一种基于光机电一体化无人机定焦系统及定焦方法技术领域
本发明涉及光机电一体化技术领域，具体为一种基于光机电一体化无人机定焦系
统及定焦方法。
背景技术
随着科技的发展，及其逐渐在一些行业代替人类，无人飞行器在科技迅速发展的
大环境下快速发展，无人飞行器的定位很重要，现有的飞行器主要通过卫星定位系统和拍
摄图像定位系统，卫星定位系统的信号容易受到干扰，图像定位不够准确，会受到镜面定位
的误判情况，为此，我们提出了一种基于光机电一体化无人机定焦系统及定焦方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光机电一体化无人机定焦系统及定焦方法，以解
决上述背景技术中提出的现有的飞行器主要通过卫星定位系统和拍摄图像定位系统，卫星
定位系统的信号容易受到干扰，图像定位不够准确，会受到镜面定位的误判情况的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于光机电一体化无人机定焦
系统，包括相机外壳，所述相机外壳右端的顶部与底部均安装有超声波测距仪，所述相机外
壳的左端安装有连接支架，所述相机外壳的内腔安装有支撑滑轨，所述支撑滑轨的左侧壁
开有通槽，且支撑滑轨的右端贯穿相机外壳的右侧壁，所述支撑滑轨的右端安装有物镜，所
述物镜的直径与通槽的直径相同，所述相机外壳的内腔底部安装有调焦电机，所述调焦电
机输出轴的右端连接有螺杆，且支撑滑轨的左端固定安装有与螺杆相适配的螺母，所述相
机外壳的内腔纵向安装有棱镜和CCD成像板，且CCD成像板位于棱镜的左侧，所述超声波测
距仪电性输出连接可编程DSP处理芯片，所述可编程DSP处理芯片分别电性输入连接输入单
元、数据转换单元和反馈子系统，所述数据转换单元电性输入连接滤波电路，所述滤波电路
电性输入连接放大电路，所述放大电路电性输出连接图像采集子系统，所述图像采集子系
统电性输出连接反馈子系统，所述图像采集子系统电性输入连接调焦电机，所述调焦电机
电性输入连接驱动电路，所述驱动电路电性输入连接可编程DSP处理芯片。
优选的，两组所述超声波测距仪与相机外壳为平行设置，且超声波测距仪与相机
外壳固定连接。
优选的，所述图像采集子系统包括CCD成像板，所述CCD成像板电性输出连接图像
采集单元，所述图像采集单元电性输出连接图像转换单元，所述图像转换单元电性输出连
接图像采集处理器，所述图像采集处理器电性输出连接图像存储单元。
优选的，所述反馈子系统包括图像质量检测单元，所述图像质量检测单元为基于
计算机系统的图像检测系统，所述图像质量检测单元电性输出连接图像质量评定单元，所
述图像质量评定单元电性输出连接数据传输单元。
优选的，所述调焦电机为三相异步电机。
优选的，该基于光机电一体化无人机定焦系统的定焦方法具体步骤为：
S1：超声波定位：两组超声波测距仪同时对目标物进行距离测量，两组超声波测距
仪为平行设置，测量结果编程计算式为：测量取值＝两组超声波测距仪测量结果之和/2；
S2：粗调焦距：根据步骤S中的测量结果进行粗调焦距，可编程DSP处理芯片将测量
结果输出到驱动电路，驱动电路接收可编程DSP处理芯片的指令并通过电力转速调节器对
调焦电机进行驱动，调焦电机的输出端转动带动螺杆转动，螺杆与支撑滑轨上的螺母相互
作用使得支撑滑轨移动，支撑滑轨移动带动物镜移动，从而改变焦距；
S3：检测图像：CCD成像板上成像并将成像信息传输至图像采集单元，图像采集单
元将采集到的图像通过图像采集处理器分配处理，图像采集处理器将采集到的图像信息分
别传输至放大电路和反馈子系统，反馈子系统将图像的质量检测结果输出至可编程DSP处
理芯片，放大电路和滤波电路对采集的图像进行保真处理并通过数据转换单元传输至可编
程DSP处理芯片；
S4：焦距微调：可编程DSP处理芯片根据获取的图像信息和反馈信息作出判断，若
图像质量达标，则取此图样，若图像质量不足，可编程DSP处理芯片发出指令通过驱动电路
控制调焦电机进行焦距微调，焦距微调为在测量距离等距微调，微调的范围通过输入单元
输入，直至获取最佳成像图像。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于光机电一体化无人机定焦系统，通
过超声波测距仪进行初次定位，再通过相机的微调使得定位时间缩短，定位更加准确。
附图说明
图1为本发明相机外壳结构示意图；
图2为本发明相机外壳内腔结构示意图；
图3为本发明系统原理图；
图4为本发明图像采集子系统原理图；
图5为本发明反馈子系统原理图；
图6为本发明调焦步骤图。
图中：1相机外壳、2超声波测距仪、3连接支架、4支撑滑轨、5物镜、6调焦电机、7螺
杆、8棱镜、9CCD成像板、10可编程DSP处理芯片、11输入单元、12数据转换单元、13滤波电路、
14放大电路、15图像采集子系统、16反馈子系统、17驱动电路、18图像采集单元、19图像转换
单元、20图像采集处理器、21图像存储单元、22图像质量检测单元、23图像质量评定单元、24
数据传输单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
根据背景技术提出的“卫星定位系统的信号容易受到干扰，图像定位不够准确，会
受到镜面定位的误判情况”，通过超声波定位与图像定位共同作用，提高定位信息的准确
率。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种基于光机电一体化无人机定焦系
统，包括相机外壳1，相机外壳1右端的顶部与底部均安装有超声波测距仪2，用于测量距离，
相机外壳1的左端安装有连接支架3，起到支撑作用，相机外壳1的内腔安装有支撑滑轨4，支
撑滑轨4与相机外壳1的右端相配合，支撑滑轨4的左侧壁开有通槽，且支撑滑轨4的右端贯
穿相机外壳1的右侧壁，支撑滑轨4的右端安装有物镜5，物镜5的直径与通槽的直径相同，便
于调整，相机外壳1的内腔底部安装有调焦电机6，调焦电机6输出轴的右端连接有螺杆7，且
支撑滑轨4的左端固定安装有与螺杆7相适配的螺母，相机外壳1的内腔纵向安装有棱镜8和
CCD成像板9，且CCD成像板9位于棱镜8的左侧，能够直接接收CCD成像板9上产生的图像信
息，超声波测距仪2电性输出连接可编程DSP处理芯片10，数据根据使用调整，可编程DSP处
理芯片10分别电性输入连接输入单元11、数据转换单元12和反馈子系统16，输入单元11对
控制数据进行输入设定，反馈子系统16根据成像效果进行反馈，可编程DSP处理芯片10做进
一步控制微调，数据转换单元12电性输入连接滤波电路13，过滤电路中的干扰信号，滤波电
路13电性输入连接放大电路14，放大电路14电性输出连接图像采集子系统15，图像采集子
系统15电性输出连接反馈子系统16，图像采集子系统15电性输入连接调焦电机6，调焦电机
6电性输入连接驱动电路17，驱动电路17对电路中的调焦电机6进行通断路和转速调节，驱
动电路17电性输入连接可编程DSP处理芯片10。
其中，两组超声波测距仪2与相机外壳1为平行设置，且超声波测距仪2与相机外壳
1固定连接，图像采集子系统15包括CCD成像板9，CCD成像板9电性输出连接图像采集单元
18，图像采集单元18电性输出连接图像转换单元19，图像转换单元19电性输出连接图像采
集处理器20，图像采集处理器20电性输出连接图像存储单元21，反馈子系统16包括图像质
量检测单元22，图像质量检测单元22为基于计算机系统的图像检测系统，对于图像质量进
行检测，图像质量检测单元22电性输出连接图像质量评定单元23，图像质量评定单元23电
性输出连接数据传输单元24，调焦电机6为三相异步电机，方便控制，转速和转向可调。
一种基于光机电一体化无人机定焦系统的定焦方法，该基于光机电一体化无人机
定焦系统的定焦方法具体步骤为：
S1：超声波定位：两组超声波测距仪2同时对目标物进行距离测量，两组超声波测
距仪2为平行设置，测量结果编程计算式为：测量取值＝两组超声波测距仪2测量结果之和/
2；
S2：粗调焦距：根据步骤S1中的测量结果进行粗调焦距，可编程DSP处理芯片10将
测量结果输出到驱动电路17，驱动电路17接收可编程DSP处理芯片10的指令并通过电力转
速调节器对调焦电机6进行驱动，调焦电机6的输出端转动带动螺杆7转动，螺杆7与支撑滑
轨4上的螺母相互作用使得支撑滑轨4移动，支撑滑轨4移动带动物镜5移动，从而改变焦距；
S3：检测图像：CCD成像板9上成像并将成像信息传输至图像采集单元18，图像采集
单元18将采集到的图像通过图像采集处理器20分配处理，图像采集处理器20将采集到的图
像信息分别传输至放大电路14和反馈子系统16，反馈子系统16将图像的质量检测结果输出
至可编程DSP处理芯片10，放大电路14和滤波电路13对采集的图像进行保真处理并通过数
据转换单元12传输至可编程DSP处理芯片10；
S4：焦距微调：可编程DSP处理芯片10根据获取的图像信息和反馈信息作出判断，
若图像质量达标，则取此图样，若图像质量不足，可编程DSP处理芯片10发出指令通过驱动
电路17控制调焦电机6进行焦距微调，焦距微调为在测量距离等距微调，微调的范围通过输
入单元11输入，直至获取最佳成像图像。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。