夜間飛行:用紅外線配備升級你的FPV無人機

三月 24, 2017
Facebook
Twitter
用第一人稱視角(FPV)飛行時,不管是反應時間、影片延遲時間還是飛行時間,分秒必爭。不想因為太陽下山就打包回家?以下是黑暗中用紅外線攝影機和照明輔助飛行的作法。你可以搭配市面上的其他商品和Maker的創意,享受無人機飛行樂趣,一秒都不要浪費。
材料

  • 紅外線迷你攝影機 Sony Super HAD II(15~35美元)或RunCam Owl夜視攝影機(40~65美元)
  • 紅外線安全投射燈如CMVision IR30或Univivi U03R(*或其他你可以買得到的牌子)
  • 鋰電池,3S或4S用於投射燈。你需要用FPV供電給攝影機。
  • 鋰電池電源引線,搭配你的鋰電池
工具

  • 烙鐵
  • 3D印表機(非必要)

打造夜視功能

1.選擇夜視專用紅外線攝影機
如果攝影機在低光源下什麼都看不到,就無法飛行。從傍晚進入沒有月光的晚上時,戶外環境光從100流明降低到0.0001流明。這樣的黑暗相當具有挑戰性。我用兩個夜視紅外線攝影機進行飛行測試,測量它們的夜間效能。兩種都是小巧輕量型的攝影機,可吃5V~24V直流電(可用2S、3S或4S電池)。特別感謝萊納‧馮‧韋伯(Rainer Von Weber)(vondrone.com)和舊金山無人機學校的幫忙!
照度(單位:流明)    
0.0001 lux
0.002 lux
0.27–1.0 lux
3.4 lux
50 lux
80 lux
100 lux
表面照明來自:
沒有月亮的陰暗夜空(星光)
有「夜輝」的無月亮晴朗夜空
晴朗夜晚的滿月
晴朗天空下最暗的曙暮光
家中的客廳燈
辦公室走廊/廁所照明
非常暗的陰天
Sony Super HAD II,600TVL,28mm×28mm
有濾紅外線(濾光片在感測器上)和感紅外線兩種版本可選
最低照度:0.01流明(滿月)
日/夜:自動/色彩/B&W(B&W模式下解析度可增加到650VTL)
白平衡:手動/自動/自動追蹤
特色:2.1/2.8/3.6mm鏡頭選擇、數位降噪、動態範圍大、視控調整選單和控制器
RunCam Owl,700VTL,19mm×19mm
紅外線過濾:在鏡頭上,可移除
最低照度:0.0001流明(星光)
日/夜:自動
白平衡:自動
特色:1/2″ f/2.0 150°廣角鏡頭、電壓調節、內建麥克風
Sony的28mm迷你相機是FPV標準配備,其感紅外線版本在適當照度下運作良好。但是RunCam Owl是專門為FPV夜間飛行所設計,在我的測試中表現壓倒性勝利。
 
訣竅:移除Sony濾紅外線攝影機感光耦合元件上(不是鏡頭上)的紅外線濾光片,就會變成感紅外線攝影機。
 
2. 安裝你的紅外線攝影機
a. 移除你目前的FPV設備。
b. 裝設你的紅外線攝影機:黃線是訊號線、紅色是電源線、黑色是地線。我做了一個通用的3D列印殼,可以將Sony攝影機固定在我的無人機上;你可以到Tinkercad上下載檔案。Owl體積很小,用它原本的殼就可以了。
c. 上電前,確定線接對方向,確定電壓正確。
d. 確認攝影機正常運作後,如果需要的話進行攝影機的設定。RunCam Owl不需設定也沒有控制器,裝上去就可以用了。Sony有詳細的螢幕設定(OSD)選單,你可以根據當時環境調整攝影機。夜間飛行有些參數可以設定,以減少延遲。最重要的是強制進入B&W模式,同時減少快門速度至1/60。
圖片

不可見的投射燈光

你的夜間飛行成功了,你也喜歡所看到的夜間景色,但對於太暗以至於夜視攝影機也看不清楚的地方仍感不滿。
 
不如用紅外線照明破解黑暗吧!在光譜上,紅外光是紅色可見光之外人眼看不見的光。但透過科技,我們可以獲得生物的夜視能力,只須移除攝影機的紅外線過濾器,並加上紅外光源。
圖片

可見光譜示意圖

3. 選擇並移植紅外線投射燈
我找到兩種不同的安控用紅外線投射燈,把裡面的電路板挖出來裝在我的無人機上。兩種系統都是12VDC,發出850nm紅外光,可用傳統3S和4S電池(直接布線雖可行但不建議,因為一個不注意,不可見光就會快速耗盡無人機的電力,所以我直接加一顆3S電池。)
 
CMVision IR30廣角紅外線燈
30顆高功率紅外線LED,輻射寬度50′
 
Univivi U03R 90°陣列式紅外線燈
4顆大型高功率LED,輻射寬度100′
 
兩款我都測試過,發現四顆LED的光線比較集中,在戶外投射距離較遠。30顆小顆LED適合速度較慢、周邊視覺比較重要的室內飛行。就看你的用途。你也可以試試用高電壓電池取得更強的紅外光。

*中文版編輯部註:可於網路上搜尋「紅外線投射燈」或「紅外線投射器」來找到您方便取得的器材。

4. 自製紅外線無人機投射燈
a. 移除紅外線陣列上的金屬殼。
b. 剪掉原本的雙芯電源線,接上新的電源線以連接一顆絕緣電池(建議用這個方式)或是無人機的電源。
c. 將紅外線陣列安裝於無人機上,使其角度與FPV攝影機相同。你可以到這裡下載我的直徑2″投射燈固定架3D列印檔,並列印出來。
d. 開啟紅外線陣列。你可以看到Sony攝影機在只有環境光和開啟30-LED紅外線燈時的差異——差很多吧!
現在你已經準備好劃破黑暗了。記住,夜間飛行時,就算有科技的協助,最好還是先瞭解環境,熟悉最佳狀況下仍不容易看見的障礙物。出發吧!

圖片

賈斯汀‧凱利 Justin Kelly
一位專業Maker(proto.house)、熱血的快速發明家,並對造型有著獨到的品味。他的3D列印Nerf玩具槍改造事業(lasergnomes.com)曾刊登於《MAKE》Vol.50(國際中文版Vol.26)。

(譯:江惟真)
[原文]
​(本文出自《MAKE》國際中文版Vol.28:無人機革命
Social media & sharing icons powered by UltimatelySocial