گیمبال دوربین پرنده

پرنده گیمبال دار برای تصویربرداری هوایی جزء ضروریات است. در این مطلب، اطلاعاتی درباره اجزاء گیمبال پرنده بدست خواهید آورد.

این اطلاعات شامل موتور های براشلس گیمبال سه محوره، واحد های کنترل گیمبال (GCU)، سیستم های IMU و ضد لرزش می باشد. جدید ترین پرنده ها، پایداری خیلی خوبی در پرواز و گیمبال حتی در شرایط حاد جوی دارند که نتیجه پیشرفت در همه اجزاء پرنده، شامل نرم افزار هایی که این اجزاء را کنترل می کنند است. امروزه بیشتر پرنده های با کیفیت از دوربین های 4k نیز بهره می برند که شامل تنظیمات بسیاری برای تصویر برداری هوایی در همه شرایط نوری – و حتی برخی دارای قابلیت دید در شب – هستند.

گیمبال چیست؟

گیمبال – چه در نوع دستی چه نوع هوایی – فیلمبردار را قادر می سازد تا تصویری بدون لرزش داشته باشد. گیمبال های سه موتوره (سه-محوره) می توانند دوربین را هنگام حرکت فیلمبردار، در همه محور ها (پن، رول، تیلت) تراز کنند. یک IMU به حرکت ها پاسخ داده و سه موتور خود را تنظیم می کند تا دوربین تراز شود. استبیلایزر با بهره گیری از الگوریتم، می تواند لرزش های تصادفی را از حرکت آرام تشخیص دهد. این موجب می شود که دوربین، معلق در هوا به نظر برسد. سصیستم های کنترل پرواز پرنده ها و گیمبال های هوایی، پیشرفت چشمگیری را در دو سال اخیر تجربه کرده اند. در گذشته، کنترل بسیار کمی بر دوربین نصب شده روی پرنده بود. می بایست قبل از تیک آف، دوربین را روشن کرده و در حالت ضبط قرار دهید. هیچ کنترلی بر گیمبال یا دوربین پس از تیک آف نداشتید. آخرین پرنده ها دارای گیمبال و دوربین یکپارچه بوده و می توان آنها را از راه دور کنترل کرد. امروزه می توان تصویر از دید اول شخص داشته و حتی به صورت زنده در یوتیوب نمایش داد.

اجزای گیمبال پرنده

گیمبال شرح داده شده، مدل DJI Zenmuse Z15-5D III (HD) بوده و مناسب برای دوربین Canon 5D Mark III می باشد. بیشتر گیمبال های هوایی مشابه اند بنابراین اگر اجزای این مدل را متوجه شوید، اکثر گیمبال های UAV موجود در بازار را درک خواهید کرد.

گیمبال پرنده 2 یا 3 محوره

گیمبال های سه محوره، پایداری بهتری را نسبت به دو محوره دارند، چراکه ویدیو را در هر سه محور (یاو، پیچ و رول) تراز می کنند. این در حالی است که گیمبال دو محوره تنها در دو محور پیچ و رول تراز می کند.

حرکت های تصادفی و لرزش افقی در گیمبال دو محوره به علت فقدان پایداری در محور یاو مشهود تر است. گیمبال های سه محوره می توانند لرزش را به مقدار زیاد و بعضی اوقات بطور کامل حذف کنند که به دلیل موتور سومی است که کمک می کند حرکت ناخواسته در محور یاو جذب شود. هر چند که گیمبال های سه محوره نسبت به نوع دو محوره سنگین تر و گرانقیمت تر هستند. همچنین به علت وجود سه موتور، توان بیشتری از باتری می کشند.

زوایا و موتور های براشلس گیمبال

سه ماژول درایور سروو (پن، رول، تیلت) وجود دارد تا گیمبال را تغذیه کند. بیشتر اجزاء گیمبال پرنده از جمله موتور ها برای دوربین یا سنسور خاصی طراحی شده اند. روش طراحی باعث فیلمبرداری تقریبا عالی می شود چراکه گیمبال به وزن و تعادل دوربین مخصوص تنظیم شده است.

امروزه تقریبا همه گیمبال های پرنده با موتور های براشلس کنترل می شوند. تفاوت بین براش دار و براشلس واضح است. موتور های براشلس فاقد براش هستند. البته تفاوت در طراحی بیش از این است. در موتور براشلس، مگنت ها حول روتور قرار گرفته اند. راندمان، ویژگی ابتدایی موتور براشلس است. چون روتور در بر دارنده مگنت ها بوده و به تغذیه نیاز ندارد، پس نیازی به اتصال، کوموتاسیون و براش ندارد. به جای این ها، موتور نیازمند یک مدار کنترلی است.

حرکت های محوری گیمبال پرنده

پن (یاو): حرکت یاو، حرکت جانبی گیمبال به چپ و راست است. بیشتر گیمبال های پرنده حرکت 360 درجه ای دارند.

اگر پرنده ای با بازو های کشویی داشته باشید، دید واضح 360 درجه خواهید داشت. پرنده های DJI Inspire 1 و Walkera Voyager 3 بازوهای کشویی دارند.

رول: زاویه رول مثبت، دوربین را به راست و چپ هدایت می کند. Zenmuse Z15 زاویه حرکت رول ±15 درجه ای دارند.

تیلت (پیچ): حرکت بالا و پایین گیمبال و دوربین است. در دیاگرام گیمبال بالا می توان دید که گیمبال فوق -90 تا +15 درجه حرکت دارد.

زوایای فیلمبرداری هوایی بالا

پرنده های مدرن در هر سه محور پرواز می کنند. با توانایی کنترل دوربین و گیمبال پرنده در هر سه محور، کنترل کاملی بر دید های فیلمبرداری هوایی وجود دارد. تنها با گذشت چند سال، آخرین سیستم های فلایت کنترل با گیمبال های خیلی خوب تراز شده، کیفیت فیلمبرداری هوایی عالی پدید می آورد.

جاذب میرا کننده ضد لرزش

این واحد ها عملکرد بسزایی در کاهش یا میرا کردن فرکانس های متوسط به بالای وارد شده از پرنده به دوربین را دارا می باشند و در حالی است که حرکت های واقعی فرکانس پایین را که مربوط به قاب پرنده است میرا نمی کند.

برخی دمپر های ضد لرزش DIY از فوم، توپ های لاستیکی و حتی گوشگیر (ear plug) ساخته شده اند.

البته اینها تجهیزات ابتدایی بوده و قیمت زیادی ندارند بنابراین خوب است که بهترین دمپر هایی را که می توانید قرار دهید استفاده کنید.

یک دمپر حرفه ای از فیبر کربن با ضد لرزش با لایه های 4 توپ لاستیکی مخصوص گیمبال طراحی شده، ساخته شده است.

IMU گیمبال پرنده

بیشتر گیمبال های پرنده از قبیل Zenmuse Z15 یک IMU درون خود دارند. این Zenmuse حتی یک ماژول اضافه مادون قرمز درون خود دارد. IMU گیمبال از الگوریتم های برنامه نویسی شده ای استفاده می کند که تقریبا کل پایداری را ساخته و کنترل بدون دردسری را به اپراتور می دهد.

چون IMU داخلی است، گیمبال نیازی به تجهیزات اضافی یا سیم کشی نداشته که باعث کاهش وزن و امکان شروع سریعتر فیلمبرداری را می دهد. شاتر می تواند از راه دور با یک گیرنده مادون قرمز کنترل شود.

IMU می تواند در گذر زمان غیر همراستا شده و حتی از محفظه خارج شود. دوربین باید در زاویه دید صحیح، افق را با یک خط راست فیلمبرداری کند. وقتی که غیرهمراستا شود، مشکلات تیلت افق می تواند بوجود آید. روشهایی برای تصحیح آن از قبیل کالیبراسیون IMU پرنده و گیمبال وجود دارد.

IMU وسیله ای الکترونیکی است که نیروی ویژه بدنه، سرعت زاویه ای و گاهی اوقات میدان مغناطیسی احاطه کننده بدنه را با استفاده از ترکیب شتاب سنج و جایروسکوپ و بعضی اوقات نیز مغناطیس سنج اندازه می گیرد. اطلاعات جمع آوری شده از سنسور های IMU امکان مسیریابی موقعیت پرنده را توسط کامپیوتر میسر می سازد.

واحد کنترل گیمبال پرنده (GCU)

GCU یک کامپیوتر ساده است که اطلاعات را از جایرو گرفته و به موتور های گیمبال فرمان می دهد که چگونه حرکت کنند. GCU به سیستم فلایت کنترل متصل شده و با آن ارتباط برقرار می کند تا به کنترل گیمبال کمک کند. همزمان اطلاعات ویدیویی را به کانال فرستنده (downlink) برای ارسال ویدیو تحویل می دهد. مثال هایی از سیستم های فلایت کنترل، DJI N3 و DJI A3 و اتوپایلوت Pixhawk از 3DR هستند.

دوربین ها و سنسور ها

همه اجزاء اشاره شده در بالا بدون دوربین یا سنسور برای تصویربرداری هوایی یا سه بعدی مناسب نیستند. گیمبال باید دارای قرارگیری و پیچ ها و کابل های مناسب باشد تا دوربین را به گیمبال و واحد کنترل متصل کند.

تجهیزات پشتیبانی کننده گیمبال/دوربین

تجهیزاتی مثل IOSD Mark II یک ماژول BEC داخل خود دارند که از باتری های 3S-6S پشتیبانی می کند که تغذیه دوربین و کنترلر اصلی را فراهم می کند که قابلیت اطمینان منبع تغذیه را بهبود می دهد.

وقتی از تجهیزاتی مثل DJI IOSD MARK II در اتصال با فلایت کنترلر استفاده شود، تجربه پرواز بهتر و پایدار تری به عمل می آید که یعنی لرزش انتقالی کمتر به گیمبال و دوربین رخ می دهد.