[0001] 本发明涉及倾斜摄影技术领域， 更具体而言涉及一种用于无人机倾斜摄影系统 的相机挂载装置。

背景技术

[0002] 随着信息技术的飞速发展， 二维基础地理信息数据已经很难满足城市信息 化建 设的要求， 三维数字城市模型已经成为城市地理信息系统 研究的一个重要方向 。 目前， 为构建三维数字城市模型几何建模， 主流采用倾斜摄影技术， 以解决 垂直摄影影像与卫星影像、 测量地面设备之间数据不通用、 后期数据处理复杂 的问题。 倾斜摄影是通过在飞行器上搭载多台相机， 同吋从垂直、 倾斜等不同 角度拍摄影像， 获取地面物体更为完整准确的信息。 据此生成的三维模型较传 统手工建模周期更短、 成本更低、 精度更高。 倾斜摄影的三维建模可快速还原 真实现状， 相对传统垂直航摄具有不争的优势， 不仅有效弥补了传统正射影像 的不足， 还大大提高了快速三维建模技术的数据获取效 率。 目前， 仍在采用大 型飞机进行倾斜摄影， 其笨重、 不灵活的缺点是显而易见的。 无人机摄影系统 具有近低空、 方便灵活、 影像分辨率高等特点， 是更为理想和易于普及的倾斜 摄影方式。

[0003] 无人机倾斜摄影技术具有如下特点： 一） 反映地物周边真实情况相对于正射影 像， 倾斜影像能让用户从多个角度观察地物， 更加真实的反映地物的实际情况 ， 极大的弥补了基于正射影像应用的不足。 二） 倾斜影像可实现单张影像量测 通过配套软件的应用， 可直接基于成果影像进行包括高度、 长度、 面积、 角度 、 坡度等的量测， 扩展了倾斜摄影技术在行业中的应用。 三） 建筑物侧面纹理 可采集针对各种三维数字城市应用， 利用航空摄影大规模成图的特点， 加上从 倾斜影像批量提取及贴纹理的方式， 能够有效的降低城市三维建模成本。 四） 数据量小易于网络发布相较于三维 GIS技术应用庞大的三维数据， 应用倾斜摄影 技术获取的影像的数据量要小得多， 其影像的数据格式可采用成熟的技术快速 进行网络发布， 实现共享应用。

[0004] 传统的无人机倾斜摄影是通过五台相机按一定 的安装角度对地物的多个角度拍 摄， 从而得到地物的真三维影像数据， 目前无人机市场上最轻的五拼相机也在 5 KG以上， 对于最大起飞重量只有 20-30kg的小型无人机来说其重量， 体积， 成本 都较大， 应用难度增加。 因此， 人们希望在不同的应用场合下， 无人机能够挂 载不同数量的拍摄相机， 也就是说无人机的相机挂架所挂载的倾斜拍摄 相机数 量可以根据需要而扩展。 另外， 在不同的飞行高度， 无人机所携带的倾斜相机 要求的最佳倾斜拍摄角度有所差异， 因此人们希望能够无人机上的相机挂架能 够适当地调节倾斜相机的拍摄角度。 此外， 不仅要稳固地将相机连接到无人机 的机架上， 还要考虑无人机在飞行途中因气流等因素对相 机所造成的振动等。 因此， 如何构建简易质轻、 可扩展相机数量、 倾斜相机的倾斜角度可调整， 并 且可牢固地挂载相机的无人机倾斜摄影用相机 挂载装置就成为目前亟待解决的 问题。

技术问题

[0005] 本发明的目的就是要解决上述现有技术中存在 的诸多问题， 提供一种结构简单 、 拍摄相机可扩展、 可调节倾斜角度、 连接可靠并且有效缓冲振动的无人机倾 斜摄影用相机挂载装置。

问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 为了实现上述目的， 本发明的技术方案公幵了一种用于倾斜摄影系 统的相机挂 载装置， 包括： 用于挂载倾斜相机的至少一个倾斜挂板； 固定地连接在飞行器 机座上的平行挂板； 以及将所述倾斜挂板以可调节夹角的方式连接 到所述平行 挂板的倾斜角度调节组件， 其中， 所述倾斜角度调节组件进一步包括固定在所 述平行挂板上的第一固定支座； 与所述第一固定支座相对地固定在所述倾斜挂 板上的第二固定支座； 将所述倾斜挂板以铰接方式连接到所述平行挂 板的铰接 支座； 以及连接于所述第一固定支座和所述第二固定 支座之间的角度调节片。

[0007] 优选地， 在根据本发明的上述技术方案所提供的用于倾 斜摄影系统的相机挂载 装置中， 所述角度调节片的一端幵孔且另一端幵槽， 所述角度调节片的幵孔端 和幵槽端分别通过螺钉连接到所述第一固定支 座和第二固定支座的自由端。

[0008] 优选地， 在根据本发明的上述技术方案所提供的用于倾 斜摄影系统的相机挂载 装置中， 所述平行挂板包括上平行挂板和下平行挂板， 所述上平行挂板和下平 行挂板借助于多个云台减震球平行地连接在一 起， 所述上平行挂板固定地连接 在所述飞行器机座上， 所述下平行挂板可用于挂载垂直相机， 其中， 在所述上 平行挂板和所述下平行挂板上成对地幵设有用 于安装所述云台减震球的多个圆 孔， 并且在所述下平行挂板和所述倾斜挂板上相应 地幵设有用于安装所述第一 固定支座、 所述第二固定支座和所述铰接支座的长方形槽 。

[0009] 优选地， 在根据本发明的上述技术方案所提供的用于倾 斜摄影系统的相机挂载 装置中， 所述倾斜挂板相对于所述下平行挂板的连接位 置可以沿所述长方形槽 进行调节。

[0010] 优选地， 在根据本发明的上述技术方案所提供的用于倾 斜摄影系统的相机挂载 装置中， 所述倾斜相机和垂直相机借助于相机自身配备 的弹簧卡扣装置而卡接 固定在所述倾斜挂板和所述下平行挂板上， 在所述下平行挂板和所述倾斜挂板 上还粘接有用于相机辅助固定的相机粘扣带， 所述相机粘扣带为分子母两面的 魔术贴。

[0011] 优选地， 在根据本发明的上述技术方案所提供的用于倾 斜摄影系统的相机挂载 装置中， 所述上平行挂板、 所述下平行挂板、 所述倾斜挂板以及所述角度调节 片为碳纤维材料制成， 所述第一固定支座、 所述第二固定支座以及所述铰接支 座为铝制成。

[0012] 优选地， 在根据本发明的上述技术方案所提供的用于倾 斜摄影系统的相机挂载 装置中， 所述倾斜角度调节组件沿所述倾斜挂板和所述 下平行挂板的宽度方向 设置两组。

[0013] 优选地， 在根据本发明的上述技术方案所提供的用于倾 斜摄影系统的相机挂载 装置中， 所述倾斜角度调节组件在 20度至 45度的范围内调节所述倾斜相机的光 轴与所述垂直相机的光轴之间的夹角。

[0014] 优选地， 在根据本发明的上述技术方案所提供的用于倾 斜摄影系统的相机挂载 装置中， 在所述倾斜挂板和 /或所述下平行挂板上一体地设置用于紧固较� �型相 机的加强板， 所述加强板通过螺钉来紧固所述较大型相机。

[0015] 本发明的另一技术方案公幵了一种无人机倾斜 摄影系统， 包括： 上述技术方案 中任意一项所述的用于倾斜摄影系统的相机挂 载装置， 所述飞行器是多旋翼无 人机。

发明的有益效果

有益效果

[0016] 本发明的特征、 技术效果和其他优点将通过下面结合附图的进 一步说明而变得 显而易见。

对附图的简要说明

附图说明

[0017] 现在将参考附图通过示例的方式来描述本发明 ， 其中：

[0018] 图 1是根据本发明第一实施例的用于挂载一台垂� �相机和一台倾斜相机的相机 挂载装置的整体结构示意图。

[0019] 图 2是表示在图 1所示的相机挂载装置上分别装配了垂直相机� �倾斜相机的结构 示意图。

[0020] 图 3是表示进一步在无人机上安装图 1所示的相机挂载装置以及垂直相机和倾斜 相机的结构示意图。

[0021] 图 4是在根据本发明第二实施例的相机挂载装置� �装配了单台倾斜相机的立体 结构示意图。

[0022] 图 5A在根据本发明第三实施例的相机挂载装置上� ��配了两台倾斜相机和一台垂 直相机的平面结构示意图， 图 5B为与图 5A相对应的立体结构示意图。

[0023] 图 6为根据本发明变形例的增设了侧面加强板的� �用于较重相机的相机挂载装 置的结构示意图。

[0024] 附图标记列表： 上平行挂板 11， 下平行挂板 12， 倾斜挂板 13， 云台减震球 14; 第一固定支座 15， 第二固定支座 16， 铰接支座 18， 倾斜角度调节片 17， 相机自 身配备的弹簧卡扣机构 A， 相机粘扣带 Bl、 B2， 侧面加强板 C。 本发明的实施方式

[0025] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚 、 完整地描述， 显然所描述的实 施例是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前 提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

[0026] 在本发明的描述中， 需要说明的是， 术语"正面 /背面"、 "上 /下"、 "左 /右"、 "竖 直 /水平"、 "内 /外"等指示的方位或位置关系为基于附图所示� ��方位或位置关系， 仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限 制。 此外， 术语"第一"、 "第二 "仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对 重要性。

[0027] 在本发明的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语"安装" 、 "相连"、 "连接 "应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接 ， 或一体地连接； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可 以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技 术人员而言， 可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体 含义。

[0028] 虽然本发明的相机挂载装置优选地应用于无人 机倾斜摄影技术， 但是下文的阐 述仅仅是示例性的而非限制性说明。 众所周知， 无人机倾斜摄影技术不仅能够 真实地反应地物情况， 而且可通过先进的定位技术， 嵌入精确的地理信息、 拾 取更丰富的影像信息、 给予用户更好的体验。 无人机倾斜摄影技术应用十分广 泛， 如国家重大工程建设、 灾害应急与处理、 国土监察、 资源幵发、 新农村和 小城镇建设、 城中村拆迁数据留存， 政府方面的税收评估、 公共安全、 执法行 动、 规划发展、 消防;公共事业方面的灾害评估、 环保、 企业方面的保险、 房地 产以及公众方面的位置服务、 互联网应用、 旅游等。 尤其在基础测绘、 土地资 源调査监测、 土地利用动态监测、 数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方 面具有广阔市场前景。

无人机倾斜摄影技术在硬件上涉及三大部分： 1) 摄影设备， 包括正摄相机和 倾斜相机， 通常情况采用五个方位进行数据采集， 分为正摄、 前视、 后视、 左 视、 右视。 2) 飞行器， 无人机倾斜摄影主要以固定翼、 旋翼为主流。 其中， 固 定翼一般以电动、 油动为主要动力源， 其优点是续航吋间长、 效率高。 不足之 处是由于固定翼航速较快配合的相机曝光间隔 吋间要求高， 其次由于有安全航 高的限制、 载重的限制通常能够获取的影像地面分辨率在 8厘米以上。 面对测绘 行业对精度要求不断提高受众面变窄。 旋翼机一般有三、 四、 六、 八旋翼， 其 优点是可悬停、 易操作、 安全性高， 可以根据测区情况进行不同高度的飞行作 业， 使获取的影像地面分辨率达到 1厘米以下。 在飞控的选择上做为航测用途的 多选择双控制器， 原因是无人机倾斜摄影在市区作业较多安全的 保障是第一位 的。 不足之处是续航吋间有限， 一般的无人机倾斜摄影相机重量在 2-5KG, 续航 在 30分钟左右。 3) 地面站： 地面站的选择上以待机吋间和屏幕高亮演示为 主要 考虑因素。

[0030] 本发明的重点是提供一种结构简单、 轻质耐振的相机挂载装置， 其优选地用于 多旋翼无人机倾斜摄像系统， 不仅可以根据不同飞行高度而调节倾斜拍摄的 角 度， 而且可以方便地扩展倾斜相机的数量。 在下文中， 重点阐述相机挂载装置 的相关结构， 其他与相机挂载装置没有直接关系的部件以及 不影响本发明技术 方案理解的内容将从略说明。

[0031] 图 1为根据本发明第一实施例的用于挂载 1台垂直相机和 1台倾斜相机的相机挂 载装置 10的整体结构示意图。 如图 1所示， 根据本发明第一实施例的相机挂载装 置 10包括： 借助于螺钉或铆钉等连接方式固定于无人机底 盘的上平行挂板 11 ; 尺寸与上平行挂板 11大致相同并且用于挂载垂直相机 （正摄相机） 的下平行挂 板 12; 将下平行挂板 12平行地且可拆卸地连接到上平行挂板 11以发挥减振功能 的多个云台减震球 14; 以及用于挂载倾斜相机的倾斜挂板 13， 其中， 倾斜挂板 1 3的长度大约为上下平行挂板 11、 12的一半。 另外， 云台减震球 14优选地采用橡 胶材料制成， 可以根据所挂载的负载来选择适当的型号与参 数， 云台减震球 14 的两端呈圆饼状， 中央部为纺锥状弹性囊体， 在装配状态下两端部通过弹性变 形穿过上下平行挂板 11、 12上幵设的圆孔使其颈部卡紧在圆孔中， 优选地六个 云台减震球 14如图 1所示沿上下平行挂板 11、 12的长度方向和宽度方向等间距地 设置。 [0032] 倾斜挂板 13的宽度与下平行挂板 12的宽度相同， 适合于装配相机自身配备的弹 簧卡扣机构， 因此， 下平行挂板 12和倾斜挂板 13的宽度根据所述弹簧卡扣机构 进行设定即可， 这种连接结构适合于轻型相机 （例如重量在 500克以下） 。 除此 之外， 为了确保相机可靠地固定在下平行挂板 12和倾斜挂板 13上， 在相机的底 部与下平行挂板 12和倾斜挂板 13之间还分别粘贴有相机粘扣带的子母面， 所述 相机粘扣带又名魔术贴 （HOOK&LOOP) ， 原本是衣服上常用的一种连接辅料 ， 分子母两面， 一面是细小柔软的纤维， 圆毛 （LOOP), 另一面是较硬带钩的刺 毛 （HOOK)。 对于轻型相机而言， 这样的双重紧固方式完全可以满足连接上的 要求。 另外， 为了避免相机在高空中跌落， 还可以把相机另行配备的安全绳进 一步捆绑到飞行器底盘以防意外跌落。

[0033] 进而， 为了根据不同的飞行高度来调节倾斜相机的拍 摄角度， 需要使图中的倾 斜挂板 13与下平行挂板 12以夹角可调节的方式连接在一起。 为了实现该技术效 果， 如图 1所示， 根据本发明第一实施例的相机挂载装置 10进一步包括： 由铝金 属材料制成的第一固定支座 15、 第二固定支座 16、 铰接支座 18以及由碳纤维材 料制成的倾斜角度调节片 17。 在挂载一台垂直相机和一台倾斜相机的第一实 施 例的情况下， 下平行挂板 12的右侧用于连接倾斜挂板 13以便搭载倾斜相机， 并 且倾斜挂板 13的安装方式使得倾斜相机的光轴向右侧倾斜� �� 而下平行挂板 12的 左侧用于搭载垂直相机 （正摄相机） 。 进而， 倾斜挂板 13的一端通过铰接支座 1 8以可转动的方式连接到下平行挂板 12的右侧底部， 所述铰接支座 18由两个形状 完全相同的子支座构成， 子支座为一端为幵设有螺纹孔的圆柱状， 两个子支座 通过与该螺纹孔配合的螺钉而彼此可转动地铰 接起来。 各个子支座的另一端分 别通过螺钉固定到倾斜挂板 13和下平行挂板 12上的长方形幵槽。 另外， 第一固 定支座 15和第二固定支座 16同样地分别通过螺钉固定到倾斜挂板 13和下平行挂 板 12上的长方形幵槽。 优选地， 所述螺钉由碳纤维材料等轻质材料制成以尽量 减轻相机挂载装置的整体重量。 进一步， 所述第一固定支座 15和第二固定支座 1 6的自由端分别幵设有螺孔， 倾斜角度调节片 17的一端幵孔以便通过螺钉与第二 固定支座 16固定在一起， 倾斜角度调节片 17的另一端幵槽， 同样地通过螺孔以 连接位置可调节的方式与第一固定支座 15连接在一起， 通过以上结构就可以实 现倾斜挂板 13相对于下平行挂板 12夹角调整。 当然， 还可以是倾斜角度调节片 1 7的幵孔端连接到所述第一固定支座 15的自由端相连接， 而幵槽端与第二固定支 座 16的自由端相连接， 或者倾斜角度调节片 17还可以不设置幵孔端而采用整体 幵槽的结构。 附带说明， 下平行挂板 12和倾斜挂板 13上的长方形幵槽允许适当 地调整倾斜挂板 13相对于下平行挂板 12的安装位置。 另外， 由第一固定支座 15 、 第二固定支座 16、 铰接支座 18构成的倾斜角度调节组件优选地沿倾斜挂板 13 和下平行挂板 12的宽度方向设置两组， 以确保所需要的强度。

[0034] 一般而言， 在无人机倾斜摄像系统中， 垂直相机和倾斜相机的光轴夹角大约为 20度到 45度之间， 因此倾斜挂板 13与下平行挂板 12之间的夹角范围亦大约为 20 度到 45度之间， 倾斜角度调节片 17的幵槽的两个端部对应于上述夹角范围的两 端。 在本实施例中， 夹角调整的方式是在确定好飞行高度后根据拍 摄条件来事 先确定倾斜相机的倾斜角度。

[0035] 图 2是表示在图 1所示的相机挂载装置上分别装配了垂直相机� �倾斜相机的结构 示意图。 如图 2所示， 倾斜相机和垂直相机 （正摄相机） 通过相机自身配备的弹 簧卡扣机构 A分别卡紧在倾斜挂板 13和下平行挂板 12上， 并进一步通过相机粘扣 带的子母面 Bl、 B2粘接在一起。 图 3是表示进一步在无人机上安装图 1所示的相 机挂载装置以及垂直相机和倾斜相机的结构示 意图。 从图 2和图 3可以看出， 借 助于本发明的优选实施例的相机挂载装置， 就能够以简易的结构稳固地将拍摄 相机连接到相机挂载装置上， 并且可以根据需要来调节无人机倾斜摄影系统 的 倾斜拍摄角度。

[0036] 由于垂直相机 （正摄相机） 是为了提高测量精度的， 在特殊情况下 （对精度要 求不高吋） 可以不挂载正摄相机而仅仅挂载单台倾斜相机 ， 从而可以进一步减 轻无人机载荷重量， 尤其适用于轻型或微型无人机。 本发明的相机挂载装置可 以容易地兼顾这种特殊情况， 图 4是在根据本发明第二实施例的相机挂载装置� � 装配了单台倾斜相机的立体结构示意图。 如图 4所示， 仅仅是倾斜挂板 13的安装 方式稍微进行变更即可满足要求， 各个构成部件及其作用与图 1完全相同， 本文 从略说明。 另外， 需要注意的是， 在使用图 4所述的相机挂载装置的情况下， 所 挂载的倾斜相机的光轴的方向正好与图 1所述的相机挂载装置呈对称状态。 由此 可见， 本发明的相机挂载装置可以用同样的构成部件 来对应不同的拍摄场合， 从而还可以降低制造成本和降低使用难度。

[0037] 在上述第一实施例和第二实施例的基础上， 本发明的相机挂载装置可以容易地 进行扩展以挂载更多数量的倾斜相机， 例如 2台、 4台或者更多。 下面， 以挂载 1 台垂直相机和 2台倾斜相机的场合为例来进行说明。 图 5A在根据本发明第三实施 例的相机挂载装置上装配了两台倾斜相机和一 台垂直相机的平面结构示意图， 图 5B为与图 5A相对应的立体结构示意图。

[0038] 如图 5所示， 在下平行挂板 12的大致中央处挂载一台垂直相机， 在下平行挂板 1 2的两侧安装倾斜挂板 13， 并且在两个倾斜挂板 13上分别挂载一台倾斜相机。 倾 斜挂板 13与下平行挂板 12之间的连接方式和角度调节方式与上述第二� ��施例完 全相同， 并且各个构成部件及其作用亦与上述实施例完 全相同， 因此本文从略 说明并在图中省略了有关部件的标记。 另外， 垂直相机 （正摄相机） 与下平行 挂板 12之间以及倾斜相机与倾斜挂板 13之间的连接方式也完全相同， 都是通过 相机自身配备的弹簧卡扣机构 A以及相机粘扣带 Bl、 B2来实现双重紧固。 需要 注意的是， 由于挂载了较多数量的相机， 所以上平行挂板 11和下平行挂板 12之 间需要更多数量的云台减震球 14， 以便满足有关负载方面的要求。

[0039] 此外， 上述第一至第三实施例都是适合于挂载轻型相 机 （例如重量小于 500克 ) 的情况， 在挂载较重型相机的单反相机 （例如重量可达 1700克左右） 的情况 下， 则需要采用螺纹连接的方式来进行加固。 图 6为根据本发明变形例的增设了 侧面加强板的适用于较重相机的相机挂载装置 的结构示意图。 如图 6所示， 侧面 加强板 C上幵孔以便通过螺钉将较重型相机与相机挂� �牢固地连接在一起， 同吋 还进一步使用上述实施例中提及的相机粘扣带 来实现双重紧固。 需要注意的是 ， 这种较重型相机自身并不配备弹簧卡扣机构， 所以需要采用侧面加强板 C以螺 钉方式进行连接， 关于倾斜相机的角度调整则可以采用与上述实 施例完全相同 的结构。

[0040] 在上述实施例中阐述了挂载单镜头倾斜相机、 双镜头 （垂直 +倾斜） 以及三镜 头 （一垂直 +两倾斜） 的情况， 但是本领域技术人员可以根据本发明公幵的技 术 方案容易地扩展到挂载任意数量的倾斜镜头的 情况。 此外， 不仅倾斜相机与垂 直相机的光轴之间的夹角大小可以进行调整， 而且光轴的夹角方向也可以根据 需要任意地进行设置。 另外， 虽然在上述实施例中以应用于无人机倾斜摄影 系 统 （包括固定翼和多旋翼无人机） 为例说明了本发明的相机挂载装置， 但是本 发明的技术方案并不限于此， 可以非常容易地根据需要应用在任何类型的飞 行 器的倾斜摄影系统中。 本领域技术人员不难理解， 根据本发明优选实施例的相 机挂载装置并不限于无人机倾斜摄影系统， 可以应用于任意飞行器的倾斜摄影 系统， 所述飞行器例如包括无人飞行载具 （Unmanned Aerial Vehicle, UAV) 或 无人飞机系统 (Unmanned Aircraft System, UAS) 等。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已， 当然不能以此来限定本发明之权 利范围， 因此依本发明申请专利范围所作的等同变化， 仍属本发明所涵盖的范 围。 应当理解， 以上的描述意图在于说明而非限制。 例如， 上述实施例 (和 /或其 方面)可以彼此组合使用。 此外， 根据本发明的启示可以做出很多改型以适于具 体的情形或材料而没有偏离本发明的范围。 通过阅读上述描述， 权利要求的范 围和精神内的很多其它的实施例和改型对本领 域技术人员是显而易见的。