Experimental Evaluation of Damping Suspension Performance for Unmanned Aerial Vehicle Camera Equipment Using Combined Optical Flow and Inertial Sensor Analysis
Another Title
Экспериментальное исследование работы демпферных подвесов для съёмочной аппаратуры беспилотных летательных аппаратов на основе комплексного анализа оптического потока и сигналов инерциальных датчиков
Bibliographic entry
Experimental Evaluation of Damping Suspension Performance for Unmanned Aerial Vehicle Camera Equipment Using Combined Optical Flow and Inertial Sensor Analysis = Экспериментальное исследование работы демпферных подвесов для съёмочной аппаратуры беспилотных летательных аппаратов на основе комплексного анализа оптического потока и сигналов инерциальных датчиков / A. A. Lamaka, L. V. Katkovsky, P. V. Ivuts [et al.] // Приборы и методы измерений. – 2026. – № 2. – С. 108-116.
Abstract
Ensuring stabilization of imaging equipment onboard unmanned aerial vehicles is a critical factor for the quality of aerial photography and spectrometric measurements, while objective comparative assessment of the effectiveness of various damping suspensions under real flight conditions remains a methodologically challenging task. Аim of this work was an experimental evaluation of the damping suspensions for UAV payloads effectiveness using integrated analysis of IMU data and computer vision. Studies were carried out on a system based on the Matrice 300 RTK unmanned aerial vehicle and a Raspberry Pi data logger. Damping suspensions operating in compression and tension were compared with rigid mounting. Methods used for video stream analysis to determine the amplitude-frequency characteristics of the imaging system orientation angles were described. Data processing methods from the inertial measurement unit to obtain information on the dynamics of orientation angles are indicated. A method for integrated processing of camera and IMU data is disclosed, which allows combining the low-frequency accuracy of optical flow with the broad bandwidth of inertial sensor measurements. The effectiveness of different types of damping suspensions was investigated at drone flight speeds from 1 to 7 m/s. It was found that the best performance was exhibited by a suspension with silicone dampers operating in compression, which reduced the energy of vibration processes by up to 77 % in the range from 0 to 85 Hz.
Abstract in another language
Обеспечение стабилизации съёмочной аппаратуры на борту беспилотных летательных аппаратов является критическим фактором качества аэрофотосъёмки и спектрометрических измерений, при этом объективная сравнительная оценка эффективности различных демпферных подвесов в реальных условиях полёта остаётся методически сложной задачей. Целью работы являлась экспериментальная оценка эффективности демпферных подвесов для полезной нагрузки беспилотных летательных аппаратов с использованием комплексного анализа данных инерциального измерительного модуля и компьютерного зрения. Исследования выполнены на комплексе с беспилотным летательным аппаратом Matrice 300 RTK и регистратором данных на Raspberry Pi. Демпферные подвесы, работающие на сжатие и растяжение, сравнивались с жёстким креплением. Описываются использованные методы анализа видеопотока для определения амплитудно-частотных характеристик углов ориентации съёмочной системы. Указываются методы обработки данных инерциального измерительного модуля для получения информации о динамике углов ориентации. Раскрывается методика комплексной обработки данных камеры и инерциального блока, позволяющая объединить низкочастотную точность оптического потока и широкополосность измерений инерциальных датчиков. Проводились исследования эффективности работы типов демпферных подвесов на скоростях полёта дрона от 1 до 7 м/с. Установлено, что лучшей эффективностью обладает подвес с силиконовыми демпферами, работающими на сжатие, который позволяет уменьшать энергию вибрационных процессов на величину до 77 % в диапазоне от 0 до 85 Гц.
View/
Collections
- Т. 17, № 2[9]