[go: up one dir, main page]

RU2802978C1 - Unmanned aircraft video surveillance device, video camera assembly for such video surveillance device - Google Patents

Unmanned aircraft video surveillance device, video camera assembly for such video surveillance device Download PDF

Info

Publication number
RU2802978C1
RU2802978C1 RU2023102342A RU2023102342A RU2802978C1 RU 2802978 C1 RU2802978 C1 RU 2802978C1 RU 2023102342 A RU2023102342 A RU 2023102342A RU 2023102342 A RU2023102342 A RU 2023102342A RU 2802978 C1 RU2802978 C1 RU 2802978C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
module
video
video camera
sensors
surveillance device
Prior art date
Application number
RU2023102342A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Михайлович Кузнецов
Владислав Сергеевич Васильев
Глеб Викторович Скрипак
Павел Николаевич Кусков
Гордей Сергеевич Кравцов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ПЛАЗ"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ПЛАЗ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ПЛАЗ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2802978C1 publication Critical patent/RU2802978C1/en

Links

Abstract

FIELD: video surveillance.
SUBSTANCE: group of inventions relates to a video surveillance device for an unmanned aircraft and a video camera unit for this device. The device comprises an onboard control unit with a processor module for processing video images. The video camera assembly comprises a visible spectrum module with two sensors and two lenses, a thermal imaging module, a gimbal control module, and a stabilization mechanism.
EFFECT: expansion of the functional properties of the video surveillance device without increasing the payload.
4 cl, 3 dwg

Description

Группа изобретений относится к устройствам видеонаблюдения и может быть использовано для беспилотных воздушных судов (БВС), в том числе с максимальной взлетной массой менее 1,5 кг.The group of inventions relates to video surveillance devices and can be used for unmanned aircraft (UAV), including those with a maximum take-off weight of less than 1.5 kg.

Изобретение решает задачу по минимизации массы и габаритов БВС с установленным на него устройством видеонаблюдения при сохранении высоких характеристик последнего, среди которых важнейшими являются: видеопоток с разрешением не ниже 4К и наличие оптического увеличения изображения для камеры видимого спектра, наличие тепловизионной камеры с разрешением не ниже 640×512 пикселей, механическая стабилизация по трем осям. Масса БВС напрямую зависит от массы полезной нагрузки (при заданной продолжительности полета). При максимальной взлетной массе БВС менее 1,5 кг и продолжительности полета не менее 40 минут масса полезной нагрузки не должна превышать 120 г. The invention solves the problem of minimizing the weight and dimensions of a UAV with a video surveillance device installed on it while maintaining the high characteristics of the latter, among which the most important are: a video stream with a resolution of at least 4K and the presence of optical image magnification for a visible spectrum camera, the presence of a thermal imaging camera with a resolution of at least 640 ×512 pixels, mechanical stabilization on three axes. The mass of the UAV directly depends on the mass of the payload (for a given flight duration). With a maximum take-off weight of the UAV less than 1.5 kg and a flight duration of at least 40 minutes, the payload mass should not exceed 120 g.

В настоящее время известны БВС четырехроторного типа с массой менее 1,5 кг, которые оснащены камерами оптического спектра, например инфракрасного, тепловизионного и камерой видимого диапазона, тем не менее, решений способных удовлетворять все задачи, поставленные перед изобретением из уровня техники не известны. Как правило, расширение функциональных возможностей устройства видеонаблюдения приводит к увеличению его массогабаритных параметров модуля полезной нагрузки и соответственно к увеличению габаритов самого БВС при расширении функциональных возможностей узла видеокамеры.Currently, four-rotor UAVs with a mass of less than 1.5 kg are known, which are equipped with optical spectrum cameras, for example, infrared, thermal imaging and a visible range camera, however, solutions capable of satisfying all the tasks posed to the invention are not known from the prior art. As a rule, expanding the functionality of a video surveillance device leads to an increase in its weight and size parameters of the payload module and, accordingly, to an increase in the dimensions of the UAV itself when expanding the functionality of the video camera unit.

Известны бифокальная камера, подвесная система и мобильная платформа (международная публикация WO2020087697A1 от 07.05.2020, приоритетный документ CN201821798864U·заявка CN2018122114W·от 19.12.2018, патентообладатель: SZ DJI TECHNOLOGY CO LTD (CN)).A bifocal camera, a suspension system and a mobile platform are known (international publication WO2020087697A1 dated 05/07/2020, priority document CN201821798864U · application CN2018122114W · dated 12/19/2018, patent holder: SZ DJI TECHNOLOGY CO LTD (CN)).

Камера с двумя источниками света включает в себя: передний корпус, средний корпус, задний корпус, первый модуль камеры и второй модуль камеры; передний корпус, средний корпус и задний корпус последовательно соединены и заключают в себе приемную полость. Передняя оболочка включает переднюю стенку и заднюю стенку передней оболочки, расположенные напротив друг друга. Задняя стенка передней оболочки расположена в приемной полости, а задняя стенка передней оболочки утоплена в сторону передней стенки приемной полости передней оболочки и второй приемной полости; первый модуль камеры включает в себя первую печатную плату и корпус первого модуля, причем первая печатная плата установлена на задней стенке переднего корпуса и/или среднего корпуса, Корпус первого модуля проходит в первое приемное пространство; второй модуль камеры включает в себя вторую печатную плату и корпус второго модуля, причем вторая печатная плата установлена за передним корпусом на стене и/или среднем корпусе, корпус второго модуля проходит во второе приемное пространство; средний корпус снабжен соединительной частью, а соединительная часть используется для соединения двойной оптической камеры с подвесом.The dual light camera includes: a front body, a middle body, a rear body, a first camera module and a second camera module; the front housing, the middle housing and the rear housing are connected in series and enclose a receiving cavity. The anterior shell includes a front wall and a rear wall of the anterior shell located opposite each other. The rear wall of the front shell is located in the receiving cavity, and the rear wall of the front shell is recessed towards the front wall of the receiving cavity of the front shell and the second receiving cavity; the first camera module includes a first circuit board and a first module housing, the first circuit board being mounted on a rear wall of the front housing and/or the middle housing, the first module housing extending into the first receiving space; a second camera module includes a second circuit board and a second module housing, the second circuit board being mounted behind the front housing on a wall and/or middle housing, the second module housing extending into a second receiving space; the middle body is provided with a connecting part, and the connecting part is used to connect the dual optical camera to the gimbal.

Аналог также имеет карданную систему, включающую в себя подвес и вышеупомянутую камеру с двумя источниками света и мобильную платформу, включающую в себя корпус и систему поворота/наклона. При этом карданная система установлена на корпусе мобильной платформы.The analogue also has a gimbal system that includes a gimbal and the aforementioned camera with two light sources and a mobile platform that includes a housing and a pan/tilt system. In this case, the gimbal system is installed on the body of the mobile platform.

Патент подробно описывает механическую конструкцию блока камеры, установленного на 3-осевом подвесе. В нем также используется две камеры: видимого спектра и ИК-спектра. К каждой камере подключается отдельная плата управления, после чего они подключаются к общей плате. The patent details the mechanical design of the camera unit mounted on a 3-axis gimbal. It also uses two cameras: visible spectrum and infrared spectrum. A separate control board is connected to each camera, after which they are connected to a common board.

К недостаткам известного аналога по отношению к заявляемой группе изобретений можно отнести сложность его конструкции, влияющую на массогабаритные параметры модуля полезной нагрузки и ограничение функциональных возможностей, так как в данном изделии используется только одна оптическая система для видимого спектра. The disadvantages of the known analogue in relation to the claimed group of inventions include the complexity of its design, which affects the weight and size parameters of the payload module and limited functionality, since this product uses only one optical system for the visible spectrum.

Из патента CN110730287A – прототип заявляемого технического решения (Заявка CN201911018698A, приоритет от 24.10.2019, патентообладатель: Shenzhen Autel Intelligent Aviation Tech Co Ltd) известны система видеонаблюдения беспилотного летательного аппарата и съемная наклонно-поворотная камера такой системы. From the patent CN110730287A - a prototype of the proposed technical solution (Application CN201911018698A, priority dated 10/24/2019, patent holder: Shenzhen Autel Intelligent Aviation Tech Co Ltd) a video surveillance system for an unmanned aerial vehicle and a removable pan-tilt camera of such a system are known.

Система видеонаблюдения беспилотного летательного аппарата включает беспилотный летательный аппарат, наклонно-поворотную камеру, выполненную в виде подвеса, сервер и приемную часть изображения, и обеспечивает связь БВС с сервером и средством приема изображения. Съемная наклонно-поворотная камера такой системы выполнена в виде подвеса к корпусу БВС (полезной нагрузки) и содержит стабилизатор включающий: модуль получения изображения, который расположен на повороте/наклоне и используется для получения изображения, статический модуль хранения для хранения данных параметров, при этом модуль обработки изображений расположен в корпусе БВС и обеспечен возможностью связи со статическим модулем хранения для считывания данных параметров, хранящихся в статическом модуле хранения. The video surveillance system of an unmanned aerial vehicle includes an unmanned aerial vehicle, a pan-tilt camera made in the form of a gimbal, a server and an image receiving part, and ensures communication between the UAV and the server and the image receiving means. The removable pan-tilt camera of such a system is made in the form of a suspension to the body of the UAV (payload) and contains a stabilizer including: an image acquisition module, which is located on the rotation/tilt and is used to obtain an image, a static storage module for storing these parameters, and the module The image processing unit is located in the BVS housing and is provided with the ability to communicate with the static storage module to read parameter data stored in the static storage module.

Так как известное техническое решение имеет камеру видимого спектра только с одним сенсором и одной системой линз оно не имеет функции оптического приближения изображения, то есть обладает ограниченным спектром функциональных возможностей. Since the known technical solution has a visible spectrum camera with only one sensor and one lens system, it does not have an optical zoom function, that is, it has a limited range of functionality.

Задачей заявляемой группы изобретений является создание нового устройства видеонаблюдения на базе компактного складного БВС с массой менее 1,5 кг, узел видеокамеры которого обеспечивает механическую стабилизацию в трех осях, гибридное увеличение не менее ×10 и разрешение видео не хуже 4К.The objective of the claimed group of inventions is to create a new video surveillance device based on a compact folding UAV weighing less than 1.5 kg, the video camera unit of which provides mechanical stabilization in three axes, hybrid magnification of at least ×10 and video resolution no worse than 4K.

Техническим результатом заявляемой группы изобретений по отношению к известным из уровня техники техническим решениям является расширение функциональных свойств устройства видеонаблюдения без увеличения массы полезной нагрузки.The technical result of the claimed group of inventions in relation to technical solutions known from the prior art is the expansion of the functional properties of a video surveillance device without increasing the payload mass.

Устройство видеонаблюдения беспилотного воздушного судна, включающее бортовое средство управления и модуль полезной нагрузки, отличается от прототипа тем, что бортовое средство управления содержит процессорный модуль обработки видеоизображений, модуль полезной нагрузки выполнен в виде узла видеокамеры, содержащего модуль видимого спектра с двумя сенсорами и двумя линзами, тепловизионный модуль, модуль управления подвесом и снабжен механизмом стабилизации, взаимодействие процессорного модуля обработки видеоизображений и узла видеокамеры осуществляется посредством набора микрокоаксиальных кабелей и гибкого соединительного шлейфа, которые могут включать интерфейс USB для передачи сигнала от тепловизионного модуля, интерфейс MIPI CSI для передачи сигнала от сенсоров модуля видимого спектра, интерфейс I2C для управления сенсорами и CAN интерфейс для управления узлом видеокамеры.A video surveillance device for an unmanned aircraft, including an on-board control device and a payload module, differs from the prototype in that the on-board control device contains a processor module for processing video images, the payload module is made in the form of a video camera unit containing a visible spectrum module with two sensors and two lenses, thermal imaging module, gimbal control module and is equipped with a stabilization mechanism; interaction between the video processing processor module and the video camera unit is carried out through a set of micro-coaxial cables and a flexible connecting cable, which may include a USB interface for transmitting a signal from the thermal imaging module, a MIPI CSI interface for transmitting a signal from the module’s sensors visible spectrum, I2C interface for controlling sensors and a CAN interface for controlling the video camera node.

Узел видеокамеры, имеющий модуль видимого спектра с двумя сенсорами и двумя линзами, содержащий плату сенсоров видимого спектра, на которой установлены линзы с разным фокусным расстоянием, тепловизионный модуль, выполненный в виде тепловизионной радиометрической камеры, подключенной к модулю управления подвесом, и механизм стабилизации, включающий электронную схему стабилизации, которой снабжен модуль управления подвесом, и бесколлекторные моторы по количеству осей стабилизации.A video camera unit having a visible spectrum module with two sensors and two lenses, containing a visible spectrum sensor board on which lenses with different focal lengths are installed, a thermal imaging module made in the form of a thermal imaging radiometric camera connected to a gimbal control module, and a stabilization mechanism including an electronic stabilization circuit, which is equipped with a gimbal control module, and brushless motors according to the number of stabilization axes.

Механизм стабилизации узла видеокамеры для устройства видеонаблюдения беспилотного воздушного судна, реализован следующим образом, электронная схема стабилизации модуля управления подвесом включает контроллер управления, инерциальную систему и драйвера моторов, имеющих обратную связь с бесколлекторными моторами посредством датчиков определения положения, основанных на эффекте Холла. The stabilization mechanism of the video camera assembly for the video surveillance device of an unmanned aircraft is implemented as follows: the electronic stabilization circuit of the gimbal control module includes a control controller, an inertial system and motor drivers that have feedback to brushless motors through position sensors based on the Hall effect.

На фиг. 1 представлена структурная блок схема устройства видеонаблюдения беспилотного воздушного судна в соответствии с заявляемым техническим решением, где:In fig. Figure 1 shows a structural block diagram of a video surveillance device for an unmanned aircraft in accordance with the claimed technical solution, where:

1 – устройство видеонаблюдения беспилотного воздушного судна; 2 – бортовое средство управления; 3 – процессорный модуль обработки видеоизображений; 4 – узел видеокамеры; 5 – тепловизионный модуль; 6 –модуль видимого спектра; 7 – модуль управления подвесом; 8 – гибкий соединительный шлейф; USB, MIPI CSI, I2C – интерфейсы взаимодействия.1 – video surveillance device for an unmanned aircraft; 2 – on-board control; 3 – processor module for processing video images; 4 – video camera unit; 5 – thermal imaging module; 6 – visible spectrum module; 7 – gimbal control module; 8 – flexible connecting cable; USB, MIPI CSI, I2C – interaction interfaces.

На фиг. 2 представлена структурная блок схема узла видеокамеры для такого устройства видеонаблюдения в соответствии с заявляемым техническим решением, где:In fig. Figure 2 shows a structural block diagram of a video camera assembly for such a video surveillance device in accordance with the claimed technical solution, where:

4 – узел видеокамеры; 5 – тепловизионный модуль; 6 – модуль видимого спектра; 7 – модуль управления подвесом; 9 – плата сенсоров; 10-11 – сенсоры видимого спектра, 12-13 – линзы; 14 – электронная схема стабилизации; 15-17 - бесколлекторные моторы; 18 – контроллер управления; 19 - инерциальная система; 20-22 – драйвера моторов; 23-25 – датчики определения положения.4 – video camera unit; 5 – thermal imaging module; 6 – visible spectrum module; 7 – gimbal control module; 9 – sensor board; 10-11 – visible spectrum sensors, 12-13 – lenses; 14 – electronic stabilization circuit; 15-17 - brushless motors; 18 – control controller; 19 - inertial system; 20-22 – motor drivers; 23-25 – position sensors.

На фиг. 3 – представлен общий вид модуля полезной нагрузки с подвесом.In fig. 3 – shows a general view of the payload module with suspension.

Заявляемая группа изобретений решает проблему расширения функциональных свойств устройства видеонаблюдения для БВС с максимальной взлетной массой менее 1,5 кг без увеличения массы полезной нагрузки.The claimed group of inventions solves the problem of expanding the functional properties of a video surveillance device for UAVs with a maximum take-off weight of less than 1.5 kg without increasing the payload weight.

Для этого в заявляемом новом устройстве видеонаблюдения на базе компактного складного БВС с массой менее 1,5 кг, модуль полезной нагрузки обеспечивает гибридное увеличение не менее х10 и разрешение видео не хуже 4К, а также механическую стабилизацию в трех осях за счет реализации в нем механизма стабилизации.For this purpose, in the proposed new video surveillance device based on a compact folding UAV weighing less than 1.5 kg, the payload module provides a hybrid magnification of at least x10 and a video resolution of at least 4K, as well as mechanical stabilization in three axes due to the implementation of a stabilization mechanism in it .

Из уровня техники известны модули полезной нагрузки выполняющие функции по ИК съемке и видео записи, однако данные решения не применимы для БВС с массой менее 1,5 кг, помимо того, из уровня техники известны модули полезной нагрузки для БВС с массой до 1,5 кг, но не обладающие полным спектром функциональных возможностей для выполнения поставленных перед новым устройством видеосъемки 1 (фиг. 1) задач. Payload modules that perform the functions of IR photography and video recording are known from the state of the art, however, these solutions are not applicable for UAVs with a mass of less than 1.5 kg; in addition, payload modules for UAVs with a mass of up to 1.5 kg are known from the prior art , but not having the full range of functionality to perform the tasks assigned to the new video recording device 1 (Fig. 1).

Для устранения указанных недостатков предлагается техническое решение, которое осуществляется следующим образом.To eliminate these shortcomings, a technical solution is proposed, which is carried out as follows.

Во-первых, обработка видеоизображений вынесена на борт БВС, для чего бортовое средство 2 управления снабжено процессорным модулем 3 обработки видеоизображений, что позволило отказаться от дополнительных плат и снизить массогабаритные параметры модуля полезной нагрузки и соответственно узла видеокамеры 4.Firstly, the processing of video images is carried out on board the UAV, for which the on-board control means 2 is equipped with a processor module 3 for processing video images, which made it possible to eliminate additional boards and reduce the weight and size parameters of the payload module and, accordingly, the video camera unit 4.

Взаимодействие процессорного модуля 3 обработки видеоизображений и узла видеокамеры 4 осуществляется посредством набора микрокоаксиальных кабелей и гибкого соединительного шлейфа 8.The interaction of the processor module 3 for processing video images and the video camera unit 4 is carried out through a set of microcoaxial cables and a flexible connecting cable 8.

Причем набор микрокоаксиальных кабелей и гибкого соединительного шлейфа 8 включают интерфейс USB для передачи сигнала от тепловизионного модуля 5, интерфейс MIPI CSI для передачи сигнала от сенсоров модуля 6 видимого спектра, интерфейс I2C для управления сенсорами 10 и 11 и CAN интерфейс для управления положением механизма стабилизации узла видеокамеры 4.Moreover, a set of micro-coaxial cables and a flexible connecting cable 8 include a USB interface for transmitting a signal from the thermal imaging module 5, a MIPI CSI interface for transmitting a signal from the sensors of the visible spectrum module 6, an I2C interface for controlling sensors 10 and 11 and a CAN interface for controlling the position of the node stabilization mechanism video cameras 4.

Таким образом данные изображения передаются последовательно по отдельным линиям передачи сигналов непосредственно от сенсора на процессор, без использования дополнительных преобразователей. Максимальная пропускная способность зависит от количества этих линий, например, при реализации могут быть использованы четыре дифференциальные пары данных и одна дифференциальная пара для тактирования сигналов, что позволило снизить количество соединительных проводов.Thus, image data is transmitted sequentially via separate signal lines directly from the sensor to the processor, without the use of additional converters. The maximum throughput depends on the number of these lines; for example, the implementation can use four differential data pairs and one differential pair for signal clocking, which reduces the number of connecting wires.

Во-вторых, расширение функциональных возможностей за счет наличия оптического увеличения изображения. Заявляемый узел видеокамеры 4 позволяет достигать гибридного увлечения х10 без потери качества в разрешении 720p.Secondly, expansion of functionality due to the presence of optical image magnification. The claimed video camera unit 4 allows you to achieve hybrid x10 entertainment without loss of quality in 720p resolution.

Для этого, узел видеокамеры 4 имеет модуль 2 видимого спектра с двумя сенсорами 10 и 11 и двумя, установленными на сенсоры линзами 12 и 13, для чего сенсоры 10 и 11, в свою очередь, размещены на плате 9 сенсоров видимого спектра. Причем линзы 12 и 13 имеют разное фокусное расстояние, например, 16 мм и 4,35 мм.For this, the video camera unit 4 has a visible spectrum module 2 with two sensors 10 and 11 and two lenses 12 and 13 mounted on the sensors, for which sensors 10 and 11, in turn, are placed on a visible spectrum sensor board 9. Moreover, lenses 12 and 13 have different focal lengths, for example, 16 mm and 4.35 mm.

Гибридное увеличение означает следующее. За счет разного фокусного расстояния и избыточного разрешения (больше, чем целевое). Переключение сенсоров дает увеличение в 3.7 раз. Это и есть «честное» оптическое увеличение, так как оно достигается за счет смены оптики. 10х кратное соответственно достигается цифровым увеличением по принципу: цифровое увеличение -> смена сенсора -> цифровое увеличение.Hybrid augmentation means the following. Due to different focal lengths and excess resolution (more than the target). Switching sensors gives an increase of 3.7 times. This is “honest” optical magnification, since it is achieved by changing the optics. 10x, respectively, is achieved by digital zoom according to the principle: digital zoom -> change the sensor -> digital zoom.

Следует отметить, что размещение двух сенсоров на один печатный узел – плате сенсоров 9 позволило отказаться от оптического трансфокатора для оптического увеличения, так как он обладает большой массой и габаритами, что также положительно повлияло на массогабаритные параметры модуля полезной нагрузки.It should be noted that the placement of two sensors on one printed circuit assembly - sensor board 9 - made it possible to abandon the optical zoom for optical zoom, since it has a large mass and dimensions, which also had a positive effect on the weight and size parameters of the payload module.

Тепловизионный модуль 5 выполнен в виде тепловизионной радиометрической камеры и подключен к модулю управления подвесом 7, так как он управляет механизмом стабилизации, которым снабжен узел видеокамеры 4 для обеспечения качества передаваемых изображений, что помимо прочего дает конструктивное удобство.The thermal imaging module 5 is made in the form of a thermal imaging radiometric camera and is connected to the gimbal control module 7, since it controls the stabilization mechanism equipped with the video camera unit 4 to ensure the quality of transmitted images, which, among other things, provides design convenience.

Механизм стабилизации узла видеокамеры 4 в трех осях реализован следующим образом, модуль управления подвесом 7 имеет электронную схему стабилизации 14, которая включает контроллер управления 18 (вычислительное средство), инерциальную систему 19 для определения угловых скоростей и ускорений и драйвера моторов 20 – 22, преобразовывающие управляющие сигналы малой мощности в токи, достаточные для управления моторами. Причем драйвера моторов 20 – 22 соединены с бесколлекторными моторами 15 – 17 посредством датчиков 23 – 25 определения положения, основанных на эффекте Холла для определения положения и синхронизации работы бесколлекторных моторов 15 – 17 механизма стабилизации.The stabilization mechanism of the video camera assembly 4 in three axes is implemented as follows: the gimbal control module 7 has an electronic stabilization circuit 14, which includes a control controller 18 (computing tool), an inertial system 19 for determining angular velocities and accelerations, and a motor driver 20 - 22 that converts control low power signals into currents sufficient to control motors. Moreover, the motor drivers 20 – 22 are connected to the brushless motors 15 – 17 via position sensors 23 – 25, based on the Hall effect to determine the position and synchronize the operation of the brushless motors 15 – 17 of the stabilization mechanism.

Такое решение позволило расположить центр масс узла видеокамеры 4 в центре осей стабилизации, что дало возможность не создавать постоянный крутящий момент для поддержания узла видеокамеры 4 в определенном положении, а лишь компенсировать отклонения.This solution made it possible to locate the center of mass of the video camera assembly 4 in the center of the stabilization axes, which made it possible not to create a constant torque to maintain the video camera assembly 4 in a certain position, but only to compensate for deviations.

Резюмируя изложенное выше.To summarize the above.

Для реализации предлагаемого технического решения предложены новое устройство видеонаблюдения беспилотного воздушного судна, узел видеокамеры для такого устройства видеонаблюдения и механизм стабилизации для такого узла видеокамеры, которые в совокупности обладают следующими характеристиками:To implement the proposed technical solution, a new video surveillance device for an unmanned aircraft, a video camera unit for such a video surveillance device and a stabilization mechanism for such a video camera unit are proposed, which together have the following characteristics:

- Разрешение видео – 4К;- Video resolution – 4K;

- Наличие оптического зума для камеры видимого спектра;- Availability of optical zoom for a visible spectrum camera;

- Наличие тепловизионной камеры;- Availability of a thermal imaging camera;

- Механическая стабилизация по 3 осям.- Mechanical stabilization on 3 axes.

При соблюдении условия общей массы БВС в 1500 г и массой полезной нагрузки не более 120 г, то есть расширяются функциональные свойства устройства видеонаблюдения без увеличения массы модуля полезной нагрузки.If the condition of the total mass of the UAV is 1500 g and the payload mass is no more than 120 g, that is, the functional properties of the video surveillance device are expanded without increasing the mass of the payload module.

Таким образом заявляемая группа изобретений с указанной совокупностью существенных признаков позволяет решать поставленные задачи и, как следствие, достигать заявленного технического результата.Thus, the claimed group of inventions with the specified set of essential features allows us to solve the assigned problems and, as a result, achieve the declared technical result.

Работа устройства видеонаблюдения беспилотного воздушного судна, узла видеокамеры для такого устройства видеонаблюдения и механизма стабилизации для такого узла видеокамеры осуществляется следующим образом.The operation of a video surveillance device for an unmanned aircraft, a video camera assembly for such a video surveillance device, and a stabilization mechanism for such a video camera assembly is carried out as follows.

Основное назначение устройств видеонаблюдения БВС – это фото- и видеосъемка различных объектов, поэтому они, как правило, оснащаются управляемыми подвесами для камер. Управление полетом БВС происходит посредством пульта дистанционного управления - пульта или мобильного устройства (смартфона или планшета). Камера и подвес (полезная нагрузка фиг. 3) также контролируются пилотом (или вторым оператором через ведомый пульт), так как их система управления интегрирована в общую систему управления БВС и представляет собой устройство видеонаблюдения 1. Работой всего устройства видеонаблюдения 1 управляет процессор бортового средства управления 2, расположенный на процессорном модуле, базовой платы БВС.The main purpose of UAV video surveillance devices is photo and video recording of various objects, so they are usually equipped with controlled camera gimbals. The UAV flight is controlled via a remote control - a remote control or a mobile device (smartphone or tablet). The camera and gimbal (payload of Fig. 3) are also controlled by the pilot (or a second operator through a slave console), since their control system is integrated into the overall control system of the UAV and represents a video surveillance device 1. The operation of the entire video surveillance device 1 is controlled by the onboard control processor 2, located on the processor module of the BVS base board.

На фюзеляже БВС размещают подвес с модулем полезной нагрузки фиг. 3, который выполнен в виде узла видеокамеры 4 фиг. 2. Посредством гибкого соединительного шлейфа 8 подключают узел видеокамеры 4 к бортовому средству управления 2. Таким образом контроллер управления подвесом 18, расположенный в модуле управления подвесом 7 узла видеокамеры 4, подключается к общей бортовой CAN-шине, и взаимодействует не только с процессорным модулем обработки изображения 3, но и с полетным контроллером бортового средства управления 2 для корректировки движением БВС. A suspension with a payload module (Fig. 1) is placed on the fuselage of the UAV. 3, which is made in the form of a video camera unit 4 of FIG. 2. Using a flexible connecting cable 8, the video camera unit 4 is connected to the on-board control unit 2. Thus, the gimbal control controller 18, located in the gimbal control module 7 of the video camera unit 4, is connected to the common on-board CAN bus, and interacts not only with the processor processing module image 3, but also with the flight controller of the on-board control unit 2 to adjust the movement of the UAV.

Благодаря наличию двух видеомодулей – модуля видимого спектра 6 и тепловизионного модуля 5 – узел видеокамеры 4 позволяет не только обнаруживать движение (людей и/или транспорта) в среднем ИК-диапазоне, но и получать традиционное цветное изображение.Thanks to the presence of two video modules - a visible spectrum module 6 and a thermal imaging module 5 - the video camera unit 4 allows not only to detect movement (people and/or vehicles) in the mid-IR range, but also to obtain a traditional color image.

Посредством интерфейса USB процессорный модуль обработки видеоизображений 3 бортового средства управления 2 настраивает параметры тепловизионного модуля 5 и получает видеоизображение для дальнейшей обработки. Видеоизображения от модуля видимого спектра 6 получают по интерфейсу MIPI CSI.Via the USB interface, the video image processing processor module 3 of the on-board control unit 2 configures the parameters of the thermal imaging module 5 and receives the video image for further processing. Video images from the visible spectrum module 6 are received via the MIPI CSI interface.

Благодаря тому, что в узле видеокамеры 4 модуль видимого спектра 6 оснащен двумя сенсорами 10 и 11 видимого спектра и двумя линзами 12 и 13 с различным фокусным расстоянием устройство видеонаблюдения 1 обладает более высоким разрешением и увеличенным фокусным расстоянием, а получаемые пилотом изображения отличаются большей детализацией. Сенсоры 10 и 11 видимого спектра конфигурируются через интерфейс I2C (оба сенсора через один интерфейс) и подключены как «Ведущий» и «Ведомый». При этом сенсоры 10 и 11 работают попеременно: в нормальном режиме работает один сенсор, при увеличении более 3.7 крат включается второй сенсор при этом переключение сенсоров возможно с использованием одних и тех же линий для передачи, в том числе за счет их расположения на одной плате сенсоров 9, которая их синхронизирует. Due to the fact that in the video camera assembly 4, the visible spectrum module 6 is equipped with two visible spectrum sensors 10 and 11 and two lenses 12 and 13 with different focal lengths, the video surveillance device 1 has a higher resolution and an increased focal length, and the images received by the pilot are more detailed. Visible spectrum sensors 10 and 11 are configured via the I2C interface (both sensors via one interface) and connected as “Master” and “Slave”. In this case, sensors 10 and 11 operate alternately: in normal mode, one sensor works, with an increase of more than 3.7 times, the second sensor is turned on, while switching sensors is possible using the same transmission lines, including due to their location on the same sensor board 9, which synchronizes them.

Высокое разрешение, реализованное узлом видеокамеры 4 без механизма стабилизации имеет большие потери качества изображения.The high resolution realized by the video camera unit 4 without a stabilization mechanism has large losses in image quality.

Механизм стабилизации узла видеокамеры 4 дает пилоту возможность фотографировать или снимать видео без влияния на качество кадров от вибрации или дрожания модуля полезной нагрузки. Внешние воздействия на узел видеокамеры 4 возникают в ходе маневров БВС в воздухе, из-за работы двигателей и пропеллеров, а также от воздействия ветра или других внешних факторов. Поэтому модуль полезной нагрузки устройства видеонаблюдения 1 снабжен механизмом стабилизации, который управляется посредством модуля управления подвесом 7 стабилизируя узел видеокамеры 4 в 3-х осях, и работает следующим образом.The stabilization mechanism of the video camera assembly 4 allows the pilot to take photographs or video without the quality of the frames being affected by vibration or jitter of the payload module. External influences on the video camera assembly 4 arise during UAV maneuvers in the air, due to the operation of engines and propellers, as well as from the influence of wind or other external factors. Therefore, the payload module of the video surveillance device 1 is equipped with a stabilization mechanism, which is controlled by the gimbal control module 7 to stabilize the video camera assembly 4 in 3 axes, and operates as follows.

Модуль управления подвесом 7 снабжен электронной схемой стабилизации 14, инерциальная система 19 которой передает данные об осевом положении узла видеокамеры 4 в контроллер управления 18, который в свою очередь, решая задачу стабилизации узла видеокамеры 4, выдает управляющие сигналы на моторы 15-17 с помощью драйверов моторов 20-22. The gimbal control module 7 is equipped with an electronic stabilization circuit 14, the inertial system 19 of which transmits data about the axial position of the video camera assembly 4 to the control controller 18, which in turn, solving the problem of stabilizing the video camera assembly 4, issues control signals to motors 15-17 using drivers engines 20-22.

Для определения положения ротора относительно статора в бесколлекторных моторах 15-17 используют датчики 23-25, основанные на эффекте Холла, имеющие обратную связь к контроллеру управления 18. При этом количество бесколлекторных моторов 15-17, драйверов моторов 20-22 и датчиков 23-25 соответствует количеству осей стабилизации.To determine the position of the rotor relative to the stator in brushless motors 15-17, sensors 23-25 are used, based on the Hall effect, having feedback to the control controller 18. In this case, the number of brushless motors is 15-17, motor drivers 20-22 and sensors 23-25 corresponds to the number of stabilization axes.

Заявляемая группа изобретений полностью удовлетворяет указанным требованиям, что подтверждается результатами разработки Заявителем такого устройства и следующими факторами:The claimed group of inventions fully satisfies the specified requirements, which is confirmed by the results of the Applicant’s development of such a device and the following factors:

1. Наличие на рынке доступных сенсоров которые обладают высоким разрешением (12 МПикс), большим размером пикселя, малыми габаритами. Кроме того, они требует минимального набора дополнительных электрорадиоизделий, что позволяет разместить их на печатной плате минимальных размеров;1. Availability of available sensors on the market that have high resolution (12 megapixels), large pixel size, and small dimensions. In addition, they require a minimum set of additional electrical and radio products, which allows them to be placed on a printed circuit board of minimal size;

2. Отказ от оптического трансфокатора для оптического увеличения, взамен которого на один печатный узел установлены два сенсора с объективами с разным фокусным расстоянием. Увеличение реализовано гибридным способом (цифровое увеличение -> смена сенсора -> цифровое увеличение);2. Refusal of the optical zoom for optical zoom, in exchange for which two sensors with lenses with different focal lengths are installed on one printed circuit assembly. Magnification is implemented in a hybrid way (digital zoom -> change sensor -> digital zoom);

3. Наличие на рынке тепловизионной радиометрической камеры с минимальными массой и габаритами;3. Availability on the market of a thermal imaging radiometric camera with minimal weight and dimensions;

4. Для передачи сигнала от сенсора до процессора обработки используются микрокоаксиальные кабели, позволяющие передавать высокоскоростные сигналы по интерфейсу MIPI CSI;4. Microcoaxial cables are used to transmit the signal from the sensor to the processing processor, allowing high-speed signals to be transmitted via the MIPI CSI interface;

5. Для механической стабилизации применяются очень компактные и эффективные бесколлекторные моторы, управляемые специальным модулем управления гироподвесом;5. For mechanical stabilization, very compact and efficient brushless motors are used, controlled by a special gyro-suspension control module;

6. Обработка видеоизображений была вынесена из видеокамеры на борт БВС, на котором установлен вычислитель с производительным процессором (процессорный модуль обработки видеоизображений), который позволил подключить сенсоры по интерфейсу MIPI CSI, а тепловизионную камеру – по USB.6. Video image processing was transferred from the video camera to the UAV, on which a computer with a powerful processor (video image processing processor module) was installed, which made it possible to connect sensors via the MIPI CSI interface, and a thermal imaging camera via USB.

Полевые испытания опытного образца устройства видеонаблюдения доказали его работоспособность и пригодность для получения данных высокого разрешения без потери качества изображения.Field tests of a prototype video surveillance device have proven its performance and suitability for obtaining high-resolution data without loss of image quality.

Claims (4)

1. Устройство видеонаблюдения беспилотного воздушного судна, включающее бортовое средство управления и модуль полезной нагрузки, отличающееся тем, что бортовое средство управления содержит процессорный модуль обработки видеоизображений, модуль полезной нагрузки выполнен в виде узла видеокамеры, содержащего модуль видимого спектра с двумя сенсорами и двумя линзами, тепловизионный модуль, модуль управления подвесом и снабженного механизмом стабилизации, взаимодействие процессорного модуля обработки видеоизображений и узла видеокамеры осуществляется посредством набора микрокоаксиальных кабелей и гибкого соединительного шлейфа.1. A video surveillance device for an unmanned aircraft, including an on-board control device and a payload module, characterized in that the on-board control device contains a processor module for processing video images, the payload module is made in the form of a video camera unit containing a visible spectrum module with two sensors and two lenses, thermal imaging module, gimbal control module equipped with a stabilization mechanism, interaction between the video processing processor module and the video camera unit is carried out through a set of microcoaxial cables and a flexible connecting cable. 2. Узел видеокамеры, имеющий модуль видимого спектра с двумя сенсорами и двумя линзами, содержащий плату сенсоров видимого спектра, на которой установлены линзы с разным фокусным расстоянием, тепловизионный модуль, выполненный в виде тепловизионной радиометрической камеры, подключенной к модулю управления подвесом, и механизм стабилизации, включающий электронную схему стабилизации, которой снабжен модуль управления подвесом, и бесколлекторные моторы по количеству осей стабилизации.2. A video camera unit having a visible spectrum module with two sensors and two lenses, containing a visible spectrum sensor board on which lenses with different focal lengths are installed, a thermal imaging module made in the form of a thermal imaging radiometric camera connected to a gimbal control module, and a stabilization mechanism , including an electronic stabilization circuit, which is equipped with a gimbal control module, and brushless motors according to the number of stabilization axes. 3. Устройство видеонаблюдения беспилотного воздушного судна по п.1, отличающееся тем, что механизм стабилизации узла видеокамеры реализован следующим образом: электронная схема стабилизации модуля управления подвесом включает контроллер управления, инерциальную систему и драйвера моторов, имеющих обратную связь с бесколлекторными моторами посредством датчиков определения положения, основанных на эффекте Холла. 3. The video surveillance device for an unmanned aircraft according to claim 1, characterized in that the stabilization mechanism of the video camera assembly is implemented as follows: the electronic stabilization circuit of the gimbal control module includes a control controller, an inertial system and motor drivers that have feedback from brushless motors through position sensors , based on the Hall effect. 4. Устройство видеонаблюдения беспилотного воздушного судна по п.1, отличающееся тем, что набор микрокоаксиальных кабелей и гибкого соединительного шлейфа для взаимодействия процессорного модуля обработки видеоизображений и узла видеокамеры включают интерфейс USB для передачи сигнала от тепловизионного модуля, интерфейс MIPI CSI для передачи сигнала от сенсоров модуля видимого спектра, интерфейс I2C для управления сенсорами и CAN интерфейс для управления узлом видеокамеры.4. The video surveillance device for an unmanned aircraft according to claim 1, characterized in that the set of microcoaxial cables and a flexible connecting cable for interaction between the video processing processor module and the video camera unit includes a USB interface for transmitting a signal from the thermal imaging module, a MIPI CSI interface for transmitting a signal from sensors visible spectrum module, I2C interface for controlling sensors and a CAN interface for controlling the video camera node.
RU2023102342A 2023-02-02 Unmanned aircraft video surveillance device, video camera assembly for such video surveillance device RU2802978C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802978C1 true RU2802978C1 (en) 2023-09-05

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2831920C1 (en) * 2024-06-10 2024-12-16 Ислам Русланович Джабраилов Portable rotary mechanism for video camera

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150207964A1 (en) * 2012-08-01 2015-07-23 George Bye Small UAS With High Definition Video
CN206155807U (en) * 2016-11-17 2017-05-10 袁红泉 Current surveying unmanned aerial vehicle that makes a video recording
CN108058838A (en) * 2017-12-03 2018-05-22 中国直升机设计研究所 A kind of helicopter collision avoidance system based on binocular distance measurement
RU198460U1 (en) * 2019-12-24 2020-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина", (ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, ТГУ им. Г.Р. Державина") DEVICE FOR TECHNICAL VISION OF A SMALL UNMANNED AIRCRAFT

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150207964A1 (en) * 2012-08-01 2015-07-23 George Bye Small UAS With High Definition Video
CN206155807U (en) * 2016-11-17 2017-05-10 袁红泉 Current surveying unmanned aerial vehicle that makes a video recording
CN108058838A (en) * 2017-12-03 2018-05-22 中国直升机设计研究所 A kind of helicopter collision avoidance system based on binocular distance measurement
RU198460U1 (en) * 2019-12-24 2020-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина", (ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина, ТГУ им. Г.Р. Державина") DEVICE FOR TECHNICAL VISION OF A SMALL UNMANNED AIRCRAFT

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Найдено в интернете 22.05.2023 (http://aviatex.ru/novoe/bpla-stab-control-system.html) 2017 "Авиатэкс". *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2831920C1 (en) * 2024-06-10 2024-12-16 Ислам Русланович Джабраилов Portable rotary mechanism for video camera

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11343443B2 (en) Unmanned aerial vehicle and multi-ocular imaging system
US11233943B2 (en) Multi-gimbal assembly
CN110730287B (en) Detachable gimbal camera, aircraft, system and gimbal dismantling method thereof
US10558110B2 (en) Gimbal having parallel stability mechanism
US20150207964A1 (en) Small UAS With High Definition Video
US10081441B2 (en) Tilt-ball turret with gimbal lock avoidance
JP6268657B2 (en) Support mechanism and system
US20170302852A1 (en) Three Axis Gimbals Stabilized Action Camera Lens Unit
US10139822B2 (en) Unmanned aerial vehicles
US11076082B2 (en) Systems and methods for digital video stabilization
JP6639979B2 (en) Imaging equipment and moving objects for photography
WO2019056865A1 (en) Pan-tilt and unmanned aerial vehicle having same
EP3595286A1 (en) Information-processing device, information-processing method, and information-processing program
CN113473020A (en) Focus following device control method, device and system
RU2802978C1 (en) Unmanned aircraft video surveillance device, video camera assembly for such video surveillance device
CN117401198A (en) Triaxial photoelectric pod and control method thereof
CN203740140U (en) Multi-lens aviation shooting stabilized platform
KR102622623B1 (en) Mobility image capturing apparatus for providing three dimentional image information, method therefor and system including the same
WO2019120214A1 (en) Two-axis gimbal system
Boehm et al. The electronic camera gimbal
WO2020158892A1 (en) Image capturing method
WO2021217584A1 (en) Camera calling method and device