無人機(jī)航拍技術(shù)的研究

張明明

初步分析無人機(jī)航拍的工作原理，了解航拍技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)利用無人機(jī)進(jìn)行拍攝的明顯優(yōu)勢(shì)進(jìn)行研究，對(duì)使用無人機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離高空拍攝從而引發(fā)對(duì)未來拍攝技術(shù)的設(shè)想和產(chǎn)生的深遠(yuǎn)意義。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；航拍；技術(shù)；拍攝

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)于拍攝的要求越來越高，目前使用的航拍設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入了無人化時(shí)代。相比于傳統(tǒng)的直升機(jī)載人航拍，無人機(jī)具備低空、靈活、風(fēng)險(xiǎn)小的特點(diǎn)。 無人機(jī)航拍技術(shù)分為兩個(gè)方面：一方面是相機(jī)，另一方面則是飛行器。相機(jī)像素的質(zhì)量和飛行器的穩(wěn)定性尤為重要。飛行器的可靠性也是許多用戶所關(guān)心的內(nèi)容，它包括飛行控制、圖像傳輸、續(xù)航時(shí)間等。針對(duì)以上一系列的問題，我們決定從無人機(jī)航拍的不穩(wěn)定性和拍攝方面的問題，運(yùn)用力學(xué)知識(shí)、攝影技術(shù)以及后期制作等通過具體操作和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析來進(jìn)一步優(yōu)化這些問題。

1 無人機(jī)工作原理

無人機(jī)，又稱無人駕駛飛機(jī)，英文縮寫“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的可重復(fù)使用的不載人飛行器。從技術(shù)的角度可以分為：無人固定翼機(jī)、無人直升飛機(jī)、無人垂直起降機(jī)、無人飛艇、無人多旋翼飛行器、無人傘翼機(jī)等。根據(jù)其飛行方式和功能又可以分為：遙控?zé)o人機(jī)（RPV）、無人機(jī)戰(zhàn)斗機(jī)、無人直升機(jī)、撲翼機(jī)等等。

眾所周知，無人機(jī)最顯著的特點(diǎn)就是無人駕駛操控飛行。它最早出現(xiàn)于第二次世界大戰(zhàn)中。它主要是利用無線電控設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)控系統(tǒng)進(jìn)行操控。一般來說，無人機(jī)是由飛行器機(jī)架、飛行控制系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、遙控器、遙控信號(hào)接受器和云臺(tái)相機(jī)等6大部分組成。飛機(jī)之所以能夠飛行主要由于利用這四方面：1.速度與加速度2.牛頓三大運(yùn)動(dòng)定律3.力的平衡4.伯努利原理。其中伯努利原理是核心：丹尼爾·伯努利在1726年提出了“伯努利原理”。這是在流體力學(xué)的連續(xù)介質(zhì)理論方程建立之前，水力學(xué)所采用的基本原理，其實(shí)質(zhì)是流體的機(jī)械能守恒。即：動(dòng)能+重力勢(shì)能+壓力勢(shì)能=常數(shù)。其中最為著名的推論為：等高流動(dòng)時(shí)，流速大，壓力就小。

2 無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)作為新生事物，最早出現(xiàn)于戰(zhàn)爭(zhēng)中，而世界上最早的無人機(jī)對(duì)抗性作戰(zhàn)發(fā)生于中美之間。無人機(jī)一時(shí)之間成為了很高端的作戰(zhàn)武器。而隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)已經(jīng)不再是那么遙不可及?，F(xiàn)如今它的發(fā)展已經(jīng)不可小覷。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 隱身化

主要體現(xiàn)在戰(zhàn)斗機(jī)方面 。

2.2 續(xù)航時(shí)間的改變

由低空、短續(xù)航變?yōu)楦呖?、長(zhǎng)航時(shí)。

2.3 生產(chǎn)規(guī)模的改變

由專研的一架轉(zhuǎn)為大規(guī)模大批量的生產(chǎn)。實(shí)際上就是由于原本的單一作戰(zhàn)飛行器轉(zhuǎn)為更加多用途的飛行器。

當(dāng)然，無人機(jī)在性能和用途方面的進(jìn)一步發(fā)展也是與時(shí)俱進(jìn)。現(xiàn)如今無人機(jī)更多的與VR技術(shù)聯(lián)系在一起，給我們更加真實(shí)的視覺體驗(yàn)，從而讓人產(chǎn)生近乎真實(shí)的感官模擬體驗(yàn)。我們期待著更高級(jí)、更智能的無人飛行器的問世。

3 影響無人機(jī)飛行的因素

3.1 風(fēng)速

對(duì)于航拍設(shè)備來說風(fēng)速是一件很大影響的因素，因?yàn)轱L(fēng)度越大使得航拍的效果越不好，航拍設(shè)備記錄下來的圖片清晰度比風(fēng)速慢時(shí)候的模糊。

天氣中風(fēng)對(duì)航拍設(shè)備的影響——風(fēng)力：是指風(fēng)吹到物體上所表現(xiàn)出的力量的大小。一般根據(jù)風(fēng)吹到地面或水面的物體上所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象，把風(fēng)力的大小分為13個(gè)等級(jí)，最小是0級(jí)（無風(fēng)），最大為12級(jí)。陸地上出現(xiàn)的風(fēng)力一般多在0—9級(jí)之間，10—12級(jí)的風(fēng)，陸上很少見，有則拔樹、催毀建筑物，破壞力極大。

輕型航拍設(shè)備飛行器：直升機(jī)、動(dòng)力三角翼、固定翼等一般抗風(fēng)能力都在5級(jí)左右（9米左右）；熱氣球、動(dòng)力傘、滑翔傘都在4級(jí)風(fēng)以下（6米）比飛行較安全。風(fēng)力換算成所對(duì)應(yīng)的風(fēng)速：也就是單位時(shí)間內(nèi)空氣流動(dòng)的距離，用米/秒表示。其中，1級(jí)風(fēng)的風(fēng)速等于1米/秒；2級(jí)風(fēng)的風(fēng)速等于2米/秒。3級(jí)風(fēng)的風(fēng)級(jí)上加1，其風(fēng)速等于4米/秒。4到9級(jí)在級(jí)數(shù)上減去2再乘3，就得到相應(yīng)級(jí)別的風(fēng)速。

航拍效果除了航拍設(shè)備的要求以外，航拍人員的技術(shù)以及風(fēng)速的要求也很高的。所以說進(jìn)行航拍時(shí)候要考慮技術(shù)方面的問題之外還要注意來自外界的因素。

3.2 航拍人員的技術(shù)問題

除了來自外界的客觀因素外，航拍人員的技術(shù)質(zhì)量也決定了飛行的流暢度。對(duì)于不同類型的無人機(jī)，技術(shù)方面的要求也不同。對(duì)于長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)需要操作者長(zhǎng)時(shí)間的操控能力。對(duì)于微型無人機(jī)，它的起飛方式、著陸方式都有這一定的要求。對(duì)于我們實(shí)驗(yàn)的無人機(jī)，對(duì)于操作者的要求并不是很高，只需要操作人員靈活多變，及時(shí)查看飛行狀況。

4 后期圖像的處理

4.1 圖像處理

對(duì)于后期的圖像處理，我們一般選用photoshop軟件處理。圖像的處理包括對(duì)圖像的裁剪、對(duì)圖像的明暗色彩的調(diào)節(jié)等。

它也會(huì)對(duì)已有的位圖圖像進(jìn)行加工處理。處理過程中處了用鼠標(biāo)執(zhí)行，還可以使用用快捷鍵進(jìn)行操作。以下是一張利用活石2.4G四軸飛行器X300拍攝，經(jīng)過PS處理過的圖片。

4.2 視頻處理

edius是一種非線性編輯軟件，它具有完善的基于文件工作流程，提供了實(shí)時(shí)、多軌道、多格式混編、合成、色鍵、字幕、和時(shí)間輸出功能。利用該軟件編輯十分方便快捷。

5 結(jié)論

對(duì)于無人機(jī)航拍圖像，我們想要更好的拍攝效果，不僅需要技術(shù)上的要求，更要考慮天氣等外界因素以及更高成像質(zhì)量的攝像頭和航拍設(shè)備。再加上后期處理。

美麗的天空總是帶給我們無盡的向往，偉大瑰麗的科學(xué)技術(shù)總能引起我們的孩子般的好奇心。對(duì)于無人機(jī)的偉大構(gòu)想和航拍的進(jìn)一步發(fā)展，我們相信我們會(huì)在不懈的努力下有更加喜人的成績(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1]淳于江民，張珩.無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].飛航導(dǎo)彈，2005（02）：23-27.

作者單位

通化師范學(xué)院物理學(xué)院 吉林省通化市 134000