第六单元-无人机综合实践

第六部分

综合实践导语：通过前面五部分内容的学习，相信同学们对无人机的发展史、种类、结构已经有了基本了解，对无人机的感觉器官、大脑、动作有了更深入的认识，同时也一定亲身体验了无人机如何操控。本部分主要介绍无人机航拍比赛、无人机花样队列赛、无人机任务赛的相关知识、竞赛规则，以及三项竞赛的竞赛技巧，希望同学们能够通过本部分内容的学习和实践，熟悉竞赛规则，掌握竞赛技巧，成为一名优秀的小飞控师！第一章无人机航拍比赛导语：很多同学在周末或节假日的时候，都和爸爸妈妈一起出去游玩过，也用手机或相机拍过很多漂亮的相片，不过，相信绝大多数同学都没有用无人机拍过照片吧！那么什么是无人机航拍，无人机航拍和我们常见的手机、相机拍照有哪些区别呢？怎样才能拍出一张精美的航拍照片呢？下面我们就来一起了解一下吧。第一节了解摄影及无人机航拍基础知识一、什么是无人机航拍无人机航拍摄影是以无人驾驶飞机作为空中平台,以机载遥感设备,如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成图像。是集成了高空拍摄、遥控、遥测技术、视频影像微波传输和计算机影像信息处理的新型应用技术。简单地讲，就是在无人机上安装上拍摄设备，我们在地面上通过设备遥控无人机飞到空中去拍照或录像。因为是从高空往下拍，能拍出很大面积的照片，所以拍出的照片都很有震撼力、场面显得特别宏大、特别有气势，这是我们在地面上用手机或者相机很难达到的效果。下面有两幅航拍的照片一起欣赏一下吧。看到上面这气势磅礴、美轮美奂的照片，是不是很多同学已经跃跃欲试想要操控无人机拍上几张了呢？不要着急，想要拍出好的航拍照片，先要了解一些基础的摄影知识，比如怎么才能使拍出的照片清晰，怎么才能使拍出的照片有层次感，怎么才能使拍出的照片让人觉得十分漂亮？让我们来一起了解一下吧。二、摄影基础知识1、什么是摄影？当我们拍照时，被拍摄的景物（人）反射出的光线通过照相镜头和控制曝光量的快门聚焦后，被摄景物在暗箱内的感光材料上形成潜像，经冲洗处理（即显影、定影）构成永久性的影像，这种技术称为摄影术。2、摄影中的几个基础术语：（1）镜头：由一系列光学镜片和镜筒所组成，是光线通过的窗口；（2）焦距，也称为焦长，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜中心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片光学中心到底片、CCD（作用就像胶片一样，能够把光学影像转化为数字信号）或CMOS（制作数码影像器材的感光元件）等成像平面的距离。（3）曝光：快门打开时，光线透过镜头，经过光圈，进入暗室，最后照在成像材料上，这个过程称为曝光。（4）曝光量：曝光量是指一次曝光中光线的多少。如果曝光量过低会使得照片颜色发暗，如果曝光量过高会使照片颜色发白，过低或过高都会使照片中的细节丢失。曝光量通常是由光圈值和快门速度共同决定的。（5）快门：控制曝光量多少的装置（6）光圈：是限制光束通过的机构。光圈值是指暗室窗口的大小，光圈值越低，窗口越大，则透进的光越多，使得曝光量增加，反之亦然。（7）景深：镜头对准拍摄主体时，被摄体与其前后的景物有一段清晰的范围，这个范围就叫做景深。拍摄的主体离镜头越近，景深越小；主体离镜头越远，景深越大。（8）SM闪存卡：能存储照片和视频的媒介。（9）单反相机（SLR）：摄影者可以从取景器中直接观察到通过镜头的影像。（10）构图一词是英语COMPOSITION的译音，为造型艺术的术语。它的含义是：是指如何把人、景、物安排在画面当中以获得最佳布局的方法，各部分组成、结合、配置并加以整理出一个艺术性较高的画面。3、常见问题（1）照片拍不清晰①对焦不准：在进行拍摄时，调节相机镜头，使距离相机一定距离的景物清晰成像的过程，叫做对焦，没有对好焦，自然照片拍不清晰。②相机抖动③拍摄主体移动（2）红眼（Redeye）：数码相机在闪光灯模式下拍摄人像时，在照片上人眼的瞳孔呈现红色斑点的现象。红眼消除系统有多种不同的实现方式，不过都是基于同一个概念：减少瞳孔的放大程度，使得照射到视网膜上的光线减少，从而减轻红眼现象。现在常用的消除红眼方式有两种，其中一种方法是在和镜头方向视网膜一致的方向上发射出明亮的光线，另外一种方法是先启动闪光灯然后再曝光，或者缩短闪光灯持续时间。三、无人机航拍拍摄中的构图技巧介绍完摄影的基础知识，再来介绍一下无人机航拍中比较重要的部分——航拍构图。著名艺术家罗丹说过“生活中到处都有美，对于我们的眼睛，不是缺少美，而是缺少发现。那么对于无人机航拍来说，怎么才能拍出有气势、有美感、有层次感的美图呢？下面我们来一起学习一下吧。技巧一：三分法构图，天地人和这是最常用的技巧，具体如图一所示：将画面分割为三等份，如拍摄风景的时候选择1/3放置天空或者1/3放置地面都是风景摄影师常用的构图方法。1：2的画面比例可以有重点地突出需要强化的部分。天空比较漂亮的话可以保留大部分的天空元素，整体画面也显得更为融洽，航拍中较适合于自然景观层次分明的素材拍摄。

图一：三分法构图，天地人和图二：向心式构图，万向牵引图三：S形构图，曲韵丰景图四：星罗式构图，凌乱的韵律图五：V型构图，风景剪刀图六：九宫格构图，黄金分割点图七：二分法构图，平分秋色图八：对称式构图，平衡美感图九：平行线构图，有条不紊图十：消失点构图，意境悠长技巧二：向心式构图，万向牵引如图二表示：主体处于中心位置，而四周景物呈朝中心集中的构图形式，能将人的视线强烈引向主体中心，并起到聚集的作用。具有突出主体的鲜明特点，航拍中较适用于建筑拍摄。技巧三：S形构图，曲韵丰景如图三所示：河流、人造的各种曲线建筑都是拍摄S型构图的良好素材，曲线与直线的区别在于画面更为柔和、圆润。不同景深之间通过S型元素去贯通，可以很好地营造空间感。给人想象的空间。带有曲线元素的画面让人物造型变得更加丰富，免除了平淡和乏味，航拍中在这类场景中应用的非常多。技巧四：星罗式构图，凌乱的韵律图4所示是广为流传的一个经典航拍图，其就是星罗式布置的典型：将重复元素随机排布在画面当中，因重复元素具有统一性的缘故，棋盘式构图可以获得一种特殊的协调性，画面具有不一般的韵律。而因为随机性的缘故，很容易引起观图者的好奇心。技巧五：V型构图，风景剪刀这类技巧多用于大型企业厂房的航拍构图中，见图五：V型构图的用意与S型构图相同，可以有效增加画面的空间感，同时让画面得到了更为有趣的分割。不同的是曲线换成了直线，画面变得有棱有角。直线条更容易分割画面。让画面各个元素之间的关系变得微妙起来。技巧六：九宫格构图，黄金分割点黄金分割法是一个美学经典，也被用在摄影上，同样是一个经典，如图一：被摄主体或重要景物放在“九宫格”交叉点的位置上。“井”字的四个交叉点就是主体的最佳位置。一般认为，右上方的交叉点最为理想，其次为右下方的交叉点。但也不是一成不变的。这种构图格式较为符合人们的视觉习惯，使主体自然成为视觉中心，具有突出主体，并使画面趋向均衡的特点，航拍中大多素材拍摄时适用。技巧七：二分法构图，平分秋色两分法构图就是将画面分为等份的两部分，这在风景照的拍摄中经常使用。如图二线条所示：将画面分成相等的两部分，容易营造出宽广的气势。风景照中，一半天空一半地面，两部分的内容显得沉稳和谐。这样的照片四平八稳，容易出好片，但画面冲击力方面略欠。技巧八：对称式构图，平衡美感将画面左右或上下一分为比例2:1的两部分，形成左右呼应或上下呼应，表现的空间比较宽阔。其中画面的一部分是主体，另一半是陪体。航拍中适用于运动、风景、建筑等拍摄。技巧九：平行线构图，有条不紊自然界或者人为设置都可以拍到平行线的画面，这类画面的特点在于规整与元素重复，可以让画面营造出特别的韵味。尤其是自然界的重复元素，可以更好地烘托主题。技巧十：消失点构图，意境悠长透视规律告诉我们了近大远小的透视规则，所以在远方，我们可以看到平行线汇聚于一点，这个点被称作消失点，多选择这类画面进行构图不但可以让画面更具冲击力，而且平行线会引导观看照片的人将视线移至消失点，使得画面的空间感更强一些。若是拍摄创意人像，还可以将人物放置在消失点让观看者最终的焦点集中在人物身上。可以获得视觉效果不错的风景。第二节掌握无人机航拍操控技巧上一节中我们一起了解了什么是无人机航拍，也学习了一下基本的摄影技术和构图技巧，不过要想拍出一张好的照片，除了上述知识和技巧还不够哦，还需要有非常好的无人机操控技巧，接下来让我们一起学习一下吧。一、无人机航拍中的操控技巧及注意事项1、飞行前的检查在操作无人机飞行前应对无人机的各个部件做相应的检查，无人机的任何一个小问题都有可能导致在飞行过程中出现事故或损坏。因此在飞行前应该做充足的检查，防止意外发生。（1）机械部分：①上电前应先检查机械部分相关零部件的外观，检查螺旋桨是否完好，表面是否有污渍和裂纹等（如有损坏应更换新螺旋桨，以防止在飞行中飞机震动太大导致意外）。检查螺旋桨旋向是否正确，安装是否紧固，用手转动螺旋桨查看旋转是否有干涉等。②检查电机安装是否紧固，有无松动等现象（如发现电机安装不紧固应停止飞行，使用相应工具将电机安装固定好）用手转劢电机查看电机旋转是否有卡涩现象，电机线圈内部是否干净，电机轴有无明显的弯曲。③检查机架是否牢固，螺丝有无松动现象。④检查云台转动是否顺畅，云台相机是否安装牢固。⑤检查飞行器电池安装是否正确，电池电量是否充足。⑥检查飞行器的重心位置是否正确。（2）电子部分：①检查各个接头是否紧密，插头不焊接部分是否有松动、虚焊、接触不良等现象（杜邦线，XT60，T插头，香蕉头等）。②检查各电线外皮是否完好，有无刮擦脱皮等现象。③检查电子设备是否安装牢固，应保证电子设备清洁，完整，并做好一些防护（如防水、防尘等）。④检查电子罗盘、IMU等的指向是否和飞行器机头指向一致。⑤检查电池有无破损，鼓包胀气，漏液等现象（如出现上述情况，应立即停止飞行，更换电池），测量电池电压容量是否充足（建议每次飞行前都应把电池充满电）。⑥检查遥控器设置是否正确，遥控器电池电量是否充足，各档位是否处在相应位置，各摇杆微调是否为0，上电前油门应处亍最低位置。注：如本次飞行场地和上一次飞行场地有较大变动时，建议起飞前重新做磁罗盘校准。2、上电后的检查飞行器通断电顺序：起飞前先上遥控器电，再上飞行器电源；降落时先断飞行器电源，再关遥控器电源。（1）检查电调指示音是否正确。LED指示灯闪烁是否正常。（2）检查各电子设备有无异常情况（如异常震动，异常声音，异常发热等）。（3）检查云台工作是否正常。（4）解锁轻微推动油门，观察各个电机是否旋转正常。3、飞行过程中（1）飞手应时刻清楚飞行器的姿态、飞行时间、飞行器位置等重要信息。（2）确保飞行器和人员处于安全距离。（3）确保飞行器有足够的电量能够安全返航。（4）若进行超视距飞行，应密切监视地面站中显示的飞行器姿态，高度、速度、电池电压、GPS卫星数量等重要信息。（5）若飞行器发生较大故障不可避免发生坠机可能时，要首先确保人员安全。（6）飞行器飞行结束降落后，确保遥控器已加锁，然后切断飞机电源，再切断遥控器电源，然后关闭其他各类电子设备电源。（7）飞行完后检查电池电量，飞行器外观检查，机载设备检查。（8）整理设备。4、维护注意事项：（1）锂电池长期不使用时应将电池进行放电处理，单片电芯的保存电压建议维持在3.8V左右。否则会对电池的使用寿命产生影响。（2）锂电池单片的满电电压不能超过4.2V，过度的充电有可能导致电池鼓包甚至会有爆炸的危险。（3）锂电池充电时应注意充电电流不能太大，不应超过电池规定的充电电流。（4）锂电池应远离易燃易爆物品存放。（5）特别注意事项：①调试飞行器时一定确保螺旋桨未安装于电机上（禁止螺旋桨安装于电机上时进行调试飞行器操作，否则有可能发生意外事故）。②严禁室内、室外带桨手持测试，如有特殊测试需求，请务必带上护目镜。③严禁近身起飞，飞行器起飞请务必保持距离3米以上。④严禁地面突然急推油门起飞，避免飞行器姿态出错不可控撞向人群。⑤严禁非测试飞手外其他人员擅动遥控器，避免误操作导致意外发生。⑥严禁任何情况下手接降落飞行器。⑦严禁飞行器降落后，桨未停转或未自锁拿起飞行器，务必保证飞行器自锁后再行移动。二、特殊情形下的操控技巧1、在山区航拍首先要对地形和天气状况有仔细观察，做到飞行航线内尽量排除危险因素。我们都知道载人飞机的航班都会在平流层(空气流动变化较小)飞行，我们在选择航线的时候也要找到飞行的安全区。其实低空航拍中，风速和风向的变化是多样的，在不同高度的状况和地面上所感知的有很大差异。如果预报3级持续风，那么由于被山体阻挡，在风道内流速会增加，当地的地形会让风速和风向产生变化，和天气预报会有偏差。如何判断风速？首先要观察山上树叶的情况，判断风的通道可能在哪里，高度是多少，至少确认在一定区域内是非常安全的，并以此作参考来规划拍摄航线。这样既保证了拍摄要求，又可以保障项目执行中的安全。遇到紧急情况飞机失控怎么破？你遇到过这种情况吗？眼睁睁地看着飞机向一个方向远去，但你却不知所措，只能干瞪眼。不知不觉中，错过黄金救援时间，使得昂贵的飞机不见踪影。在山谷中遇到突然袭来的强风，飞机突然不受控制地往一个方向跑怎么办？不要慌张!深吸一口气，先扶稳遥控器。然后通过判断飞机方向。让飞机温和的从风道中脱离，飞出危险区域。这就是为什么我们的飞行课程中，最基础的就是时刻掌握飞行状态，掌握远距离判断机头方向技巧。遇到危险的时候，如果能分清机头方向，挽回损失的概率会大大增高。2、夜景航拍（1）夜景拍摄主要是拍摄城市灯光建筑，否则黑咕隆咚没啥可拍的，所以在飞行高度、距离要尽量缩短，避免干扰。（2）白天提前观察好地形，做到心中有数，大体行走路线上别出现晚上看不到的障碍。特别是留意空中如果有电线，绝对不能玩，晚上那就是陷阱。（3）选择站在稍微空旷一点的广场起飞，避免飞到高楼后面，否则容易出现图传信号丢失。（4）在稍微离开人群的地方起飞