無人機(jī)在史上首次使用是在越戰(zhàn)時(shí)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(jī)。今天，無人機(jī)已經(jīng)廣泛運(yùn)用在軍事、民用和商業(yè)應(yīng)用中。到2020年，無人機(jī)市場將超過1000億美元，將涉及建筑、農(nóng)藥、保險(xiǎn)、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(jìn)入市場尤為關(guān)鍵。

 

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

        今天的無人機(jī)有可以從高空、陸地、水下拍攝圖像的高性能相機(jī)，大疆、Walkera、 Yuneec、Parrot的無人機(jī)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(jī)，能夠進(jìn)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(jī)搭載多種傳感器（包括多光譜、激光雷達(dá)、攝影測量和熱能等感應(yīng)裝置），能夠提供追蹤颶風(fēng)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(shí)通過無線電信號傳輸給無人機(jī)駕駛者或者通過4G/LTE傳輸?shù)腇PV技術(shù)，無人機(jī)駕駛員在數(shù)英里之外仍能收到信號。

        光機(jī)械設(shè)計(jì)靈感來自鳥頸

        無人機(jī)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(jī)械工程的副教授David Lentink從研究物的飛行作為設(shè)計(jì)無人機(jī)相機(jī)和其他系統(tǒng)的靈感和啟示。Lentink和他的團(tuán)隊(duì)研究了天鵝和大雁在拍打翅膀和面對強(qiáng)氣流時(shí)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(jī)版“構(gòu)造復(fù)雜的鳥頸”由一個一體相機(jī)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?yàn)槠胶猸h(huán)能夠讓相機(jī)不受無人機(jī)飛行時(shí)的震動干擾，相機(jī)能夠捕捉高清畫面、視頻或3D圖像。很多新一代的無人機(jī)采用3軸的平衡環(huán)，因?yàn)檫@能提供最好的攝像穩(wěn)定性。

        設(shè)計(jì)無人機(jī)成像光學(xué)系統(tǒng)的神器

        在設(shè)計(jì)無人機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，光學(xué)和機(jī)械工程師之間的綜合至關(guān)重要，因?yàn)榭臻g和重量要求讓失敗的物理原型（樣機(jī)）的成本代價(jià)非常高昂。“如果（無人機(jī)）太重了飛不起來，那么再好的相機(jī)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(jī)械工程的決定可能會跟光學(xué)設(shè)計(jì)產(chǎn)生矛盾然后又得一次次的重頭再研究設(shè)計(jì)，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(jī)設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)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(jì)產(chǎn)品，機(jī)械工程會選擇LensMechanix這個為唯一一個為光機(jī)械而設(shè)計(jì)的軟件。這個Gold Certified SOLIDWORKS加載項(xiàng)包括了使用OpticStudio實(shí)際鏡頭尺寸設(shè)計(jì)光機(jī)組件的工具，無需STEP和IGES文件。通過模擬機(jī)械部件對虛擬樣機(jī)中的光學(xué)設(shè)計(jì)的影響，機(jī)械工程師可以及早發(fā)現(xiàn)并糾正設(shè)計(jì)上的問題。相比在實(shí)際樣機(jī)實(shí)驗(yàn)失敗后再改動設(shè)計(jì)，在虛擬樣機(jī)3D模型設(shè)計(jì)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(tuán)隊(duì)把一個光學(xué)產(chǎn)品從概念變成現(xiàn)實(shí)并投入市場只需要極短的時(shí)間。

編譯/Nick