無人機概論電子教案-10 任務三 了解無人機的感知系統

章節名稱任務三了解無人機的感知系統（第二部分：數據獲取與攝影設備）授課安排2課時（90分鐘），理論講授+實訓操作+小組研討結合教學目的知識目標：1.了解無人機數據獲取的核心設備（光學相機、紅外熱像儀等）；2.掌握攝影設備的關鍵參數（像素、ISO、曝光模式）；3.理解不同攝影設備的應用場景。

技能目標：1.能根據任務需求選擇合適的攝影設備；2.能識別相機的核心參數并解釋其意義。

素質目標：1.培養團隊協作與任務規劃能力；2.提升技術應用與實踐創新意識。教學重點1.普通光學相機的關鍵參數（像素、ISO、曝光模式）；2.紅外熱像儀、微光相機的工作原理與應用；3.攝影設備與無人機的適配邏輯（如云臺的作用）。教學難點1.曝光三要素（光圈、快門、ISO）的協同關系；2.合成孔徑雷達（SAR）的“主動成像”原理；3.基于實際任務的攝影設備選型方法。教學環節教學內容教師活動學生活動設計意圖（含思政融入點）時長課程引入復習回顧+任務導入：無人機“農業巡檢”的數據需求1.復習提問：“無人機靠什么感知飛行姿態？靠什么測量相對地面高度？”

2.展示“無人機農業巡檢成果圖”（可見光航拍圖、紅外病蟲害分布圖），提問：“不同的巡檢需求需要什么設備獲取數據？”引出主題“數據獲取與攝影設備”。1.集體回答復習問題，鞏固上節課知識；

2.觀察巡檢圖，猜想不同圖像對應的攝影設備（如紅外圖對應熱像儀）。復習銜接新舊知識，以農業場景為例體現技術的實用價值，滲透“科技助農”的思政理念。7分鐘課程實施一、數據獲取的核心載體——無人機攝影設備分類1.按成像原理分類：

-可見光設備：普通光學相機、VR全景相機、傾斜航測相機；

-特殊光設備：微光相機（夜間可見光）、紅外熱像儀（紅外輻射）；

-主動成像設備：合成孔徑雷達（SAR，主動發射電磁波）；

2.展示各類設備實物或圖片，說明“不同設備對應不同數據需求”。1.繪制“攝影設備分類表”，標注類型、成像原理；

2.小組討論：“夜間搜救應選擇哪種設備？為什么？”（微光或紅外相機，不受光線限制）分類梳理建立知識體系，場景化討論培養應用思維，通過“搜救設備”案例滲透“技術服務民生”的理念。15分鐘二、基礎攝影設備：普通光學相機的關鍵參數1.核心參數解析：

-傳感器：對比CCD（畫質好、成本高）與CMOS（成本低、功耗小），說明無人機多采用CMOS；

-曝光三要素：

-光圈：控制進光量（F值越小光圈越大）；

-快門：控制曝光時間（高速快門抓拍運動物體）；

-ISO：控制感光度（數值越高越適應弱光，但噪點多）；

-像素與分辨率：解釋“像素決定清晰度，分辨率決定圖像尺寸”；

2.演示操作：用無人機機載相機調整曝光模式（自動、手動、快門優先）。1.記錄“曝光三要素”的作用及調節規律；

2.觀察教師操作，描述不同曝光模式的界面差異；

3.提問：“陰天拍攝時，應如何調節ISO？”（適當提高，增加感光度）參數解析結合實操演示，突破“曝光三要素”難點；通過參數調節練習，培養細致的操作習慣。25分鐘三、特殊攝影設備與適配技術1.紅外熱像儀：

-原理：接收物體紅外輻射，將溫度差異轉換為圖像（高溫區域呈紅色，低溫呈藍色）；

-應用：電力巡檢（檢測設備發熱故障）、農業病蟲害識別（病株溫度異常）；

2.合成孔徑雷達（SAR）：

-原理：主動發射電磁波，通過多普勒效應合成“大孔徑”，實現全天候成像（不受云層、煙霧影響）；

3.云臺技術：

-作用：減震+姿態調節，保證拍攝畫面穩定；

-類型：兩軸（上下調節）、三軸（上下+左右+旋轉調節）。1.對比“可見光圖像與紅外圖像”的差異，標注紅外圖中的異常區域；

2.觀察云臺實物，識別其軸數及減震結構；

3.案例分析：“為何電力巡檢無人機需搭載紅外熱像儀+三軸云臺？”（熱像儀測故障，云臺防振動模糊）特殊設備結合行業應用，讓學生感知技術的針對性；云臺技術的講解，滲透“細節決定成果質量”的工程嚴謹性。20分鐘四、小組研討：基于任務的設備選型實戰1.布置任務場景：

-場景1：城市建筑傾斜攝影建模；

-場景2：夜間森林搜救；

-場景3：臺風過后電力線路巡檢；

2.分組研討：每組選擇1個場景，討論“需選擇哪些傳感器+攝影設備”，說明理由；

3.各組代表發言，教師點評選型合理性。1.3-5人一組，結合本節課知識討論選型方案；

2.撰寫簡要方案（設備清單+選型理由）；

3.聽取其他小組發言，補充完善自身方案。實戰研討強化“按需選型”的核心能力，培養團隊協作與邏輯表達能力；場景覆蓋民生、工業領域，滲透“技術服務多行業”的理念。15分鐘課程回顧與總結知識對比+鞏固提問+任務布置1.表格對比：普通光學相機、紅外熱像儀、SAR的原理、優勢、應用