圖為:航拍無人機
一個名叫“北京舒克Man”的視頻突然火了。也許是因為長時間的霧霾天讓人有飛上云霄逃離混沌的沖動,視頻中的主人公化身超人,以飛行中的第一視角展示了北京的數個地標。人類或許不會飛,但每個人都可以借助遙控航拍無人機實現飛行夢。這一期發燒KE,我們就來“燒”一“燒”航拍無人機。
所謂航拍無人機,就是民用遙控飛行器加上攝影機。拋開飛艇、氣球這一類型,無人機與飛機一樣,也區分成固定翼與旋翼飛行器兩種。但針對“航拍”這個主題,固定翼飛機因為需要專門的開闊地用于降落,并且無法實現懸停,用于航拍的實例并不多。相反的,旋翼飛行器更易控制,懸停更是先天優勢。
民用飛機中,單旋翼飛機是旋翼飛行器的主力軍,一般直接叫做直升飛機。超過兩幅旋翼的飛機屈指可數,比如美國波音公司生產的CH-47“支奴干”縱列式雙旋翼飛機,或是由波音合貝爾公司合作制造的V-22“魚鷹”傾轉旋翼飛機。
就單旋翼直升飛機來說,主旋翼提供升力,主旋翼軸可以前后左右傾斜控制方向,一般還需要飛機尾部的尾槳抑制旋翼導致的機身轉動。這種控制方式非常復雜,駕駛直升飛機的難度遠超固定翼飛機。這樣的控制方式在小型飛行器上難以實現,很不經濟。
遙控飛行器從單軸到多軸的變化,某種程度上就是遙控玩具飛機到航拍無人機的發展史。一般的遙控飛機玩具都盡量模仿直升飛機的樣子,采用單個旋翼的設計。一般直升飛機因為一個旋翼旋轉產生力矩導致機身旋轉,所以需要尾槳。在超過三個軸的飛行器上,旋翼產生的力矩就能夠互相平衡,控制飛機運動的方式也就變成了調整數個旋翼的轉速是飛機朝特定方向傾斜,實現朝特定方向前進。
螺旋槳數量的增加一方面讓遙控飛行器越來越穩定,同時負重能力也同時在增加。正是穩定與負重讓遙控玩具脫離了“玩具”的本質,變成了平民能夠實現飛行夢想的理想工具。讓我們今天要說的航拍器,基本上都是3個旋翼以上,以四軸為主。
飛機雖小,但五臟俱全
目前,市場上有很多“開盒即飛”的成品航拍無人機。航拍無人機之所以稱之為無人機而不是遙控飛機,是因為其具有的眾多傳感器——比如氣壓計,陀螺儀,超聲波雷達,GPS——能夠保證航拍器穩定智能的飛行。在飛行中,無人機利用氣壓計監控飛行高度,利用GPS衛星信號讓飛行器穩定懸停。
但是航拍無人機有一點和遙控玩具是一致的,那就是遙控。大多數航拍器用2.4GHz信號的無線電遙控器控制,一般的遙控距離1000米左右,如果飛行器意外離開遙控范圍,通常會提供按照預先設定的GPS定位點自動返航的功能,在電池電壓過低時則會自動緊急降落。
但無人機當然也更智能。因為搭載了GPS模塊的原因,可以實現定點巡航——利用GPS坐標和高度信息設定一系列路徑點,航拍無人機也可以按照路徑點自動巡航。不過,一般用于航拍的時候,都使用手動控制用以獲取最佳的視角以及躲避可能的危險。
如果按照1000米的控制距離估計,以航拍器的體積早已超出了人類的肉眼可見范圍。這種情況一般使用無限傳輸圖像技術來解決。現在用于小型飛行器的圖傳設備已經非常成熟,在飛行器上安裝小型輪狀天線,利用5.8GHz頻率回傳圖像非常穩定,有效距離與飛行器的控制距離相當。
航拍器拍視頻還有一個大問題是震動,受限于小尺寸CMOS的特性,震動會導致視頻像果凍一樣晃動。因為這幾年出現了諸如GoPro這樣的運動相機,很多無人機就原生配備了針對運動相機的減震云臺。“舒克Man”團隊所用的航拍器是在圈中很火的“大疆小精靈”,拍攝就是用外掛的GoPro相機完成。