机4、 方向轴电机5、 相机触发器6、 POS数据记录单元7， 相机触发器6连接相机8； 0036 飞行控制器1用于控制飞行器到达拍摄位置并沿设定航线飞行； 0037 云台控制器2用于控制俯仰轴电机3、 横滚轴电机4和方向轴电机5将相机8镜头指 向设定角度； 并向相机触发器6发出开关信号触发相机8拍摄， 同时发出开关信号至POS数据 记录单元7记录拍摄时相机8的空间位置坐标信息； 0038 相机触发器6用于触发相机8拍摄。 0039 如图2所示， 采用本装置进行拍摄过程： 将单镜头相机安。

20、装在设有俯仰轴、 横滚轴 说明书 3/5 页 5 CN 212332994 U 5 和方向轴可三维旋转的三轴云台上， 搭载三轴云台的飞行器对目标区沿弓字形航线飞行过 程中， 通过云台控制器2分别控制俯仰轴电机3、 横滚轴电机4和方向轴电机5将相机8镜头指 向设定角度后， 触发相机8快门拍摄， POS数据记录单元7同时记录拍摄时的空间位置坐标信 息； 相机8拍摄方向角度分别为： 前方45度、 正下方90度、 后方45度、 左侧45度、 右侧45度五个 不同视角进行拍摄， 飞行器在对目标区进行弓字形航线飞行过程中， 连续进行五个视角的 拍摄。 0040 具体实施过程： 0041 首先按照 低空数字。

21、航空摄影规范（CHZ3005-2010） 设定飞行航高和航线间隔距 离， 规划出符合标准的拍摄弓字型航线， 再根据航向相片重叠度所需距离计算出两次拍摄 之间的间隔时长： 0042 间隔时长： T=L/5V 0043 其中L为飞行航线摄影基线长度： L=Bx*Px 0044 式中： T为间隔时长(单位s)； L为飞行航线摄影基线长度 （单位m） ； V为飞行平均速 度 （单位m/s） ； Bx 为航线基线长度 （单位m） ； Px为拍摄重叠度 （单位） 。 0045 再把两次拍摄之间的间隔时长数值输入云台控制器2， 云台控制器2将按此间隔时 长控制相机8的角度和拍摄。 0046 飞行控制器1控制。

22、搭载三轴云台的飞行器到达拍摄位置， 对目标区进行弓字形航 线飞行， 在飞行过程中， 云台控制器2控制俯仰轴电机3、 横滚轴电机4和方向轴电机5将相机 8镜头指向设定角度， 触发相机8快门拍摄， POS数据记录单元7同时记录拍摄时的空间位置 坐标信息， 拍摄角度分别为： 前方45度、 正下方90度、 后方45度、 左侧45度、 右侧45度， 飞行器 1在对目标区进行弓字形航线飞行过程中， 连续进行五个视角的拍摄。 0047 其中， 云台控制器2根据设置的两次拍摄之间的间隔时长、 每个拍摄方向角度的俯 仰轴电机3、 横滚轴电机4和方向轴电机5的位置参数， 分别向俯仰轴电机3、 横滚轴电机4和 方向。

23、轴电机5发出设定的10002000us的PWM信号， 采用脉冲宽度调制控制方式控制俯仰轴 电机3、 横滚轴电机4和方向轴电机5做出相应的动作， 在到达指定位置时使相机8镜头指向 设定角度， 采用延时控制的方式控制相机8快门， 发出开关信号触发相机8快门拍摄， 同时发 出开关信号至POS数据记录单元7， 记录拍摄时相机8的空间位置坐标信息。 0048 具体步骤如下： 按拍摄顺序， 云台控制器2先控制俯仰轴电机3、 横滚轴电机4和方 向轴电机5， 将相机8镜头指向设定角度， 然后触发相机8快门， 同时给POS数据记录单元7发 出记录信号， 让POS数据记录单元7记录拍摄时相机8的空间位置坐标信息；。

24、 之后转到下一个 拍摄角度重复以上步骤。 0049 本实施例相机8拍摄方向角度控制步骤为： 前方45度、 正下方90度、 后方45度、 左侧 45度、 右侧45度五个不同视角进行拍摄， 飞行器在对目标区进行弓字形航线飞行过程中， 依 此拍摄顺序不断循环。 0050 五个不同视角的拍摄顺序可任意排序， 设定了拍摄角度排序后， 飞行器在对目标 区进行弓字形航线飞行整个过程中， 就依此设定拍摄角度排序连续循环拍摄。 0051 其中， 云台控制器2内设有STM32FL03C8T6单片机作为主控芯片， 云台控制器2设有 一个输入端和四个输出端， 其输入端与飞行器的飞行控制器1的拍摄使能端口连接， 用于接。

25、 收拍摄启停信号， 当云台控制器2接收到拍摄启停信号后， 启动或停止俯仰轴电机3、 横滚轴 说明书 4/5 页 6 CN 212332994 U 6 电机4、 方向轴电机5的机械动作和相机8拍摄动作。 0052 云台控制器2的第一个输出端连接俯仰轴电机3， 用于控制俯仰轴旋转到指定角 度； 第二个输出端连接横滚轴电机4， 用于控制横滚轴旋转到指定角度； 第三个输出端连接 方向轴电机5， 用于控制方向轴旋转到指定角度； 第四个输出端连接相机触发器6和POS数据 记录单元7， 用于触发相机8拍摄， POS数据记录单元7同时记录拍摄时相机8的空间位置坐标 信息。 0053 POS数据记录单元7记录拍。

26、摄时相机8的空间位置坐标信息包括位置信息和姿态信 息， 位置信息包括： 经度、 纬度、 海拔高度、 气压高度， 姿态信息包括： 俯仰角、 横滚角、 航向 角。 0054 飞行控制器1控制飞行器对目标区进行一次弓字形航线飞行， 即可实现一系列的 五个角度的拍摄， 完成对目标区的三维建模的倾斜摄影数据采集。 0055 最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案， 而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解； 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等 同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术 方案的精神和范围。 说明书 5/5 页 7 CN 212332994 U 7 图1 说明书附图 1/2 页 8 CN 212332994 U 8 图2 说明书附图 2/2 页 9 CN 212332994 U 9 。