任務(wù)三了解無人機(jī)的感知系統(tǒng)

任務(wù)目標(biāo)知識目標(biāo)：1.了解常用的傳感器。2.了解獲取處理數(shù)據(jù)的方法。技能目標(biāo)：1.掌握各種傳感器的主要功能。2.了解各種傳感器的優(yōu)缺點。3.了解各種傳感器的工作原理。素質(zhì)目標(biāo)：1.培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作意識和能力。2.提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

任務(wù)描述人類依賴自身的感覺器官來捕捉外界信息，但在深入研究自然現(xiàn)象、探索科學(xué)規(guī)律及開展生產(chǎn)活動時，這些器官的功能顯然有所局限。隨著新技術(shù)革命的浪潮席卷全球，我們已邁入信息時代，其中，獲取準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)成為至關(guān)重要的任務(wù)。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，傳感器應(yīng)運而生，成為我們連接自然與生產(chǎn)領(lǐng)域信息的橋梁和關(guān)鍵工具，它們被譽為“電五官”，極大地延伸了人類的感知能力。如果將飛控系統(tǒng)比作無人機(jī)的“大腦”，那傳感器就相當(dāng)于無人機(jī)的“五官”。無人機(jī)利用這些傳感器采集飛行姿態(tài)等動態(tài)信息并輸送給飛控計算機(jī)，經(jīng)飛控計算機(jī)處理后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而由執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制無人機(jī)的飛行姿態(tài)和穩(wěn)定。因此，飛控系統(tǒng)要精準(zhǔn)地完成控制任務(wù)，離不開傳感器反饋的信息。

任務(wù)要求1.分組討論：無人機(jī)上常使用的傳感器有哪些？各有什么作用？2.結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備組裝一架無人機(jī)，并為此選擇合適的傳感器。3.結(jié)合實際生產(chǎn)任務(wù)，選擇合適的攝影設(shè)備。

知識鏈接無人機(jī)自動飛行的關(guān)鍵元素是一個穩(wěn)定的姿態(tài)和飛行角度。在這方面，陀螺儀在無人機(jī)控制系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。它不僅可以測量和檢測無人機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動，還可以通過調(diào)整舵面的位置來幫助無人機(jī)保持前進(jìn)方向和航向的穩(wěn)定性，從而保持其在空中的平衡和穩(wěn)定性。根據(jù)陀螺儀的工作原理，可以分為機(jī)械陀螺儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀、微機(jī)械陀螺儀。一、常用的傳感器1.陀螺儀（1）機(jī)械陀螺儀機(jī)械陀螺儀指的是采用自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動或載體的振動產(chǎn)生陀螺力矩來測量角運動的陀螺儀，如圖2-3-1所示。無人機(jī)領(lǐng)域（特別是軍用無人機(jī)）使用的陀螺儀主要是機(jī)械式，具體包括方向陀螺儀、速率陀螺儀、垂直陀螺儀和陀螺羅盤等。方向陀螺儀是一臺同時測量無人機(jī)的縱向、橫向、航向三個自由度的設(shè)備，也稱三自由度陀螺儀，通過測量陀螺的旋轉(zhuǎn)角速度和角度，來確定物體的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)物體發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，三個陀螺會在其各自的軸向上產(chǎn)生一個定向的旋轉(zhuǎn)運動，這個運動被稱為“陀螺的進(jìn)動”。垂直陀螺儀是在方向陀螺儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，裝置于無人機(jī)機(jī)體內(nèi)部，用于時刻指示水平參考平面和垂直參考平面的儀器設(shè)備。垂直陀螺儀和方向陀螺儀同時作用，才可以更完整地實時顯示無人機(jī)空中運行姿態(tài)。速率陀螺儀則是單純性二自由度機(jī)械式陀螺，主要用來測量載體的角速度及角加速度。陀螺羅盤是依靠陀螺指向效應(yīng)時刻尋找正北方向的設(shè)備，其本質(zhì)上仍是一臺三自由度陀螺儀。其外環(huán)軸垂直向下設(shè)置，轉(zhuǎn)子軸則保持水平方向，正端指向正北方向。在支點下方有一個不平衡小錘固結(jié)于內(nèi)環(huán)，構(gòu)成偏心重力陀螺儀。隨著機(jī)體運動，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸偏離正北方向時，偏心重力陀螺就隨之產(chǎn)生一個修正力矩，推動轉(zhuǎn)子軸恢復(fù)到正北方向，從而實現(xiàn)一直對著正北方向的功能。當(dāng)方向陀螺儀、垂直陀螺儀、速率陀螺儀、陀螺羅盤共同作用時，就可以實時測量飛行器空中姿態(tài)、速率變化等情況，如果能夠結(jié)合起飛時的初始數(shù)據(jù)，就可以完整地繪制飛行器空中飛行軌跡，這一點對于飛行控制，尤其是自動飛行控制至關(guān)重要。激光陀螺儀利用激光光程差測量角位移，如圖2-3-2所示。封閉空腔內(nèi)設(shè)置高精度等邊三角形（或四邊形），頂點配置反射鏡，激光發(fā)生器發(fā)射兩條相同但方向不同的激光。靜止時，光束返回時間相同；運動時，兩束激光波長和頻率因方向不同而變化，產(chǎn)生干涉條紋。條紋數(shù)量與轉(zhuǎn)動角速度成正比，解碼后可得測量數(shù)據(jù)。為提高精度，空腔采用熱膨脹系數(shù)小的材料制造。（2）激光陀螺儀（3）光纖陀螺儀光纖陀螺，也稱光纖角速度傳感器。光纖陀螺和環(huán)形激光陀螺一樣，具有無機(jī)械活動部件、無預(yù)熱時間、不敏感加速度、動態(tài)范圍寬、數(shù)字輸出、體積小等優(yōu)點。光纖陀螺儀（見圖2-3-3）的工作原理是基于塞格尼克效應(yīng)，在完全閉合的光學(xué)環(huán)路中，當(dāng)兩束光從同一點向兩個相反方向出發(fā)，并最后回到原點時，如果整個光學(xué)環(huán)路靜止，那么兩束光應(yīng)該沒有任何差異；反之，如果光學(xué)環(huán)路和外界慣性空間之間是旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，那么這兩束光波就會產(chǎn)生差異，具體而言就是光束的相位差和角速度成正比關(guān)系。相對于機(jī)械陀螺儀，光纖陀螺儀沒有旋轉(zhuǎn)部件和摩擦部件，因此壽命長，動態(tài)范圍大，啟動快，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕。相對于激光陀螺儀，光纖陀螺儀沒有閉鎖問題，而且成本低、價格便宜。（4）微機(jī)械陀螺儀微機(jī)械陀螺儀簡稱MEMS，如圖2-3-4所示，是一種新型的多學(xué)科交叉技術(shù)，涉及機(jī)械、電子、化學(xué)、物理、光學(xué)、生物、材料等多學(xué)科。MEMS工作原理基于“科里奧利力”，質(zhì)點徑向運動受切向力，與旋轉(zhuǎn)速度成正比。MEMS由兩電容板構(gòu)成，第一個是類似“梳子”的驅(qū)動部分，第二個由固定傳感器電容組成。驅(qū)動部分靠電容施加振蕩電壓引發(fā)徑向運動，傳感器電容接收“科里奧利力”下電容變化，換算得到運動角速度。以上幾種常見的陀螺儀的特點與應(yīng)用領(lǐng)域見表2-3-1。加速度計也稱加速度傳感器，是一種可以測量飛行器在某一方向上的線加速度的傳感器。通常情況下，飛行器需要采集三個自由度方向上的加速度值，因此每個方向都需要設(shè)置加速度計。現(xiàn)在的飛行器上通常安裝三軸加速度計（見圖2-3-5）。2.加速度計加速度計一般由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過程中，對質(zhì)量塊所受慣性力的測量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。根據(jù)傳感器敏感元件的不同，常見的加速度傳感器包括電容式、電感式、應(yīng)變式、壓阻式、壓電式等。3.高度表氣壓計是一種根據(jù)托里拆利的實驗原理制成的一種利用外界大氣氣壓來測定無人機(jī)飛行高度的傳感器。根據(jù)大氣壓與海拔高度之間的關(guān)系，地球上的大氣壓強(qiáng)隨著海拔的升高而降低，海拔高度在3000m以下，海拔高度每升高12m，大氣壓強(qiáng)就減小1mmHg，約為133Pa，如圖2-3-6所示。實際上，測量高度的氣壓計是壓阻式壓力傳感器，無人機(jī)利用這種氣壓計測量出來的飛行高度是氣壓高度，也就是相對于標(biāo)準(zhǔn)海平面的高度值，并不是無人機(jī)此時距離地面的高度值。目前，國內(nèi)的氣壓參考標(biāo)準(zhǔn)海平面都是以山東省青島市附近海域的全年平均海平面為基準(zhǔn)的。因此，如果氣壓高度表顯示的數(shù)值為1000m，那么物理含義就是相對于青島海平面的高度值。對于無人機(jī)的低空飛行，氣壓高度的波動對飛控影響比較大，會造成無人機(jī)出現(xiàn)“忽高忽低”的晃動現(xiàn)象。為了解決這一問題，就促使我們采用新的高度測量技術(shù)，傳統(tǒng)航空工程領(lǐng)域多使用無線電高度表、激光高度表等高精度的測高儀器，而在無人機(jī)領(lǐng)域，以無線電高度表為主，其工作原理如圖2-3-7所示。無線電高度表是一種以地面（或海面）作為反射面的一種測高雷達(dá)，其測量的高度為無人機(jī)到地面的真實高度。工作時，無線電發(fā)射器通過向地面發(fā)射無線電波，當(dāng)此無線電波接觸地面（或海面）并反射回接收器時，記錄這一過程耗時時間，由于電磁波在空氣中傳播的速度約等于光速，且發(fā)射波是全向擴(kuò)散的，因此，完全可以忽略飛行器在空中的位移量對高度測量的影響。高度值實際就等于無線電波在空氣中傳輸速度與耗時乘積的一半。它能在各種氣候條件下精確測量飛機(jī)離地面（或海面）的相對高度，是現(xiàn)代飛機(jī)上必要的導(dǎo)航設(shè)備之一。無線電高度表測量的飛機(jī)高度是無人機(jī)距離地面的相對高度，這一點和氣壓高度表有著本質(zhì)不同。無線電高度表的測量精度比較高，不受天氣、地形、地面建筑物等的干擾，測量誤差可以達(dá)到厘米級，整體性能可靠性比較高。此外，精度更高的激光高度表原理與無線電高度表類似，其通過向地面發(fā)射一個很窄的激光光速，通過接收地面的反射光來測量實時高度，由于激光能量集中，抗其他電磁波干擾能力強(qiáng)，因此，激光高度表精度極高，通常能達(dá)到毫米級水準(zhǔn)。但是這種高度表成本較高，主要應(yīng)用于特殊飛行器或者航天飛行器中，在無人機(jī)領(lǐng)域極其少見。無人機(jī)上廣泛使用的超聲波傳感器是一種用來識別與障礙物之間距離的裝置，如圖2-3-8所示。超聲波傳感器是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器，由超聲波發(fā)射器、接收器、控制部分和電源組成。其工作原理與無線電高度表、激光高度表類似。通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，當(dāng)超聲波在空氣中傳播，遇到障礙物就會立刻返回來，超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，通過計時器記錄的超聲波傳播時間就可計算出發(fā)射點距離障礙物的距離。4.超聲波傳感器光流傳感器是一種基于光學(xué)原理的傳感器，如圖2-3-9所示。5.光流傳感器它可以通過感知光線的變化來實現(xiàn)精準(zhǔn)位置定位。從硬件上來看，它本身就是一臺高清攝像機(jī)。通常情況下，光流傳感器會通過攝像頭對周圍環(huán)境進(jìn)行拍攝，然后通過圖像處理算法計算出圖像中物體的運動軌跡和速度信息，從而獲取物體的位置信息。光流傳感器一般需要配合其他慣性測量單元（如加速度計、陀螺儀等）一起使用，以提高位置測量的精度和穩(wěn)定度。通過光流傳感器、視覺里程計和聲波傳感器三者同時工作，就如同形成了一個小型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可以不依賴其他定位系統(tǒng)為無人機(jī)提供定位、導(dǎo)航的作用。因此，在高端的多旋翼無人機(jī)中采用這一套系統(tǒng)時，就可以在突然喪失定位信號、中斷地面遙控信號等意外情況下，立即啟動光流導(dǎo)航定位功能，能夠讓無人機(jī)繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)或者安全返航，從而提高了無人機(jī)產(chǎn)品的可靠性。b.壓差阻力，相對氣流流過機(jī)翼時，機(jī)翼前緣的氣流受阻，流速減慢，壓力增大，而機(jī)翼后緣氣流分離，形成渦流區(qū)，壓力減小。這樣，機(jī)翼前后產(chǎn)生壓力差形成阻力，這個阻力稱為壓差阻力?？梢宰魅缦吕斫猓焊咚傩旭偟钠嚭竺鏁r常揚起塵土，就是由于車后渦流區(qū)的空氣壓力小，吸起灰塵的緣故。壓差阻力的大小與迎風(fēng)面積、機(jī)翼形狀和迎角有關(guān)。迎風(fēng)面積越大，壓差阻力越大，迎角越大，壓差阻力也越大。但壓差阻力在無人機(jī)總阻力構(gòu)成中所占的比重是比較小的。無人機(jī)上的空速管是用來測量飛行速度的關(guān)鍵裝置。它通過感受氣流的總壓（全壓）和靜壓，并將測得的壓力數(shù)據(jù)傳送給大氣數(shù)據(jù)計算機(jī)和飛行儀表，從而確定飛機(jī)的飛行速度?？账俟軠y量出來的速度并非是無人機(jī)相對于地面的速度，而是相對于大氣的速度，所以稱為空速。如果有風(fēng)，飛機(jī)相對地面的速度（稱地速）還應(yīng)加上風(fēng)速（順風(fēng)飛行）或減去風(fēng)速（逆風(fēng)飛行）。另外空速管測速原理利用到動壓，而動壓和大氣密度有關(guān)。同樣的相對氣流速度，如果大氣密度低，動壓便小，空速表中的膜盒變形就小。因此，現(xiàn)代的空速表上都有兩根指針，一根比較細(xì)，一根比較粗。粗的指針是指示空速，而細(xì)的一根指示的是經(jīng)過各種修正的相當(dāng)于地面大氣壓力時的空速，稱為真實空速。6.空速管在對無人機(jī)進(jìn)行維修保養(yǎng)時需要特別注意，必須使用專門的保護(hù)罩封閉空速管，防止空氣中的雜質(zhì)、異物等滲入空速管內(nèi)部，造成氣壓管道堵塞，導(dǎo)致無法正常測量氣壓。當(dāng)然，飛行前必須將這種保護(hù)罩摘除，否則就會阻礙空速管正常工作。因此，這種保護(hù)罩一般都是采用最為醒目的紅色，有的還會在保護(hù)罩上留有帶有文字的警示條，如圖2-3-10所示，避免地勤機(jī)務(wù)工作的失誤。舵機(jī)是一種位置或者角度的伺服驅(qū)動器，是在自動駕駛儀中操縱飛機(jī)舵面（操縱面）轉(zhuǎn)動的一種執(zhí)行部件，如圖2-3-11所示，在無人機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。7.舵機(jī)根據(jù)工作原理不同，舵機(jī)通常分為液壓式和電動式兩種。傳統(tǒng)有人機(jī)上曾經(jīng)普遍使用液壓式，液壓式舵機(jī)系統(tǒng)體積大、重量重，還需要額外配置液壓油、氣，占據(jù)了飛行器上寶貴的重量分配和體積空間。無人機(jī)一般使用的是電動式舵機(jī)，又稱伺服馬達(dá)，是一種具有閉環(huán)控制系統(tǒng)的機(jī)電結(jié)構(gòu)。舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。常見的電動舵機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單，外部包括上殼、中殼、下殼，內(nèi)部包括控制電路板、變速齒輪組、可調(diào)電位器、小型直流電機(jī)，如圖2-3-12所示。無人機(jī)作業(yè)數(shù)據(jù)的獲取和處理對于它的作業(yè)成果至關(guān)重要，其中，以光學(xué)攝影設(shè)備作為載荷獲取作業(yè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用最為廣泛。在成像領(lǐng)域，使用不同性質(zhì)的電磁波照射目標(biāo)物體并接收其反射波，通過對反射波的計算就可以轉(zhuǎn)換成人類可以識別的靜止圖像或者動態(tài)視頻。在無人機(jī)領(lǐng)域，通常會搭載各種專用設(shè)備來捕捉這種信號。根據(jù)光源波長的不同，相機(jī)可分為可見光照相機(jī)和紅外線照相機(jī)。捕捉自然光成像的設(shè)備有光學(xué)相機(jī)，如現(xiàn)在廣泛使用的數(shù)碼相機(jī)、單反相機(jī)等，在這種平面圖像的基礎(chǔ)上，還發(fā)展出了更為立體的VR成像設(shè)備。此外，還有專門捕捉夜晚星空提供的微弱可見光的微光成像相機(jī)。捕捉紅外線的設(shè)備有熱成像儀，主要接收目標(biāo)體發(fā)射出的紅外熱信號，從而能夠在夜晚，甚至隔墻都能對目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。二、獲取處理數(shù)據(jù)的方法普通光學(xué)相機(jī)的成像原理和早期的機(jī)械式相機(jī)類似，只是將原來的膠卷感光換成了感光電子元器件，并加入了圖像解碼模塊，從而實現(xiàn)將光學(xué)感光圖像轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電子圖片，其成像原理如圖2-3-13所示。（1）普通光學(xué)相機(jī)目前數(shù)碼相機(jī)有單反相機(jī)、卡片相機(jī)、長焦相機(jī)、微單相機(jī)等種類，而在消費級和工業(yè)級無人機(jī)領(lǐng)域中，主要使用卡片相機(jī)和一種改進(jìn)版本的單反相機(jī)。這些相機(jī)的主要參數(shù)有傳感器、ISO、像素、分辨率、工作模式、曝光模式、存儲格式等，如圖2-3-14所示。①傳感器。傳感器是數(shù)碼相機(jī)的感光元器件，如圖2-3-15所示，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，目前主要有兩種類型：CCD和CMOS。CCD（charge-coupleddevice，電荷耦合元件）設(shè)置一系列微小感光元件矩陣并通過與之配套的二極管進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。與CCD對應(yīng)的是CMOS（complementarymetaloxidesemiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體），這種半導(dǎo)體技術(shù)之所以被應(yīng)用到數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域，主要得益于其本身的制造工藝。由于采用微電子集成加工工藝，因此CMOS的制造成本要比CCD低，有利于大規(guī)?？焖偕a(chǎn)。兩者成像技術(shù)的差異較大，并不能簡單地依靠一個性能參數(shù)來進(jìn)行評價，需要綜合考量。②ISO。ISO稱為感光度，用于衡量數(shù)碼相機(jī)對光線的靈敏度或者感知程度，由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（英文簡稱也是ISO）制定了全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，目前最低值為ISO6，最高值為ISO25600。數(shù)值越高則表示感光度越高，相機(jī)拍攝品質(zhì)越好。大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)的感光度都可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，目前很多高端的無人機(jī)機(jī)載相機(jī)感光度都能達(dá)到比較高的級別。圖2-3-16所示為感光三要素示意圖。③像素。數(shù)碼圖片是用一個大型矩陣來顯示圖片的，其中每一個矩陣點就是一個基本像素點，每個像素點的顏色彼此不同，從而能夠展現(xiàn)出豐富的畫面。像素點越多，表現(xiàn)的圖片清晰度就會越高。④分辨率。分辨率包括圖像分辨率和視頻分辨率，實際上是對像素的一種具體使用分配方法，分辨率越高圖像細(xì)節(jié)顯示得越好，但是需要的存儲空間就越大，以常見的5280×2970分辨率為例，就需要5280×2970=15681600B（即1500萬像素），約15.7MB的空間，如果以每秒28幀頻率拍攝視頻，則每一秒就需要439MB空間。圖2-3-17所示為相機(jī)分辨率測試圖。幀頻（framerate）是指每秒放映或顯示的幀或圖像的數(shù)量。幀頻主要用于電影、電視或視頻的同步音頻和圖像中。幀頻是指每秒播放多少幀動畫，最多每秒120幀。⑤存儲格式。目前圖像存儲格式以JPG、JPEG和PNG格式居多，視頻方面存儲格式以MP4、MOV等居多，如果需要其他格式需要自行進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。⑥曝光模式。數(shù)碼相機(jī)提供了很多種使用模式，如程序自動曝光、手動曝光、快門優(yōu)先曝光、光圈優(yōu)先曝光等。自動曝光基本不用人工介入，程序自己調(diào)節(jié)這些參數(shù)。手動曝光則比較考驗操作人員的攝影技術(shù)?？扉T優(yōu)先曝光也是自動曝光的一種，不同之處在于快門時間可以人工調(diào)整。光圈優(yōu)先曝光類似，人工調(diào)節(jié)光圈大小，其余的由程序完成。需要注意的是，只有高級相機(jī)才會同時具備快門優(yōu)先曝光和光圈優(yōu)先曝光兩種功能。圖2-3-18所示為尼康D5100曝光模式示意圖。和地面普通人使用相機(jī)進(jìn)行拍攝不一樣的是，無人機(jī)機(jī)載相機(jī)往往處于氣流振動、發(fā)動機(jī)振動等較為復(fù)雜的工作環(huán)境。因此，為了更好地發(fā)揮機(jī)載相機(jī)性能，一般都要配置與之配套的云臺支架，如圖2-3-19所示。這種支架一般安置在多旋翼無人機(jī)中央機(jī)身的下方位置，通過螺釘與機(jī)體緊固，并提供減震功能，此外還配置伺服電機(jī)，從而能夠為機(jī)載相機(jī)提供水平方向和垂直方向的自由運動，不過有部分產(chǎn)品只提供了垂直方向的調(diào)節(jié)功能。除了掛載相機(jī)，有些云臺還可以掛載其他機(jī)載設(shè)備。普通的光學(xué)相機(jī)根據(jù)其工作原理只能在可見光比較強(qiáng)的白天工作，而在陰天或者能見度比較低的時候通常需要使用額外補充光源，比如閃光燈提供的瞬間補光，這樣才能確保正常使用。但是在夜晚，已經(jīng)沒有任何陽光照射，四周一片漆黑，這樣的環(huán)境中就無法正常使用普通的數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行有效拍攝。對于這種環(huán)境，微光攝像機(jī)出現(xiàn)了。微光攝像機(jī)捕捉的是夜晚星空中月光、其他星體發(fā)出的光、大氣層折射的光照射到物體所產(chǎn)生的反射光，這種反射光的強(qiáng)度和亮度都非常微弱，不易識別和成像。為此，基礎(chǔ)物理學(xué)中的光電效應(yīng)被引入進(jìn)來。（2）微光影像設(shè)備光電效應(yīng)下，光線照射金屬表面瞬間產(chǎn)生電子溢出，數(shù)量受光束特性影響。望遠(yuǎn)鏡改造引入像增強(qiáng)器，設(shè)光纖面板和電信號放大通道，增強(qiáng)微弱反射光。光照射入口光纖面板釋放電子，在通道中增強(qiáng)后撞擊出口光纖面板，轉(zhuǎn)為強(qiáng)光子發(fā)出，經(jīng)目鏡成像，實現(xiàn)黑暗目標(biāo)觀察，如圖2-3-20所示。機(jī)載微光夜視儀的主要性能參數(shù)有分辨率、最大夜視距離、目標(biāo)分辨能力、最低照度、存儲格式、重量、功耗等。①最大夜視距離是指在1/4月光照射條件下最遠(yuǎn)觀察距離，這個指標(biāo)和觀察目標(biāo)的大小有關(guān)，對于人體這樣的典型目標(biāo)，目前大多數(shù)民用產(chǎn)品的探測距離在3000m以下，少數(shù)軍用級產(chǎn)品會更高。②最低照度指的是該設(shè)備所能夠正常工作的最低光照環(huán)境，目前還沒有一個統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。實際中往往釆用F值來進(jìn)行表示，如0.005Lux@FL.5。F值即鏡頭的光圈參數(shù)，等于鏡頭的焦距/光圈直徑。所以，F(xiàn)值越小，光圈直徑越大，接收光線的數(shù)量就越多。微光夜視設(shè)備的光圈一般都比較大，F(xiàn)值在2.8以下。Lux是光照強(qiáng)度單位，一般普通家庭或者教室的日間正常光照強(qiáng)度在300Lux。0.005Lux@F1.5表示在1.5光圈大小時，該設(shè)備可以在0.005Lux的黑暗條件下正常工作。需要注意的是，這種性能進(jìn)行橫向比較時必須要以F值作為前提，否則就失去了判斷優(yōu)劣的意義。無論是普通光學(xué)相機(jī)還是微光夜視設(shè)備，其得到的圖像都是物體所發(fā)射可見光的像，但對于一些特殊應(yīng)用行業(yè)的使用要求，并不滿足能夠24h提供可視化影像，而是要能夠提供更為深入的分析圖像。比如對于電力系統(tǒng)，希望能夠?qū)崟r判斷電氣設(shè)備故障出現(xiàn)在哪里，而不是簡簡單單地拍照。在這種需求背景下，紅外熱成像攝像設(shè)備就被引入無人機(jī)機(jī)載設(shè)備中?？梢姽鈭D像和紅外圖像的區(qū)別如圖2-3-21所示。（3）紅外成像設(shè)備在自然界中，所有物體的溫度都高于絕對溫度（開爾文溫標(biāo)），因此都會在表面向外界產(chǎn)生紅外線的輻射，物體自身溫度的高低會對其所輻射紅外線強(qiáng)度產(chǎn)生影響。因此，只要接收到這種紅外線信號并且依據(jù)溫度大小進(jìn)行區(qū)別分析，就可以得到更為豐富的圖像。紅外熱成像設(shè)備的功能模塊架構(gòu)和普通可見光數(shù)碼攝像機(jī)較為類似，其中最主要的區(qū)別之處在于，紅外熱成像采用了特殊的紅外鏡頭，將紅外信號從其他可見光、微光等信號中過濾出來，經(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換、放大和圖像軟件的解碼之后，就可以在液晶顯示器上清晰地顯示出目標(biāo)體周圍的紅外影像。紅外成像設(shè)備成像原理如圖2-3-22所示。①VR成像設(shè)備。VR360°全景影像設(shè)備本身并不復(fù)雜，很多都是在一個平面內(nèi)圓周方向采用多臺普通可見光的攝影設(shè)備組合而成，從而構(gòu)成一個能夠360°全方位同時拍攝畫面的能力，如圖2-3-23所示。但是由于鏡頭角度的問題，各個相鄰相機(jī)之間會有一部分畫面是重合的。因此，在拍攝完成之后對于全部相機(jī)拍攝的素材需要進(jìn)行細(xì)致的后處理，以便將每一幀的畫面修復(fù)成為一個完整的360°畫面，從而實現(xiàn)流暢的播放效果。觀看者可以使用專用的VR眼鏡進(jìn)行觀看，從而具有“身臨其境”般的體驗感受。（4）其他成像設(shè)備在目前的民用無人機(jī)平