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无人机内的FLIR Tau机芯:空中的“火眼”

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一说到无人机(简称UAV)大多数人会立即想到军用飞机,但UAV不只服务于军事用途。德国UAV制造商Coptersale.de公司就提供商用UAV,UAV上还搭载FLIR公司的Tau机芯。

来自Coptersale.de.公司的Johannes Thor表示,Tau机芯小巧,轻质,能耗极低,是UAV的一个完美组件。“从形状、重量、能耗和成像性能角度来考虑,市场中的确不存在能够跟Tau相媲美的其他机芯。”

Coptersale.de公司有两个主要成员:Johannes Thor和Peter Plischka。“Peter负责设计直升机框架,他是真正的直升机狂热者,不断创造出新设计。”

Johannes Thor专业出身不是直升机建造行业。“最开始,我是一名音响、视频工程师,为德国广播电台WDR——Rockpalast的注册交响乐团——做过一些纪录片,还做过一些公司视频。”

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对直升机坠毁极为不满

Thor继续说道:“我在制作公司视频的过程中需要用到航摄照片,后来发现最好是使用六旋翼UAV,所以我就找到了这些直升机。一开始我在一家成立已久的公司预定了一架直升机,但第三次飞行时,它就坠毁了,我对此非常不满。所以我开始拨弄这些直升机,给它们设置一些自制程序。”

“开始进行直升机制造不久便与Peter Plischka取得了联系。我们决定开始生产并销售能够进行空中摄像的直升机,并努力使它们比现有直升机使用起来更简单、更方便、且价格实惠。”

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“有所作用而已”

Thor的公司取得了成功,订单量源源不断,比较稳定。面对这样的成功,Thor对其中的原因了然于心,他说:“人们要的就是能起作用的东西罢了。”

Coptersale.de公司的直升机的电子产品来自HiSystems GmbH公司。“我们不打算重新发明方向盘,而是坚持我们所擅长的方向。所以Peter Plischka继续设计飞机框架,我设计视频固定件,然后我们一起组装并校准直升机。”他们直升机的一个创新之处在于点击关闭系统时非常简单,该关闭系统可用来粘贴并脱离单板电子计算机。

要求安装热像仪

然而,Thor不久后便意识到,可视图像还远远不够。“有客户开始要求直升机安装有热像仪。有一个大学提出想用直升机进行绝缘检查,尤其是用热像仪进行屋顶绝缘检查,这是我们收到的第一个要求,第二个要求来自爱尔兰的搜索和救援协会,他们想要在森林中寻找走丢的人。收到这些要求时,我们便明白了未来的发展方向。”

热像仪在完全漆黑的条件下也能看清

FLIR Tau红外热像仪无需任何光源便可呈现清晰图像,图像上的微小细节也能看清。但是,它们不仅能应用于完全漆黑的状况,白昼时间也能提供有价值的信息。热对比很难掩饰,这意味着,热像仪能够很清楚地呈现那些想要隐藏或伪装自己的人群。

与闭路电视摄像机不同,热像仪不会因为太阳强光,也不会因为烟、雾,尤其是各种天气状况而无法探测到目标。

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这些特点使热像仪非常适用于进行安全和监视活动,适用于穿过火灾时的烟雾寻找丢失人群及诸如挽救生命等其他领域。

FLIR Tau机芯:整合到UAV内部的最佳选择

客户的要求迫使Thor寻找一种小型、轻型且能耗较低的优质热像仪,后来找到了FLIR Tau红外热像仪机芯。根据Thor的解释,选择Tau红外热像仪理所应当。“Tau是目前市场上最小、最轻的一款热像仪,且能耗极低,低于1瓦特,而其他直升机的发动机消耗350瓦特左右,与此相比,Tau热像仪的能耗可以忽略不计。”

Tau热像仪机芯:UAV的一个完美组件列产生的热图像清晰可见,分辨率为320×256或640×512像素,可以在兼容复合视频的任何监视器上呈现。Thor为客户提供上述FLIR Tau机芯的两种分辨率。本文中所描述的测试飞行中使用的FLIR Tau红外热像仪机芯的分辨率为320×256像素。

FLIR Tau红外热像仪机芯的两种分辨率都对细微温差高度敏感,这让它们能够看见50mK的温差。FLIR Tau红外热像仪的准确大小为44.5×44.5×30.0毫米,重量为72克,

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FLIR Tau红外热像仪机芯包含免维护的非制冷氧化钒(VOx)焦平面阵列(FPA),阵能耗900毫瓦。Thor认为这样的一个组合使其成为UAV的完美构件。“Tau热像仪重量轻,能耗低,能够支持长时间飞行,若与其他飞机相比,肯定是唯一的不二之选。”

即插即用

此外,Tau机芯很容易集成。“用Tau机芯替换可见光相机时,其集成的简易程度让我很吃惊。就像视频摄像机使用电源和视频连接器就可工作一样,Tau机芯也即插即用。”

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得益于Tau红外热像仪机芯,此架无人机用于夜间搜索走失人群十分有效。

为了增强FLIR Tau红外热像仪机芯的图像质量,热像仪有内置先进的数字图像细节增强(DDE)的视频处理算法。DDE是一种锐化滤波器,有助于夜间和白昼状况下明晰图像棱角和其他细节处。在Thor看来,这种技术效果很好。“Tau红外热像仪可以识别细微的温差,就算是最小的细节处,也能在热图像上呈现出来。观察公园试飞中拍摄的一张热图像,从中可以看到任何一片草叶。”

可选最佳镜头

Tau热像仪机芯有各种镜头,可以适用于各种应用领域。“如果要将热像仪集成到UAV中,则需要找到远距离和宽阔视场角之间的适当平衡点,这样才能进行航拍。但是,如果视场角狭窄,热像仪上便会呈现直升机的振动情况,所以要将振动纳入考虑范围。于是,我建议对于320×240的Tau机芯,客户应当选择19毫米的镜头,如果他们喜欢640×480的Tau红外热像仪,我会建议最好使用13毫米的镜头。因为我觉得镜头会增强Tau红外热像仪的性能。”

Coptersale.de公司提供两种直升机:六旋翼直升机(有六叶旋翼)和八旋翼直升机(有八叶旋翼)。Thor表示,六旋翼直升机卖得最好。“六旋翼直升机与八旋翼直升机相比不那么稳定,但八旋翼直升机内含电动机较多,重量较重,所以飞行时间相对短20%。比如,这两种直升机带有同样的负荷,即,FLIR Tau红外热像仪,那么六旋翼直升机可飞行15分钟左右,而八旋翼直升机只能飞行12分钟左右。”

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容易驾驶

Thor表示,两种直升机相对来说都容易驾驶。“其他直升机要求不断校正才能使其处于控制当中,但我们的直升机不同,即使没有收到指令,也会自动保持平衡。得益于GPS定位系统和高度计读数,我们的直升机可以自动校正风的运动,从而保持在空中的同一位置。”

为实现平衡,单板电子计算机内还安装有3台陀螺仪传感器和3台加速传感器,每个传感器负责一根轴线。

无需控制

“我们的直升机无需进行人工校正,就可悬浮在空中同一位置。只要控制人员一停止控制,直升机就会根据GPS定位数据和内置高度计的读数仍然停留在空中,在同一位置悬浮。如果按了回去按钮,直升机便会回到起飞的地方。”

无忧模式

Thor解释说:“直升机内也包含我们所说的无忧模式。如果没有启动无忧模式,用控制器指向左边和右边,也就意味着指向直升机的左边和右边,但直升机的左边可能是操作人员的右边,那么可能对操作人员造成很大困惑,如果你们懂我的意思。”

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搜索范围

对于搜索和援救行动,直升机也有一定的搜索范围。“直升机使用GPS定位系统,停在之前决定的航点。这一特征使我们的直升机能够用来追踪走失或受伤人群。”

安装了FLIR Tau红外热像仪后,Coptersale.de公司的直升机则可面向更多的客户。“最近,本地警察也表示对我们安装有热像仪的直升机兴趣浓厚。”

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将热像仪安装在所期望的任何位置

我们的直升机还可应用于屋顶绝缘检查和太阳能电池板检查领域中。“要获得这些领域良好的视角很难,但若配有我们的直升机,便可将热像仪安装在所期望的任何位置,且保持完全静止状态,这样便可获得完美视角。”

Thor总结道:“Tau红外热像仪的确是我们直升机机载设备的完美组件,它大大提高了直升机的功能性,但几乎不会影响飞行时间。”


 

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