1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 一种新型航拍云台设计 1 . 引言 航拍是展示大型活动、工程建设、城市变化以及地形测量的最佳方式。航拍涉及城区发展 、房地产开发、土地规划、大企业厂房、公共事业、科学考察、各政府部门、旅游、大型活动、娱乐场所、广告制作、空中巡逻等 。也就是说无论是市区、水面、山区、林地、田野的低空现场，都可以实施任务，空中摄影将特别显出其效用。 随着经济的发展，对航空摄影的需求也越来越大，航空摄影的前景是有目共睹的！ 2 . 航空摄影 的概述 2.1 航空摄影的发展史 为 了使更多的人饱赏大好山河的辽阔壮观 ,在航空摄影发展的历史上 ,法国人纳达尔乘坐汽球 ,跳出山外
2、 ,飞向高空 ,于一八五八年十二月拍摄了世界上第一幅航空照片 (也叫鸟瞰照片 ),开创了空中摄影之祖 ,纳达尔是法国历史上著名的摄影师 ,他经过数次空中摄影失败之后 ,在一八五八年十二月的一天 ,他又在汽球上进行了一次拍摄鸟瞰照片的试验 ,这天 ,在巴黎的城郊 ,他又乘坐汽球升到了空中 ,但是由于吊蓝的东西过重 ,汽球渐渐下降 .为了得到试验的成功 ,他除了拍摄器材和化学药品外 ,其它的东西都丢下去了 ,就连他自己穿的厚衣服也丢下去了 .汽球吊蓝的重量减 轻之后 ,才慢慢上升 ,升到了一定的高度 ,那时的摄影还是老式的湿版照相机 ,过程是很复杂的 ,必须在吊蓝的暗室里 ,从涂制咸光板到拍摄、冲
3、洗等，这一系例过程，必须在二十分钟内全部完成才行。 为了这一目的，纳达尔的大胆创新、精神和顽强的毅力，终于在一八五八年十二月的一天，试验成功了。在航空摄影的历史上，他进行了第一次空中摄影的伟大创举，把人们的幻影变成了现实。 比起其它的历史照片，航空摄影的历史照片真是少得可怜。这些航空摄影的历史照片，有的是摄影者乘坐汽球拍摄的（象纳达尔那样），有的去是风筝带照相机拍摄的。他们历尽风险 ，倍尝苦头，虽所获甚少，但却为航空摄影的发展史开创了可贵之路。从现在的资料中能查到的有： 一八六 O 年十月，布赖克在美国马萨诸塞州波士顿上空拍摄这个地区的鸟瞰照片。他使用的照相机和拍摄放法没有记载，虽是鸟瞰照片，
4、但取景方式却有一定的倾斜度，画面大部份是房屋，在整个画面的上部，有五分之一的空间，采用的是顶逆光，层次丰富，清晰度强，有立体感。他是世界上现存最早的航空照片之一，也是航空摄影中，用倾斜取景方式，反映物体三度空间较早的照片之一。此照片收藏在美国国会图书馆。 一八八五年六月 ,戛士顿梯山第尔和 杰士克士杜康合作 ,在巴黎上空二千英尺高的汽球上 ,拍摄了巴黎一角的照片 .他们当时采用的是垂直取景方式 ,使垂直取景成为空中摄影用来研究地面的最有效的最有效的取景方式之一 .拍摄上述图片时 ,杜康用的是 56 厘米的镜头和 13X18 厘米的干片 ,快门是用橡皮球操纵的 ,快门速度约为 1/50 秒左右
5、,此照片收藏在乔治伊斯纪念馆国际摄影博物馆 ,它成为最早的航空摄照片之一。 一九 O 六年，劳伦士从空中拍摄了一些旧金山地震和火灾的照片。这年，由于大地震引起的大火灾，使旧金山变成了一片废墟，劳伦士用十七只风筝吊着一架巨型照相机，从 空中拍摄了一组地震与火灾的航空照片，他摇篮的也是垂直取景方式，照片的细节十分清晰。这架巨型照相机的底片尺寸为 18 3/4X48 英寸，这是航空摄影史上前所未有的大尺寸底片。劳伦士称这种用十七只风筝吊着的装置为 “组合式空中飞船 “。现收藏在美国国会图书馆的这组照片，就是当年劳伦士用这种 “组合式空中飞船 “拍摄的。 第一张从飞机上拍摄的照片，大概是一位法国人，因
6、为他拍摄的是法国勒曼以东七英里的阿沃尔炮兵阵地的照片。但他的名字和拍摄时间已经找不到了，我们民知的是这位没有留下姓名的先行者所乘坐的飞机，就是著名的飞机设 计师赖特本人设计并驾驶的一架轻质飞机。 由于摄影器材的不断改革，到一九三 O 年，新的感光染料使胶片的感光度有了很大的提高。在黑白感光片的基础上，随后便产生了彩色感光片。用彩色感光片拍摄的照片，能再现景物原来本色。彩色胶片的出现，又使摄影感受光材料有了进一步的发展，于是在一九三八年，就有人在阿拉斯加上空拍摄了第一批专业彩色照片。至此，航空摄影史上的彩色摄影也就问世了。 3 . 云台的介绍 云台是应用航拍系统中不可缺少的配套设备之一，它与摄像
7、机配套使用能达到扩大监视的目的，提高了摄像机的使用 价值。云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定和电动云台两种。固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了。电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左 右旋转又能上下旋转的全方位云台。一
8、般来说，水平旋转角度为 0 350，垂直旋转角度为+90。恒速云台的水平旋转速度一般在 3 10 /s，垂直速度为 4 /s 左右。变速云台的水平旋转速度一般在 0 32 /s，垂直旋转速度在 0 16 /s左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达 480 /s 以上，垂直旋转速度在 120 /s 以上。其实云台就是两个交流电机组成的安装平台，可以水平和垂直的运动。但是要注意我们所说的云台区别于照相器材中的云台，照相器材的云台一般来说只是一个三脚架，只能通过手来调节方位； 而监控系统所说的云台是通过控制系统在远程可以控制其转动以及移动的方向的。 云台按使用环境分为室内型和室外型，主要
9、区别是室外型密封性能好，防水、防尘，负载大。按安装方式分为侧装和吊装，就是把云台是安装在天花板上还是安装在墙壁上。按外形分为普通型和球型，球型云台是把云台安置在一个半球形、球形防护罩中，除了防止灰尘干扰图像外，还隐蔽、美观、快速。按照可以运动功能分为水平云台和全方位（全向）云台。按照工作电压分为交流定速云台和直流高变速云台。 按照承载重量分为轻载云台、中载云台和重载云台。按照负载安装方式分为顶装云 台和侧装云台。根据使用环境分为通用型和特殊型。 云台在功能上主要是控制摄像头的转向、景深、焦距等，某些高档或特殊的云台还会提供雨刷、照明等功能。 云台在功能上是和摄像头分离的，在结构上既可以是分离的
10、，也可以是一体的，球体式的云台大多是一体式， 壁装式的一般为分离式。但不管是何种构造方式，在通讯方式上都是采用 RS232 或 RS485 方式。云台的软件控制部分无需修改即可投入使用，硬件上也无须做特殊处理， 只需将通讯线路接入无线模块即可。 RS232 的接口方式下需要将云台和控制端的 GND、RXD、 TXD 和 无线模块的相应接口相连接， RS485 方式下则只需要将 A、 B 和无线模块的 A、 B 连接即可。甚至可以一端使用 485， 一端使用 232 也可以正常通讯。最后将无线模块正确设置并接入电源，即可投入使用。 既可以适用于新系统的安装，也可以适用于已使用系统的改装和升级。
11、4 . 云台的发展与应用 随着集计算机、自动控制、通信等技术于一体的数字视频监控系统的发展，原先固定不动的摄像机由于只能监视固定方向的图像，而那些工作环境恶劣，监控复杂的场合要求摄像机能够随时根据现场情况改变监控方向，实现三维立体空间监视，因此电动云 台发展起来。云台是一种能够承载摄像机进行水平和垂直两个方向旋转，并能够控制摄像机的焦距，变倍，光圈等参数的一种装置。云台里面除机械传动结构外，还有电动机、继电器以及相应的控制电路，这个控制电路通常被称为云台控制器。在监控系统中云台的旋转不能在现场手动调整，可以通过控制室内的操作台远程通讯控制其转动，从而满足全方位的监视要求，通过云台控制摄像机的焦
12、距，变倍，光圈等参数，以使得监控视野更清晰。 云台的市场潜力比较大，发展空间非常广阔，且高端市场前景广阔，未来监控市场需求比例将日益上升，更多性价比高的云台产品将进 入我们的生活，也将为平安城市建设增加一道靓丽的风景线。 参考文献 1 吴力普 . 基于 AVR 单片机的电动云台控制器设计 D. 中国优秀硕士学位论文全文数据库 , 2009, (08) . 2 胡琳萍 . 基于 DSP 的控制驱动一体化二自由度云台的设计与实现 D. 中国优秀硕士学位论文全文数据库 , 2009, (01) . 3 柳光乾 . 云台红外太阳望远镜驱动控制系统仿真 D. 中国优秀博硕士学位论文全文数据库 (硕士 )
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