無人機在史上首次使用是在越戰(zhàn)時期作為一種比真人駕駛更為安全、成本更低的方式來操控軍用飛機。今天，無人機已經(jīng)廣泛運用在軍事、民用和商業(yè)應(yīng)用中。到2020年，無人機市場將超過1000億美元，將涉及建筑、農(nóng)藥、保險、海上石油、氣體采集、公共安全、新聞行業(yè)、邊境防衛(wèi)、房地產(chǎn)、公共事業(yè)、管道、礦業(yè)、清潔能源、攝影、電影等行業(yè)和領(lǐng)域。在如此巨大的市場潛力下，以更快地進入市場尤為關(guān)鍵。

 

        最新的光學(xué)技術(shù)在無人機中的應(yīng)用

        今天的無人機有可以從高空、陸地、水下拍攝圖像的高性能相機，大疆、Walkera、 Yuneec、Parrot的無人機拍攝質(zhì)量已經(jīng)提高到了一個新的高度。比如，大疆的Zenmuse禪思云臺Z3的一體化可變焦航拍相機，能夠進行最佳的靜態(tài)攝影，它7倍的變焦鏡頭由3.5倍的光學(xué)鏡頭和2倍的無損變焦組成，可以創(chuàng)造22mm到77mm的等效聚焦范圍。
        無人機搭載多種傳感器（包括多光譜、激光雷達、攝影測量和熱能等感應(yīng)裝置），能夠提供追蹤颶風和其他天氣系統(tǒng)的3D模型、農(nóng)作物和礦山的3D地圖以及其他用途。圖像通常能夠?qū)崟r通過無線電信號傳輸給無人機駕駛者或者通過4G/LTE傳輸?shù)腇PV技術(shù)，無人機駕駛員在數(shù)英里之外仍能收到信號。

        光機械設(shè)計靈感來自鳥頸

        無人機的穩(wěn)定系統(tǒng)對于高質(zhì)量圖像來說不可或缺，斯坦福的機械工程的副教授David Lentink從研究物的飛行作為設(shè)計無人機相機和其他系統(tǒng)的靈感和啟示。Lentink和他的團隊研究了天鵝和大雁在拍打翅膀和面對強氣流時然能保持頭部穩(wěn)定的能力，研究結(jié)果顯示這些鳥類頸部的功能類似汽車的懸掛裝置。
        一個無人機版“構(gòu)造復(fù)雜的鳥頸”由一個一體相機和一個能使物體圍繞單個軸旋轉(zhuǎn)的樞軸支撐的平衡環(huán)組成。因為平衡環(huán)能夠讓相機不受無人機飛行時的震動干擾，相機能夠捕捉高清畫面、視頻或3D圖像。很多新一代的無人機采用3軸的平衡環(huán)，因為這能提供最好的攝像穩(wěn)定性。

        設(shè)計無人機成像光學(xué)系統(tǒng)的神器

        在設(shè)計無人機的光學(xué)系統(tǒng)時，光學(xué)和機械工程師之間的綜合至關(guān)重要，因為空間和重量要求讓失敗的物理原型（樣機）的成本代價非常高昂。“如果（無人機）太重了飛不起來，那么再好的相機和穩(wěn)定系統(tǒng)都不重要的，”Zemax的產(chǎn)品經(jīng)理Andy Ferris如是說，“一個機械工程的決定可能會跟光學(xué)設(shè)計產(chǎn)生矛盾然后又得一次次的重頭再研究設(shè)計，而現(xiàn)代的虛擬原型很好地解決了這個問題。”
        OpticStudio® 和LensMechanix是工程師們?yōu)闊o人機設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)時的會選擇的使用兩種軟件。光學(xué)工程師會用OpticStudio這個頂級圖像設(shè)計產(chǎn)品，機械工程會選擇LensMechanix這個為唯一一個為光機械而設(shè)計的軟件。這個Gold Certified SOLIDWORKS加載項包括了使用OpticStudio實際鏡頭尺寸設(shè)計光機組件的工具，無需STEP和IGES文件。通過模擬機械部件對虛擬樣機中的光學(xué)設(shè)計的影響，機械工程師可以及早發(fā)現(xiàn)并糾正設(shè)計上的問題。相比在實際樣機實驗失敗后再改動設(shè)計，在虛擬樣機3D模型設(shè)計中的改動的成本極大地降低了。
        通過使用上述軟件，工程師團隊把一個光學(xué)產(chǎn)品從概念變成現(xiàn)實并投入市場只需要極短的時間。

編譯/Nick