[发明专利]一种基于液体变焦相机的无人机拍摄系统

说明书

本发明提出了一种基于液体变焦相机的无人机拍摄系统，该系统由空中执行组件和地面操作组件组成。地面操作组件包括调控模组、图像显示模组和地面数据传输模组；空中执行组件包括空中数据传输模组、液体变焦相机和驱动执行模组。液体变焦相机用于获取不同焦段下的图像。调控模组用于设置不同焦段下的液体透镜的驱动值。驱动执行模组用于改变液体变焦相机的有效焦距。图像显示模组用于显示液体变焦相机获取的图像。地面数据传输模组将调控模组的指令传输至驱动执行模组。空中数据传输模组将液体变焦相机获取的图像传输至图像显示模组。

一、技术领域

本发明涉及无人机拍摄系统领域，具体地，本发明涉及一种基于液体变焦相机的无人机拍摄系统。

二、背景技术

随着无人机技术的飞速发展，无人机的应用场景越来越广泛，在军用、警用、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、娱乐教育等领域都发挥了极大的作用。对于拍摄系统来说，其变焦相机的光学变焦倍数越大，能拍摄的景物越远，获取到的信息越丰富。为了使一个光学系统变焦透镜组即变焦光学系统需要同时满足改变系统焦距及过程中像面位置保持不变的两个条件，传统的变焦距系统的设计方法主要有两种，一种是光学补偿法，另一种是机械补偿法，但是这两种补偿方法都要求设计精密度要求很高的驱动电机，或者是采用能够同步精确运动的精密空间凸轮。采用这两种方法设计的光学系统结构比较复杂，尺寸庞大，制作精度要求很高，并且不易在小尺寸小范围空间内实现。因此，在目前的消费级无人机航拍领域，大部分搭载的拍摄设备不支持光学变焦，虽然有少数的搭载了变焦相机，但光学变焦倍数较低，一般为2倍。因此，亟待开发一种基于液体变焦相机的成本低、响应快、轻量化、可变焦的无人机拍摄系统。近年来新兴的液体透镜主要通过外部驱动来控制液-液界面曲率从而实现焦距的调节，具有轻量化的优点。相对于传统的机械式光学变焦，基于液体透镜的变焦相机无需机械移动部件，既减小了系统内部空间，又一定程度上避免了机械磨损的问题，为无人机拍摄系统提供了新的设计思路。

三、发明内容

本发明提出了一种基于液体变焦相机的无人机拍摄系统。如附图1所示，该系统由空中执行组件和地面操作组件组成。其中，地面操作组件包括调控模组、图像显示模组和地面数据传输模组；空中执行组件包括空中数据传输模组、液体变焦相机和驱动执行模组。液体变焦相机由固体透镜组、液体透镜组和图像传感器组成，其中，固体透镜组包含若干片固体透镜，液体透镜组包含若干片液体透镜。液体变焦相机的功能是获取不同焦段下的图像。调控模组的功能是设置不同焦段下的液体透镜的驱动值，调控模组不仅可预制几组常用焦段下液体透镜的驱动值，同时也可以对每片液体透镜进行微调以满足实际应用场景。驱动执行模组的功能是接受调控模组的指令后对液体变焦相机进行驱动，改变液体变焦相机中每片液体透镜的界面曲率，继而改变液体变焦相机的有效焦距。图像显示模组的功能是显示液体变焦相机获取的图像。地面数据传输模组和空中数据传输模组均基于蓝牙、Wi-Fi、ZigBee、IrDA、NFC或UWB等无线传输技术。地面数据传输模组的功能是将调控模组的指令传输至驱动执行模组。空中数据传输模组将液体变焦相机获取的图像传输至图像显示模组。

在初始状态下，调控模组选择初始焦段，地面数据传输模组传输预制驱动值的指令，驱动执行模组接受指令后将驱动值输出给液体变焦相机，改变液体变焦相机中每片液体透镜的界面曲率，实现有效焦距的调控，此时液体变焦相机的有效焦距为F₁，后焦距为D，如附图2所示。由液体变焦相机获取图像后，经空中数据传输模组传输至图像显示模组显示。此时若图像不清晰，则通过调控模组微调每个液体透镜的驱动值，进行下一轮图像获取直至图像清晰。若初始焦段获取的清晰图像不能满足需要，则通过调控模组重新选择焦段，短焦扩大视场，长焦减小视场。选择短焦，地面数据传输模组传输预制驱动值的指令，驱动执行模组接受指令后将驱动值输出给液体变焦相机，液体变焦相机的有效焦距再次发生改变，此时液体变焦相机有效焦距为F₂，后焦距保持不变仍为D，如附图3所示。此时若图像不清晰，则再次调节调控模组至得到满意的图像。整个基于液体变焦相机的无人机拍摄系统的运作流程如附图4所示。