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航拍

用感測器飛行裝備進行的拍攝

航拍,專業術語,拼音為háng pāi,又稱空拍、空中攝影或航空攝影,是指從空中拍攝地球地貌,獲得俯視圖,此圖即為空照圖。航拍的攝像機可以由攝影師控制,也可以自動拍攝或遠程控制。航拍所用的平台包括飛機、直升機、熱氣球、小型飛船、火箭、風箏、降落傘等。為了讓航拍照片穩定,有的時候會使用如Spacecam等高級攝影設備,它利用三軸陀螺儀穩定功能,提供高質量的穩定畫面,甚至在長焦距鏡頭下也非常穩定。

航拍圖能夠清晰的表現地理形態,因此除了作為攝影藝術的一環之外,也被運用于軍事、交通建設、水利工程、生態研究、城市規劃等方面。2010年代之後,由於多軸遙控飛行器的普及,有不少業餘玩家進行航拍活動。

歷史


納達爾是首位實現航拍的攝影師和氣球駕駛者,他於1858年在法國巴黎上空拍攝。航拍的軍事用途於第一次世界大戰期間由飛行員得到了發展,新沙佩勒戰役是其中著名的戰役之一。

用途


● 地理學研究
● 救難
● 特工監視活動
● 警方追蹤疑犯
● 電視台現場直播盛事
● 遙控飛機娛樂

挑戰


空中攝影的挑戰包括:
● 透視矯正-空中拍攝的照片,往往採取某一定角度拍照。這意味著,角度不正確的照片將與附近的物體大於遠的物體。透視矯正扭曲的形象,以便在同等大小的物體的真實世界有同等大小的照片,見正射影像。
● 註冊-空中拍攝的照片通常映射到現實世界中的物體(例如街道、建築物等),航空照片可以轉換成一系列線的道路上載的照片。
● 拼接-創建一個大面積的航空照片拼接這些照片,使他們形成一個單一的大型照片,此過程將創建“天衣無縫”的圖像。

航空攝影師


● Nadar (1820–1910)
● Eduard Spelterini(1852–1931)
● O. G. S. Crawford (1886–1957)
● Walter Mittelholzer (1894–1937)
● Ladislaus Almásy (1895–1951)
● 亞恩·阿蒂斯-貝特朗(Yann Arthus-Bertrand,1946)
● Antoine de Saint-Exupéry (1900–1944)
● Roger Henrard (1900–1975)
● Boris Carmi (1914–2002)
● Roger Agache(* 1926)
● Georg Gerster (1928)
● Irwin Scollar (1928)
● Otto Braasch (1936)
● Gerhard Launer (1949)
● 喬治‧史坦梅茲(1957)
● 橫山松三郎:日本軍人,於1878年在日本首次使用氣球進行空中攝影。
● 德川好敏:日本軍人,於1911年在日本首次使用飛機進行空中攝影)。
齊柏林:導演,執導台灣首部空拍影像製作的電影《看見台灣》。
● 陳敏明:辦有多場攝影展覽並出版多本空拍書籍。

紀錄片


● 看見台灣
● 航拍中國

硬體


感測器

1、AD公司的MEMS角速率感測器ADXRS150或者ADXRS300,價格一樣,量程分別為150和300度/秒,國際上流行的小型飛控的首選陀螺,其精度能滿足小型無人機的飛行控制。數量上需要3個,分別對應3軸
2、AD公司的MEMS加速度感測器ADXL202或者ADXL210,價格也一樣,量程分別為+-2g和+-10g,也是小型飛控的首選。數量需要2個,每個2軸,總共4軸,但是有一軸是重複的
3、氣壓高度感測器和氣壓空速感測器。兩個感測器雖然都是氣壓感測器,但是量程是有所區別的,作為高度感測器的量程通常選用:15kpa~115Kpa。空速感測器是差壓感測器,其量程通常選用0~4Kpa,從而獲得比較高的解析度。
4、如果要控制直升機、旋翼機等能懸停的飛機,還需要磁感測器以獲取懸停或者低速運動時的機頭指向,固定翼飛機有一定飛行速度,這個感測器不是必須的。
5、如果要做自動降落功能,還必須有超聲波感測器等測量對地高度的感測器。因為氣壓高度感測器跟氣壓場有關係,所以經過一段時間氣壓場變化后,絕對高度將會不再準確,因此飛機在自動滑跑降落時必須在離地0.5米至1米的平飄需要測量相對地面高度的感測器來完成。

飛行裝備

航拍利用的無人機航拍飛控是一個集單片機技術、航拍感測器技術、GPS導航航拍技術、通訊航拍服務技術、飛行控制技術、任務控制技術、編程技術等多技術並依託於硬體的高科技產物,因此要能設計好一個飛控,缺少上面所述的任何一項技術都是不可能的,越多的飛行經歷和經驗能為設計初期提供很多避免出現問題的方法,使得試飛進展能夠更順利,要知道飛控的調試主要就是試飛,不比別的自控產品,試飛是高風險的,一旦墜機,硬體損壞,連事故原因都很難分析,就更難解決問題了。這也是成熟的、可靠的飛控很少的原因。

軟體


軟體包括飛控內部的軟體和地面站的軟體。
飛控內部軟體是飛控的靈魂,如果只有硬體只是電子垃圾。
一談到軟體很多朋友就是討論使用ucos、linux等等的操作系統。其實作為飛行控制這種實時性要求很強的控制系統,不一定要採用操作系統。使用操作系統對硬體和時序的控制能力降低,CPU的有效使用率降低,對內存的需求增加。在UP10和UP20中都沒有採用操作系統。
UP10完成了感測器數據採集,GPS信息獲取,接收機信號獲取,舵機控制,與地面站通訊,飛行控制率計算,導航控制,任務控制等所有功能。其中舵機控制和接收機信號獲取擁有最高的優先順序,與地面站的通訊優先順序最低,合理處理CPU的優先順序問題能夠避免CPU控制時序的混亂和相互的干涉問題。

通訊程序

在編製與地面站的通訊程序部分,一定要考慮到無線通訊的誤碼率問題,所有上下行數據必須都要加以校驗,特別是飛行航點數據這些重要數據要反覆校驗,一旦錯誤將會將飛機導航到不可知的方向。
導航邏輯一定要嚴謹,對於可能出現的一些問題要提前考慮到。
對於可能出現的GPS丟星,發動機停車,飛機機體解體,遙控失靈等問題要考慮補救措施。
舵機的反舵設置,不同布局的混控設置等最好在飛控中都能實現。
對於地面站軟體,要考慮到方便、實用、可靠,美觀是其次的。其實要設計一個好的地面站也是需要經驗來支持的。

其它

這個地面站軟體應該考慮到如下功能:
● 地面站軟體集成化
● 可以支持多種地圖:電子地圖,掃描配准地圖,自定義地圖
● 飛行儀錶(空速,地平儀,高度,轉速,羅盤,升降率)
● 感測器數據監測
● 飛行中實時PID調節:地面站實時監控飛行數據,並動態顯示數據曲線,實時修改PID增益參數
● 飛行中可以設定目標航點
● 可以實時操作任務舵機位置,操作和顯示任務IO
● 可使用地面站遠程控制飛機飛行
● 圖形化方便靈活的航點編輯方式(包括制式航線):可以直接在地圖上使用滑鼠增加、刪除航點,可以直接拖動編輯所選擇的批量航點,可以手動修改航點數據。支持單點和所有航點上傳和下載。
● 調整舵機旋轉方向和中立值
● 記錄遙測數據
● 顯示飛機的飛行軌跡和姿態
● 危險告警(電壓、溫度、GPS狀況、發動機轉速、高度、爬升率等)
● 回放飛行數據
數傳電台的選擇不要一味的追求發射功率,可以通過好的增益天線來獲得遠距離的傳輸,飛機上數傳的安裝要避免對舵機、遙控接收機、飛控內部的感測器造成干擾。
試飛前的準備工作要做充分,遙自控切換要切實可靠(調試初期出現任何問題要能及時切換到遙控狀態),準備好試飛計劃,做好飛行前檢查,做好飛行后總結,由簡到難,逐步實現自動控制。

另見


● 航空考古學
● 航拍攝影師分類
● 空中園林藝術
● 機載實時提示高光譜增強偵察
● Douglas Douglas-Hamilton, 14th Duke of Hamilton1932年照片飛越珠穆朗瑪峰
● Fairchild K-20早期航空相機
● 風箏空中攝影
● 國家古迹記錄公共檔案遺產,擁有英格蘭最多的航拍資料
● Astrocam
Oraclemodel photographic rocket
● Pictometry
● 遙感
● 衛星圖像
● 無人飛行載具
● ViewGL
● Neuve Chapelle戰役
● 美國聯邦航空條例
● 大疆創新