无人机概论电子教案-10 任务三 了解无人机的感知系统

章节名称任务三了解无人机的感知系统（第二部分：数据获取与摄影设备）授课安排2课时（90分钟），理论讲授+实训操作+小组研讨结合教学目的知识目标：1.了解无人机数据获取的核心设备（光学相机、红外热像仪等）；2.掌握摄影设备的关键参数（像素、ISO、曝光模式）；3.理解不同摄影设备的应用场景。

技能目标：1.能根据任务需求选择合适的摄影设备；2.能识别相机的核心参数并解释其意义。

素质目标：1.培养团队协作与任务规划能力；2.提升技术应用与实践创新意识。教学重点1.普通光学相机的关键参数（像素、ISO、曝光模式）；2.红外热像仪、微光相机的工作原理与应用；3.摄影设备与无人机的适配逻辑（如云台的作用）。教学难点1.曝光三要素（光圈、快门、ISO）的协同关系；2.合成孔径雷达（SAR）的“主动成像”原理；3.基于实际任务的摄影设备选型方法。教学环节教学内容教师活动学生活动设计意图（含思政融入点）时长课程引入复习回顾+任务导入：无人机“农业巡检”的数据需求1.复习提问：“无人机靠什么感知飞行姿态？靠什么测量相对地面高度？”

2.展示“无人机农业巡检成果图”（可见光航拍图、红外病虫害分布图），提问：“不同的巡检需求需要什么设备获取数据？”引出主题“数据获取与摄影设备”。1.集体回答复习问题，巩固上节课知识；

2.观察巡检图，猜想不同图像对应的摄影设备（如红外图对应热像仪）。复习衔接新旧知识，以农业场景为例体现技术的实用价值，渗透“科技助农”的思政理念。7分钟课程实施一、数据获取的核心载体——无人机摄影设备分类1.按成像原理分类：

-可见光设备：普通光学相机、VR全景相机、倾斜航测相机；

-特殊光设备：微光相机（夜间可见光）、红外热像仪（红外辐射）；

-主动成像设备：合成孔径雷达（SAR，主动发射电磁波）；

2.展示各类设备实物或图片，说明“不同设备对应不同数据需求”。1.绘制“摄影设备分类表”，标注类型、成像原理；

2.小组讨论：“夜间搜救应选择哪种设备？为什么？”（微光或红外相机，不受光线限制）分类梳理建立知识体系，场景化讨论培养应用思维，通过“搜救设备”案例渗透“技术服务民生”的理念。15分钟二、基础摄影设备：普通光学相机的关键参数1.核心参数解析：

-传感器：对比CCD（画质好、成本高）与CMOS（成本低、功耗小），说明无人机多采用CMOS；

-曝光三要素：

-光圈：控制进光量（F值越小光圈越大）；

-快门：控制曝光时间（高速快门抓拍运动物体）；

-ISO：控制感光度（数值越高越适应弱光，但噪点多）；

-像素与分辨率：解释“像素决定清晰度，分辨率决定图像尺寸”；

2.演示操作：用无人机机载相机调整曝光模式（自动、手动、快门优先）。1.记录“曝光三要素”的作用及调节规律；

2.观察教师操作，描述不同曝光模式的界面差异；

3.提问：“阴天拍摄时，应如何调节ISO？”（适当提高，增加感光度）参数解析结合实操演示，突破“曝光三要素”难点；通过参数调节练习，培养细致的操作习惯。25分钟三、特殊摄影设备与适配技术1.红外热像仪：

-原理：接收物体红外辐射，将温度差异转换为图像（高温区域呈红色，低温呈蓝色）；

-应用：电力巡检（检测设备发热故障）、农业病虫害识别（病株温度异常）；

2.合成孔径雷达（SAR）：

-原理：主动发射电磁波，通过多普勒效应合成“大孔径”，实现全天候成像（不受云层、烟雾影响）；

3.云台技术：

-作用：减震+姿态调节，保证拍摄画面稳定；

-类型：两轴（上下调节）、三轴（上下+左右+旋转调节）。1.对比“可见光图像与红外图像”的差异，标注红外图中的异常区域；

2.观察云台实物，识别其轴数及减震结构；

3.案例分析：“为何电力巡检无人机需搭载红外热像仪+三轴云台？”（热像仪测故障，云台防振动模糊）特殊设备结合行业应用，让学生感知技术的针对性；云台技术的讲解，渗透“细节决定成果质量”的工程严谨性。20分钟四、小组研讨：基于任务的设备选型实战1.布置任务场景：

-场景1：城市建筑倾斜摄影建模；

-场景2：夜间森林搜救；

-场景3：台风过后电力线路巡检；

2.分组研讨：每组选择1个场景，讨论“需选择哪些传感器+摄影设备”，说明理由；

3.各组代表发言，教师点评选型合理性。1.3-5人一组，结合本节课知识讨论选型方案；

2.撰写简要方案（设备清单+选型理由）；

3.听取其他小组发言，补充完善自身方案。实战研讨强化“按需选型”的核心能力，培养团队协作与逻辑表达能力；场景覆盖民生、工业领域，渗透“技术服务多行业”的理念。15分钟课程回顾与总结知识对比+巩固提问+任务布置1.表格对比：普通光学相机、红外热像仪、SAR的原理、优势、应用