专利名称：一种可地面操控的双镜头机载电视前视装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及航空机载摄像装置，具体涉及一种可地面操控的双镜头机载电视前视装置。
背景技术：
机载光测或摄像设备的主要特点是覆盖范围宽、分辨率高、能实时向地面提供图像信息等情报数据。根据内置设备的功能，机载光测或摄像设备可以分为导航型、瞄准型、 红外测量型、电子干扰型等。机载摄像装置可实现全天候大范围航空摄影、交通管制、监控、 搜索，目标自动识别、自动跟踪和自动定位等。目前机载尤其是无人机机载摄像装置搭载的摄像机品种比较单一，仅搭载有单一变焦镜头或单一的定焦镜头，并且缺少地面操控环节。对于一些航拍摄像机作用距离不大， 环境适应性不高。目前的摄像装置，由于各种条件的限制，特别是起飞重量和空间的限制， 设备装机使用时，摄像机的各项操作，必须由机上副驾驶承担，对于无人机机载摄像机来说，目前设备使用受到较大的限制。采用地面操控，使前视装置具备一定的智能化水平是一种发展的趋势。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种可地面操控的双镜头机载电视前视装置，以解决现有技术中由于起飞重量和空间的限制机载摄像装置的功能单一、不足以此支持实时控制的问题。本实用新型的技术方案如下一种可地面操控的双镜头机载电视前视装置，主要由变焦摄像机系统、广角定焦摄像机系统、用以实现变焦控制、视频信号切换和指令发送/接收的电路控制系统和地面操控器组成，两个摄像机系统和电路控制系统集成在一个整体的支撑箱体中，其中变焦摄像机系统位于支撑箱体上部，广角定焦摄像机系统位于支撑箱体下部；所述变焦摄像机系统采用了机械补偿式光学结构，包括前固定组、变倍组、补偿组和后固定组，所述变倍组与精密机械凸轮配合连接由直流电机驱动以线性移动改变变焦系统焦距；所述广角定焦摄像机系统的镜头采用高斯型光学结构，整体由硅橡胶固封并通过护框与所述支撑箱体刚性固紧；所述电路控制系统设置于变焦摄像机系统的下方、广角定焦摄像机系统的后方；两个摄像机系统各自的CCD图像传感器分别与电路控制系统连接。上述广角定焦摄像机系统的镜头设计为整体的外螺纹结构，与所述护框螺纹固定连接，此种固定方式更为稳定。上述变倍组的调焦齿轮和所述精密机械凸轮的两侧皆设置有光电限位开关，以限定稳定的变焦范围。上述变焦摄像机系统的焦距为f = 5mm 50mm连续可变，视场30° X 22. 5° ；所述广角定焦摄像机系统的视场角(对角线)为112°。[0010]上述广角定焦摄像机系统的镜头与变焦摄像机系统的镜头的尺寸大小比例不大于1 6。当然，在有特殊需求时，会适当增大安装容积，则将大于此比例。 上述广角定焦摄像机系统的镜头安装框和CXD图像传感器安装基板之间设置有用以调整像面清晰度的垫片。上述地面操控器为单杆控制器，单杆控制装置通过USB2.0接口与地面控制台连接。上述电路控制系统中的用以与地面控制通信的电缆是经所述支撑箱体侧壁转接后与机载外部电缆相连接。上述机载电视前视装置整机通过橡胶减振装置安装在无人机前部，其固定安装面位于两个摄像机系统之间的水平位置。因为上部为大的变焦系统，下部为小的定焦系统和电路控制系统总成，质心位置基本上在中间位置。上述支撑箱体为铝合金机箱。本实用新型具有以下技术效果1、满足飞机在起飞、着陆以及空中飞行时视景要求，摄像机所摄到的视频图像可实时传输到地面站，为地面飞行员进行遥控飞行提供直观的视景参照。同时地面操控人员可以根据需要对摄像机进行控制，包括定/变焦切换、变焦控制、画面清晰度的调焦控制等，并可将电视图像作背景，前景叠加数字信息组成虚拟平显，组成一个地面遥控操纵的视景系统。2、该双镜头机载电视前视装置可以满足承受飞机在起飞、降落时的振动、温度等恶劣条件的要求。变焦摄像机在结构上采用了机械补偿式光学结构，具有结构紧凑、体积小、重量轻等优点；广角定焦摄像机镜头采用高斯型光学结构设计，最大程度上减小了结构尺寸，可以满足飞机在起飞和降落时短时间内的取景要求。3、该双镜头机载电视前视装置整机通过橡胶减振装置安装在无人机前部，此种结构形式是模块式的，便于各模块的独立设计和装配。
图1为本实用新型机载部分结构示意图；图2为本实用新型镜头布局及安装示意图；图3为单杆控制数据流向示意图。附图标号说明1-变焦摄像机系统，11-变焦摄像机镜头，2-广角定焦摄像机系统，21-广角定焦摄像机镜头，3-支撑箱体，4-电路控制系统，5-固定安装面。
具体实施方式
本发明双镜头机载电视前视装置为机载的双镜头、可地面操控设计。系统布局中， 两光学系统集成在一个整体的铝合金制支撑箱体中，采用上下分布的结构形式，变焦摄像机系统安装在上部，广角定焦摄像机系统安装在下部，分别用螺钉和外壳刚性固紧。同时为两套摄像机光学镜头配对了两个相同的CCD图像传感器，分两路视频和电路控制系统连接。控制和通信电缆通过整体的支撑箱体侧壁转接后与外部电缆相连结。前视装置整机通过橡胶减振装置安装在无人机前部，此种结构形式是模块式的，便于各模块的独立设计和装配。且该双镜头机载电视前视装置与无人机的安装面设计在两光学系统之间的水平位置，通过螺钉固紧，利于结构尺寸和质量相对安装面的相对均布，减小振动冲击对整机系统的影响。
以下结合附图详述本实用新型。本双镜头机载电视前视装置主要由变焦摄像机系统、广角定焦摄像机系统、电路控制系统和单杆控制器等组成。飞机在空中6000m飞行时，在无穷远(理论)天气晴朗的条件下，从视频图像中可以明显分辨出天、地交界线，用以地面遥控飞机巡航飞行；飞机进场或起飞、着陆状态下，广角定焦摄像机能够明显看到跑道及跑道上的标志和跑道附近的建筑物，如“T”字布或机场跑道上的标志物等；能锁定机场或某一固定参考物以便于地面飞行员操纵飞机进场或起飞、着陆；在大气能见度大于10km，飞机在远距台(距离跑道端 4000m处，飞行高度871m)时可以分辨出跑道、跑道端处的标志物(横向60m，纵向66m)以及跑道中心线等参考线；在近距台(距离跑道端1400m处，飞行高度100m)可分辨“Τ”形标识和跑道中心线基本细节(“Τ”形标识为8mX14m，线宽2m)；该前视装置可以满足承受飞机在起飞、降落时的振动、温度等恶劣条件的要求。变焦摄像机焦距为f = 5匪 50匪连续可变，视场30° X22. 5°，可以满足远距离的取景要求。变焦摄像机系统最短焦距5mm时，对角线视场62°，水平线视场51°。在远距台处，调整为短焦时跑道上的端处的标志物成像最小，可分辨；当焦距大于9mm时，跑道中心参考线成像线宽在2个像元以上，可清晰分辨。在近距台处，当焦距大于22. 5mm时， 跑道端“T”字形标识成像线宽在3个像元以上，可分辨。变焦摄像机在结构上采用了机械补偿式光学结构，具有结构紧凑、体积小、重量轻等优点。变焦摄像机系统由前固定组、变倍组、补偿组和后固定组等组成。工作时，前固定组将无穷远目标成像到变倍组的物面上，并由直流电机带动精密机械凸轮驱动变倍组作线性移动改变系统焦距，同时为稳定像面(包括轴向和径向两个方向)由直流电机带动补偿组作少量非线性移动作为补偿，后固定组将补偿组的像成在彩色CXD靶面上，这样就可以达到即变焦又稳定像面的目的。作为对光学镜组的保护，在调焦齿轮和精密机械凸轮两侧皆设计有光电限位开关。广角定焦摄像机镜头采用高斯型光学结构设计，最大程度上减小了结构尺寸，其视场角(对角线)为112°，可以满足飞机在起飞和降落时短时间内的取景要求；由于广角定焦摄像机镜头尺寸较小，与变焦摄像机系统的镜头的尺寸大小比例一般不大于1 6。当然，根据具体的需要，也可以换较大或较小尺寸的广角定焦摄像机镜头。该广角定焦摄像机镜头设计为整体的螺纹结构，装配时和护框进行螺纹连接拧紧，同时CCD通过螺钉和护框连接，通过修切垫片厚度来调整像面清晰度，装配完成后用硅橡胶固封，整体作为一个模块和支撑箱体连接。电路控制系统主要具备该装置的供电、指令接收、变焦控制和视频信号切换等功能，接收机载飞控计算机的控制指令并安要求控制本前视系统做出相应动作，将视频信号输出给测控系统。该电视前视装置上电后，内部的广角定焦摄像机系统和变焦摄像机系统即开始工作，此时默认输出定焦视频信号；当接收到视频切换指令后，可继续输出定焦系统视频信号，或切换输出变焦系统视频信号；当输出变焦系统视频信号时，可进一步接收变焦和调焦信号调节视场。[0031]另外，该装置设计有控制模块，地面操纵人员可以在地面通过摇杆等控制器对本前视装置进行变焦镜头的变焦和调焦控制、变焦镜头和广角定焦镜头的视频切换控制等， 满足地面人员对飞机在不同距离内的取景要求，为操纵人员控制飞机的飞行提供直观清晰的视频参考。地面操控器采用单杆控制器，可直观的输入控制信号，包括变焦、定焦视频信号切换，变焦摄像机的变焦控制和调焦控制。单杆控制装置通过USB2. 0接口与地面控制台连接，控制指令由控制台发出，视频数据则由控制台显示输出，地面用单杆控制流程如图所
7J\ ο 该电视前视装置加装在机身外部视距内彩色电视前视摄像机，满足飞机在起飞、 着陆以及空中飞行时视景要求，摄像机所摄到的视频图像可实时传输到地面站，为地面飞行员进行遥控飞行提供直观的视景参照。同时地面操控人员可以根据需要对摄像机进行控制，包括定/变焦切换、变焦控制、画面清晰度的调焦控制等，并可将电视图像作背景，前景叠加数字信息组成虚拟平显，组成一个地面遥控操纵的视景系统。
权利要求1.一种可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于，主要由变焦摄像机系统、 广角定焦摄像机系统、用以实现变焦控制、视频信号切换和指令发送/接收的电路控制系统和地面操控器组成，两个摄像机系统和电路控制系统集成在一个整体的支撑箱体中，其中变焦摄像机系统位于支撑箱体上部，广角定焦摄像机系统位于支撑箱体下部；所述变焦摄像机系统采用了机械补偿式光学结构，包括前固定组、变倍组、补偿组和后固定组，所述变倍组与精密机械凸轮配合连接由直流电机驱动以线性移动改变变焦系统焦距；所述广角定焦摄像机系统的镜头采用高斯型光学结构，整体由硅橡胶固封并通过护框与所述支撑箱体刚性固紧；所述电路控制系统设置于变焦摄像机系统的下方、广角定焦摄像机系统的后方；两个摄像机系统各自的CCD图像传感器分别与电路控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于所述广角定焦摄像机系统的镜头设计为整体的外螺纹结构，与所述护框螺纹固定连接。
3.根据权利要求2所述的可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于所述变倍组的调焦齿轮和所述精密机械凸轮的两侧皆设置有光电限位开关。
4.根据权利要求3所述的可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于所述变焦摄像机系统的焦距为f = 5mm 50mm连续可变，视场30° X 22. 5° ；所述广角定焦摄像机系统的视场角(对角线)为112°。
5.根据权利要求4所述的可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于所述广角定焦摄像机系统的镜头与变焦摄像机系统的镜头的尺寸大小比例不大于1 6。
6.根据权利要求5所述的可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于所述广角定焦摄像机系统的镜头安装框和CCD图像传感器安装基板之间设置有用以调整像面清晰度的垫片。
7.根据权利要求6所述的可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于所述地面操控器为单杆控制器，单杆控制装置通过USB2. 0接口与地面控制台连接。
8.根据权利要求7所述的可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于所述电路控制系统中的用以与地面控制通信的电缆是经所述支撑箱体侧壁转接后与机载外部电缆相连接。
9.根据权利要求7所述的可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于所述机载电视前视装置整机通过橡胶减振装置安装在无人机前部，其固定安装面位于两个摄像机系统之间的水平位置。
10.根据权利要求7所述的可地面操控的双镜头机载电视前视装置，其特征在于所述支撑箱体为铝合金机箱。
专利摘要本实用新型旨在提供一种可地面操控的双镜头机载电视前视装置，以解决现有技术中由于起飞重量和空间的限制机载摄像装置的功能单一、不足以此支持实时控制的问题。本实用新型主要由变焦摄像机系统、广角定焦摄像机系统、用以实现变焦控制、视频信号切换和指令发送/接收的电路控制系统和地面操控器组成。两个摄像机系统按照上下分布的结构形式和电路控制系统集成在一个整体的支撑箱体中，两个摄像机系统各自的CCD图像传感器分别与电路控制系统连接。本实用新型能够为地面飞行员进行遥控飞行提供直观的视景参照，同时地面操控人员可以根据需要对摄像机进行控制，包括定/变焦切换、变焦控制、画面清晰度的调焦控制等。
文档编号G03B13/34GK201945780SQ20102063097
公开日2011年8月24日 申请日期2010年11月29日 优先权日2010年11月29日
发明者张兆会, 曹剑中, 祝青, 董森 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所