最新的光学技术在无人机中的应用

今天的无人机有可以从高空、陆地、水下拍摄图像的高性能相机，大疆、Walkera、 Yuneec、Parrot的无人机拍摄质量已经提高到了一个新的高度。比如，大疆的Zenmuse禅思云台Z3的一体化可变焦航拍相机，能够进行最佳的静态摄影，它7倍的变焦镜头由3.5倍的光学镜头和2倍的无损变焦组成，可以创造22mm到77mm的等效聚焦范围。
无人机搭载多种传感器（包括多光谱、激光雷达、摄影测量和热能等感应装置），能够提供追踪飓风和其他天气系统的3D模型、农作物和矿山的3D地图以及其他用途。图像通常能够实时通过无线电信号传输给无人机驾驶者或者通过4G/LTE传输的FPV技术，无人机驾驶员在数英里之外仍能收到信号。

光机械设计灵感来自鸟颈

无人机的稳定系统对于高质量图像来说不可或缺，斯坦福的机械工程的副教授David Lentink从研究物的飞行作为设计无人机相机和其他系统的灵感和启示。Lentink和他的团队研究了天鹅和大雁在拍打翅膀和面对强气流时然能保持头部稳定的能力，研究结果显示这些鸟类颈部的功能类似汽车的悬挂装置。
一个无人机版“构造复杂的鸟颈”由一个一体相机和一个能使物体围绕单个轴旋转的枢轴支撑的平衡环组成。因为平衡环能够让相机不受无人机飞行时的震动干扰，相机能够捕捉高清画面、视频或3D图像。很多新一代的无人机采用3轴的平衡环，因为这能提供最好的摄像稳定性。

设计无人机成像光学系统的神器

在设计无人机的光学系统时，光学和机械工程师之间的综合至关重要，因为空间和重量要求让失败的物理原型（样机）的成本代价非常高昂。“如果（无人机）太重了飞不起来，那么再好的相机和稳定系统都不重要的，”Zemax的产品经理Andy Ferris如是说，“一个机械工程的决定可能会跟光学设计产生矛盾然后又得一次次的重头再研究设计，而现代的虚拟原型很好地解决了这个问题。”
OpticStudio® 和LensMechanix是工程师们为无人机设计光学系统时的会选择的使用两种软件。光学工程师会用OpticStudio这个顶级图像设计产品，机械工程会选择LensMechanix这个为唯一一个为光机械而设计的软件。这个Gold Certified SOLIDWORKS加载项包括了使用OpticStudio实际镜头尺寸设计光机组件的工具，无需STEP和IGES文件。通过模拟机械部件对虚拟样机中的光学设计的影响，机械工程师可以及早发现并纠正设计上的问题。相比在实际样机实验失败后再改动设计，在虚拟样机3D模型设计中的改动的成本极大地降低了。
通过使用上述软件，工程师团队把一个光学产品从概念变成现实并投入市场只需要极短的时间。

编译/Nick