CN109743499A - 一种应用于图像识别的变焦无人机和变焦无人机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于图像识别的变焦无人机，包括无人机本体，以及设置在无人机本体上的运动广角高清光学变焦相机、变焦机构和变焦控制器，运动广角高清光学变焦相机，用于获得拍摄区域中的车辆图像；运动广角高清光学变焦相机的变焦镜头的变焦圈的外圈呈齿轮状，变焦圈的外圈与变焦机构中的传动齿轮相啮合；变焦机构，包括变焦电机、中间传动组和传动齿轮。变焦电机通过中间传动组与传动齿轮连接；本发明还公开了一种应用于图像识别的变焦无人机控制方法，本发明质量轻，体积小，方便携带；相比于传统无人机云台相机，可实现光学变焦，图像质量更高；配套有自动变焦控制系统，能够根据目标识别图像需求，进行自动变焦，系统智能化程度高。

Description

一种应用于图像识别的变焦无人机和变焦无人机控制方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种应用于无人机图像识别的相机系统。

背景技术

凭借着无人机航拍获取信息的及时性、便捷性的优势，无人机航拍在工业领域的应用日趋广泛。但是传统的无人机航拍采用定焦光学相机云台，受焦段的限制所拍摄图像存在着视野较小或者细节模糊的缺点，图像数据有限。另外，光学相机云台体积质量较大，限制了多挂载多种数据同时获取，同时增加了系统自重，缩短了续航里程。这限制了无人机航拍在专业领域、人工智能领域的应用。

发明内容

针对以上问题，提出了一种应用于无人机图像识别的相机系统。该相机结构简单、携带轻便、能够实现光学变焦。与该相机相配套的控制系统，能根据目标识别图像需求，控制变焦调节机构进行自动变焦，必要时辅以无人机高度调节。该套相机系统与无人机相结合能实现大场景、偏角度、高空拍摄运动目标进而用人工智能方法目标识别。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种应用于图像识别的变焦无人机，包括无人机本体，还包括设置在无人机本体上的运动广角高清光学变焦相机、变焦机构和变焦控制器，

运动广角高清光学变焦相机，用于获得拍摄区域中的车辆图像；运动广角高清光学变焦相机的变焦镜头的变焦圈的外圈呈齿轮状，变焦圈的外圈与变焦机构中的传动齿轮相啮合；

变焦机构，包括变焦电机、中间传动组和传动齿轮。变焦电机通过中间传动组与传动齿轮连接；

变焦控制器，用于车辆图像进行图像预处理以及目标车牌的识别，获得当前识别目标车牌成像尺寸；根据当前识别目标车牌成像尺寸，与预设最小车牌成像尺寸进行比较，如果当前识别目标车牌成像尺寸小于预设最小成像尺寸，则计算预设最小成像尺寸比当前成像尺寸的比值作为变焦倍数。如果当前车牌成像尺寸大于等于最小成像尺寸，则不用设置变焦倍数，无需变焦；

还用于将变焦倍数与相机当前最大变焦倍数进行比较：

如果变焦倍数小于等于相机当前最大变焦倍数，则通过变焦机构并根据变焦倍数控制变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转；

如果变焦倍数大于相机当前最大变焦倍数，取变焦倍数为当前最大变焦倍数，则通过变焦机构并根据变焦倍数控制变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转；同时调整无人机的高度以及与拍摄区域之间的距离。

一种应用于图像识别的变焦无人机控制方法，包括以下步骤：

步骤1、设置运动广角高清光学变焦相机的变焦镜头的初始焦距，以及无人机的初始飞行高度；

步骤2、通过运动广角高清光学变焦相机拍摄位于拍摄区域中的车辆图像；

步骤3、对车辆图像进行图像预处理，图像预处理包括进行图像灰度化、图像增强、边缘检测；

步骤4、对进行预处理之后的车辆图像的目标车牌进行目标识别，获得当前识别目标车牌成像尺寸。

步骤5、根据当前识别目标车牌成像尺寸，与预设最小车牌成像尺寸进行比较，如果当前识别目标车牌成像尺寸小于预设最小成像尺寸，则计算预设最小成像尺寸比当前成像尺寸的比值作为变焦倍数。如果当前车牌成像尺寸大于等于最小成像尺寸，则不设置变焦倍数，无需变焦。

步骤6、如果变焦倍数小于等于相机当前最大变焦倍数，则通过变焦机构并根据变焦倍数控制变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转；

如果变焦倍数大于相机当前最大变焦倍数，取变焦倍数为当前最大变焦倍数，则通过变焦机构并根据变焦倍数控制变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转；同时调整无人机的高度以及与拍摄区域之间的距离。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、相比于传统无人机云台相机，质量轻，体积小，方便携带；

2、相比于传统无人机云台相机，能够实现光学变焦，图像质量更高；

3、配套有自动变焦控制系统，能够根据目标识别图像需求，进行自动变焦，系统智能化程度高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，需要强调的是，虽然本发明将结合实例进行阐述，这并非指本发明限定于这些实例，这些实例仅仅用于表明本发明的技术方案的可实施性。

一种应用于图像识别的变焦无人机，包括无人机本体、运动广角高清光学变焦相机、变焦机构、变焦控制器。

运动广角高清光学变焦相机，包括显示屏、电池、主板、可变焦镜头、CCD 图像传感器。其中，运动广角高清光学变焦相机的变焦镜头的变焦圈的外圈呈齿轮状，与变焦机构中的传动齿轮相啮合。用于大范围广角拍摄，获得拍摄区域中的车辆图像；

变焦控制器，用于车辆图像进行图像预处理。图像预处理包括进行图像灰度化、图像增强、边缘检测；

用于对进行预处理之后的车辆图像的目标车牌进行识别，获得当前识别目标车牌成像尺寸；

用于根据当前识别目标车牌成像尺寸，与预设最小车牌成像尺寸进行比较，如果当前识别目标车牌成像尺寸小于预设最小成像尺寸，则计算预设最小成像尺寸比当前成像尺寸的比值作为变焦倍数。如果当前车牌成像尺寸大于等于最小成像尺寸，则判定车牌清晰可辨别无需变焦；

用于将变焦倍数与相机当前最大变焦倍数进行比较：

如果变焦倍数小于等于相机当前最大变焦倍数，则根据变焦倍数、变焦机构的中间传动组和传动齿轮传动比、以及变焦电机的恒定转速，确定变焦电机转速运行时间。通过变焦电机转速运行时间控制变焦机构的变焦电机，进而带动变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转，实现目标变焦。缩小视场角，使目标清晰化。

如果变焦倍数大于相机当前最大变焦倍数，取变焦倍数为当前最大变焦倍数，则根据变焦倍数、变焦机构的传动比以及变焦电机的恒定转速，确定变焦电机转速运行时间。通过变焦电机转速运行时间控制变焦机构的变焦电机，进而带动变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转，实现目标变焦。缩小视场角，使目标清晰化。同时调整无人机的高度以及与拍摄区域之间的距离，以进一步缩小视场角，使得目标清晰化。

变焦机构，包括变焦电机、中间传动组、传动齿轮。变焦电机通过中间传动组与传动齿轮连接，变焦电机通过中间传动组驱动传动齿轮旋转，传动齿轮与变焦相机中变焦镜头的变焦圈的外圈相啮合。

一种应用于图像识别的变焦无人机控制方法，包括以下步骤：

步骤1、设置运动广角高清光学变焦相机的变焦镜头的初始焦距，以及无人机的初始飞行高度。

根据道路类型，如车道数、车道宽度，确定拍摄范围。根据相机最大拍摄视场角即最小焦距和拍摄范围，确定无人机作业任务飞行高度，以实现广视角多车道同时监测。

步骤2、通过运动广角高清光学变焦相机拍摄位于拍摄区域中的车辆图像。

步骤3、对车辆图像进行图像预处理。图像预处理包括进行图像灰度化、图像增强、边缘检测；

以降低识别图像大小、突显目标特征，提高处理速度。

步骤4、对进行预处理之后的车辆图像的目标车牌进行目标识别，获得当前识别目标车牌成像尺寸。以高空航拍行驶中的车辆车牌为例，根据车牌的特定形状和固定长宽比特征，提取目标车牌图像，并根据目标车牌图像获得目标车牌成像尺寸。

步骤5、计算变焦倍数。根据当前识别目标车牌成像尺寸，与预设最小车牌成像尺寸进行比较，如果当前识别目标车牌成像尺寸小于预设最小成像尺寸，则计算预设最小成像尺寸比当前成像尺寸的比值作为变焦倍数。如果当前车牌成像尺寸大于等于最小成像尺寸，则判定不用设置变焦倍数，车牌清晰可辨别无需变焦。

步骤6、计算变焦电机转速。如果变焦倍数小于等于相机当前最大变焦倍数，则根据变焦倍数、变焦机构的中间传动组和传动齿轮传动比、以及变焦电机的恒定转速，确定变焦电机转速运行时间。通过变焦电机转速运行时间控制变焦机构的变焦电机，进而带动变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转，实现目标变焦。缩小视场角，使目标清晰化。

如果变焦倍数大于相机当前最大变焦倍数，取变焦倍数为当前最大变焦倍数，则根据变焦倍数、变焦机构的传动比以及变焦电机的恒定转速，确定变焦电机转速运行时间。通过变焦电机转速运行时间控制变焦机构的变焦电机，进而带动变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转，实现目标变焦。缩小视场角，使目标清晰化。同时调整无人机的高度以及与拍摄区域之间的距离，以进一步缩小视场角，使得目标清晰化。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和都应落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种应用于图像识别的变焦无人机，包括无人机本体，其特征在于，还包括设置在无人机本体上的运动广角高清光学变焦相机、变焦机构和变焦控制器，

运动广角高清光学变焦相机，用于获得拍摄区域中的车辆图像；运动广角高清光学变焦相机的变焦镜头的变焦圈的外圈呈齿轮状，变焦圈的外圈与变焦机构中的传动齿轮相啮合；

变焦机构，包括变焦电机、中间传动组和传动齿轮；变焦电机通过中间传动组与传动齿轮连接；

变焦控制器，用于车辆图像进行图像预处理以及目标车牌的识别，获得当前识别目标车牌成像尺寸；根据当前识别目标车牌成像尺寸，与预设最小车牌成像尺寸进行比较，如果当前识别目标车牌成像尺寸小于预设最小成像尺寸，则计算预设最小成像尺寸比当前成像尺寸的比值作为变焦倍数；如果当前车牌成像尺寸大于等于最小成像尺寸，则不用设置变焦倍数，无需变焦；

还用于将变焦倍数与相机当前最大变焦倍数进行比较：

如果变焦倍数小于等于相机当前最大变焦倍数，则通过变焦机构并根据变焦倍数控制变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转；

如果变焦倍数大于相机当前最大变焦倍数，取变焦倍数为当前最大变焦倍数，则通过变焦机构并根据变焦倍数控制变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转；同时调整无人机的高度以及与拍摄区域之间的距离。

2.一种应用于图像识别的变焦无人机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、设置运动广角高清光学变焦相机的变焦镜头的初始焦距，以及无人机的初始飞行高度；

步骤2、通过运动广角高清光学变焦相机拍摄位于拍摄区域中的车辆图像；

步骤3、对车辆图像进行图像预处理，图像预处理包括进行图像灰度化、图像增强、边缘检测；

步骤4、对进行预处理之后的车辆图像的目标车牌进行目标识别，获得当前识别目标车牌成像尺寸；

步骤5、根据当前识别目标车牌成像尺寸，与预设最小车牌成像尺寸进行比较，如果当前识别目标车牌成像尺寸小于预设最小成像尺寸，则计算预设最小成像尺寸比当前成像尺寸的比值作为变焦倍数；如果当前车牌成像尺寸大于等于最小成像尺寸，则不设置变焦倍数，无需变焦；

步骤6、如果变焦倍数小于等于相机当前最大变焦倍数，则通过变焦机构并根据变焦倍数控制变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转；

如果变焦倍数大于相机当前最大变焦倍数，取变焦倍数为当前最大变焦倍数，则通过变焦机构并根据变焦倍数控制变焦相机中变焦镜头的变焦圈旋转；同时调整无人机的高度以及与拍摄区域之间的距离。