專利名稱：超高分辨率多角度航空照相機系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
:本實用新型屬于光電儀器技術領域，具體指一種超高分辨率多角度航空照相機系統(tǒng)。
技術背景:隨著數(shù)字地球、數(shù)字城市概念的不斷推進，建立基于真實坐標的三維城市模型具有重要意義，對于城市規(guī)劃、城市導航、虛擬漫游等具有重要的應用價值。傳統(tǒng)的城市三維模型的建立，主要依靠航拍圖像進行大量的后期處理得到。由于傳統(tǒng)的航空攝影測量，只能獲取建筑物單一的垂直方向的影像，而無法獲取側(cè)面紋理，側(cè)面紋理只有通過后期人工對建筑物進行地面拍攝，并通過大量的圖像處理方法，人工軟件貼圖獲得。該方法，工作量大，費時費力，而且受到客觀因素影響，如拍照距離和拍照角度等。而且所獲得的城市三維影像，并不是基于真實的三維坐標。多角度航空攝影測量，采用多臺相機在不同角度同時曝光，同一時刻獲取地面景物在不同角度的圖像，可以通過后期的軟件處理，獲得城市基于真實坐標的三維影像，大大提高了城市三維建模的效率。由于受制于各種條件，現(xiàn)有的航空多角度攝影測量系統(tǒng)，一般采用非航空用途的相機，分辨率不夠高，航空適應性不強，直接影響后期圖像的效果
實用新型內(nèi)容
:本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，實現(xiàn)最高分辨率的航空多角度攝影測量，并具有分辨率高、兼容性強、使用方面的特點。本實用新型的技術解決方案如下:一種超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，特點征在于其構成包括:飛行穩(wěn)定平臺、設置在該飛行穩(wěn)定平臺上的姿態(tài)測量裝置和至少包括三臺超大面陣畫幅式航空照相機的傳感器頭部、以及與該傳感器頭部連接的飛行控制系統(tǒng)和分布式控制和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。所述的姿態(tài)測量裝置與所述的傳感器頭部剛性連接。所述的傳感器頭部包括一基座，在基座上設置有五臺8000萬像素超高分辨率航空照相機，一臺航空照相機的攝像頭垂直向下，另外四臺航空照相機的攝像頭分別指向垂直、前視、后視、左視、右視五個角度，航空照相機視軸中心與基座垂直方向夾角為42° 45°。其中，垂直方向提供地面景物的正射影像，其它四個角度分別提供景物在四個不同方向的側(cè)面影像。在所述的傳感器頭部下方連接有升降機構。所述的升降機構包括旋轉(zhuǎn)手柄、絲杠螺母、絲杠和升降架；所述的絲杠螺母固定在升降架上，所述絲杠的一端與旋轉(zhuǎn)手柄連接，絲杠螺母擰在該絲杠上，通過旋轉(zhuǎn)手柄帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，使得絲杠螺母實現(xiàn)升降，進而帶動升降架升降。在所述的絲杠附近還設置有直線導軌，提高升降架的直線運動精度，增加機構剛度，保證升降穩(wěn)定。傳感器頭部在飛機起飛時收進機艙，在起飛后伸出機艙進行工作。航拍的方案預先在飛行控制系統(tǒng)中進行設置，在飛機飛抵預定目標上方時，飛行控制系統(tǒng)給出一個曝光觸發(fā)脈沖，提供給航空照相機，五臺航空照相機外觸發(fā)信號進行級聯(lián)，以實現(xiàn)同步曝光，同時航空照相機在曝光時刻向外輸出一個曝光信號，輸出給姿態(tài)測量裝置，以記錄曝光時刻相機的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。姿態(tài)測量裝置的主要部件慣性測量單元(IMU)與傳感器頭部剛性連接，以保證測量的準確性。飛行穩(wěn)定平臺，用于保證超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)在航拍過程中的姿態(tài)穩(wěn)定性。所述的分布式控制和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)由六臺小型工業(yè)控制計算機通過網(wǎng)絡連接，其中五臺計算機分別用于控制五臺照相機，并進行數(shù)據(jù)傳輸和存儲，另外一臺計算機用于顯示人機界面。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:(I)實現(xiàn)最高分辨率的航空多角度攝影測量，并具有分辨率高、兼容性強、使用方面的特點。(2)實現(xiàn)在1000米航高時IOcm地面分辨率，所獲得數(shù)據(jù)可以用于地面三維模型的
直接反演。(3)兼容多種飛機、兼容多種姿態(tài)測量裝置，兼容多種飛行穩(wěn)定平臺和飛行控制系統(tǒng)。(4)傳感器頭部可實現(xiàn)升降，在飛機起飛時收進機艙，在起飛后伸出機艙進行工作。(5)廣泛適用于航空攝影測量領域，以實現(xiàn)超高分辨率、多角度、高效率的航空攝影測量。

:圖1是本實用新型超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)的組成框圖。圖2是本實用新型中傳感器頭部的安裝示意圖。圖3a是本實用新型中傳感器頭部收縮的狀態(tài)圖。圖3b是本實用新型中傳感器頭部伸長的狀態(tài)圖。
具體實施方式
:
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型技術方案做詳細的說明，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。請先參閱圖1和圖2，圖1是本實用新型超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)的組成框圖，圖2是本實用新型中傳感器頭部的安裝示意圖，如圖所示，一種超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，包括:飛行穩(wěn)定平臺4、設置在該飛行穩(wěn)定平臺4上的姿態(tài)測量裝置2和至少包括三臺超大面陣畫幅式航空照相機的傳感器頭部1、以及與該傳感器頭部I連接的飛行控制系統(tǒng)3和分布式控制和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)5。傳感器頭部I包括一基座，在基座上設置有五臺8000萬像素超高分辨率航空照相機，其中一臺航空照相機的攝像頭垂直向下，另外四臺航空照相機傾斜，航空照相機視軸中心與基座垂直方向夾角為42° 45°。五臺航空照相機分別實現(xiàn)垂直、前視、后視、左視、右視五個角度的圖像采集。姿態(tài)測量裝置2與傳感器頭部I剛性連接，保證姿態(tài)測量裝置2與傳感器頭部I的姿態(tài)完全一致，以測量傳感器頭部I的空間三維坐標和三軸姿態(tài)。飛行控制系統(tǒng)3，用于航拍的路徑規(guī)劃，及航拍時的曝光觸發(fā)，在飛機飛抵預定區(qū)域后，飛行控制系統(tǒng)發(fā)出觸發(fā)脈沖給相機陣列1，觸發(fā)傳感器頭部中5臺超高分辨率航空相機同時曝光。傳感器頭部I與姿態(tài)測量裝置2的組合體置于飛行穩(wěn)定平臺4之上，飛行穩(wěn)定平臺可以提供俯仰、橫滾、偏航三軸的姿態(tài)校正，用于保證航拍的姿態(tài)穩(wěn)定。分布式控制和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)5，由六臺小型工業(yè)控制計算機組成局域網(wǎng)絡，其中五臺工業(yè)控制計算機分別對應控制五臺超高分辨率航空照相機，以實現(xiàn)曝光控制、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲，另一臺工業(yè)控制計算機用于向操作員提供人機界面。本實用新型超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)各部分的具體技術指標如下:(I)傳感器頭部傳感器頭部I由五臺高分辨率航空照相機組成，分別實現(xiàn)垂直、前視、后視、左視、右視五個角度的圖像采集，其結(jié)構如附圖2所示。其中第一臺航空照相機1-1為垂直相機，指向飛機的正下方，用于獲得正射影像。四臺傾斜相機，第二臺航空照相機1-2指向飛機飛行的右下方，第三臺航空照相機1-3指向飛機飛行的后下方，第四臺航空照相機1-4指向飛機飛行的左下方，第五臺航空照相機1-5指向飛機飛行的前下方。四臺傾斜相機的相機視軸中心與垂直方向夾角為42° 45°可變。> 1臺垂直相機+4臺傾斜相機>傾斜相機光軸夾角:42° 45°>單視場像素:IO32OX77M (8OOO萬像素)>像兀分辨率:0.1milkm, 0.05mi500m>快門速度:l/30s l/1600s> 傳感器頭部尺寸:C>444mmx680mm>存儲容量:240GB/單臺相機>最小拍照間隔:3s；>兼容IMU =Applanix TYPE-21、TYPE-31、TYPE-14，AreoControIIMU-1Id>兼容穩(wěn)定平臺:PAV30、PAV80、GSM3000、Z/I Mount>總功率:400W>電源輸入:28VDC>工作溫度:_10。to 40。C(14° to 104。F)五臺高分辨率航空照相機均為8000萬像素，幅面為10320X7752。相機的具體型號為PhaseOne iXA180航空照相機，具體指標為:>分辨率:10320X7752 (80MP)>動態(tài)范圍:>72dB>幅面比例:4:3>4目元尺寸:5.2um[0055]> CCD 有效尺寸:53.7 X 40.4mm> ISO:35-800>快門速度:l/4000s (焦平面快門)；l/1600s (中心快門)>電源輸入:12- 30VDC>功耗:20W>尺寸:120X 114X128.5mm (WXHXD)>重量:1.6Kg其中垂直相機可以選配相移補償功能，以在更慢的快門速度下，保持圖像清晰。傳感器頭部下方連接有升降機構，實現(xiàn)升降，其行程為25cm，以利在不同飛機上的安裝，如圖3所示。絲杠螺母1-7固定在升降架上1-10。通過旋轉(zhuǎn)手柄1-6帶動絲杠1-8旋轉(zhuǎn)，絲杠1-8旋轉(zhuǎn)使得絲杠螺母1-7實現(xiàn)升降，進而帶動升降架1-10升降。在絲杠1-8附近設有直線導軌1-9，提高升降架1-10的直線運動精度，增加機構剛度，保證升降穩(wěn)定。在飛機起飛前，傳感器頭部處于收縮狀態(tài)，飛機觀察窗口艙門關閉；飛機起飛后，觀察窗口艙門打開，通過搖桿實現(xiàn)傳感器頭部伸長，伸出觀察窗口外，進行航拍作業(yè)。(2)姿態(tài)測量裝置姿態(tài)測量裝置采用Applanix公司POS AV系列產(chǎn)品或AreoControl產(chǎn)品，測量飛行時的位置和姿態(tài)，并進行數(shù)據(jù)記錄。姿態(tài)測量裝置可以兼容App I an i X TYPE-21、TYPE-31、TYPE-14 型號的 IMU 以及 AreoControlMU-1Id 型號的 IMU0(3)飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)可預先設置飛行測量計劃，在飛行過程中，根據(jù)預先設定的曝光位置，給出曝光觸發(fā)脈沖，控制傳感器頭部的五臺相機進行同步曝光控制。(4)分布式控制和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)分布式控制和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，由六臺小型工控計算機通過以太網(wǎng)連接，其中五臺計算機分別用于控制五臺航空照相機，并進行數(shù)據(jù)傳輸和存儲，另外一臺計算機用于顯示人機界面。每臺小型工控機通過1394b接口與傳感器頭部的超高分辨率航空照相機進行連接，相機的設置參數(shù)通過1394b接口下傳，相機拍攝的數(shù)據(jù)通過1394b接口上傳至工控機。每臺小型工控計算機配置兩塊240GB固態(tài)硬盤進行數(shù)據(jù)存儲，兩盤之間的數(shù)據(jù)互為備份。
權利要求1.一種超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，特征在于其構成包括:飛行穩(wěn)定平臺(4)、設置在該飛行穩(wěn)定平臺(4)上的姿態(tài)測量裝置(2)和至少包括三臺超大面陣畫幅式航空照相機的傳感器頭部(I )、以及與該傳感器頭部(I)連接的飛行控制系統(tǒng)(3)和分布式控制和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(5)。
2.根據(jù)權利要求1所述的超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，其特征在于，所述的姿態(tài)測量裝置(2)與所述的傳感器頭部(I)剛性連接。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感器頭部(I)包括一基座，在基座上設置有五臺8000萬像素超高分辨率航空照相機，其中一臺航空照相機的攝像頭垂直向下，另外四臺航空照相機傾斜。
4.根據(jù)權利要求3所述的超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，其特征在于，所述的傾斜角度為航空照相機視軸中心與基座垂直方向夾角為42° 45°。
5.根據(jù)權利要求3所述的超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，其特征在于，所述的分布式控制和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)由六臺小型工業(yè)控制計算機通過網(wǎng)絡連接，其中五臺計算機分別用于控制五臺照相機，并進行數(shù)據(jù)傳輸和存儲，另外一臺計算機用于顯示人機界面。
6.根據(jù)權利要求1所述的超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，其特征在于，在所述的傳感器頭部下方連接有升降機構。
7.根據(jù)權利要求6所述的超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，其特征在于，所述的升降機構包括旋轉(zhuǎn)手柄(1-6)、絲杠螺母(1-7)、絲杠(1-8)和升降架(1-10)； 所述的絲杠螺母固定在升降架上，所述絲杠的一端與旋轉(zhuǎn)手柄連接，絲杠螺母擰在該絲杠上，通過旋轉(zhuǎn)手柄帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，使得絲杠螺母實現(xiàn)升降，進而帶動升降架(1-10)升降。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，其特征在于，在所述的絲杠附近還設置有直線導軌(1-9)。
專利摘要本實用新型公開了一種超高分辨率航空多角度照相機系統(tǒng)，包括飛行穩(wěn)定平臺、設置在該飛行穩(wěn)定平臺上的姿態(tài)測量裝置和至少包括三臺超大面陣畫幅式航空照相機的傳感器頭部、以及與該傳感器頭部連接的飛行控制系統(tǒng)和分布式控制和數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。本實用新型具有分辨率高，兼容性強，使用方便的特點，可以在1000米航高時實現(xiàn)10cm地面分辨率，所獲得數(shù)據(jù)可以用于地面三維模型的直接反演；兼容多種姿態(tài)測量裝置，兼容多種飛行穩(wěn)定平臺和飛行控制系統(tǒng)；其傳感器頭部可實現(xiàn)升降，在飛機起飛時收進機艙，在起飛后伸出機艙進行工作。
文檔編號H04N5/232GK202994152SQ20122071268
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權日2012年12月20日
發(fā)明者舒嶸, 卜弘毅, 王光, 許琦, 姜紫慶, 劉軍, 李飛, 賀運東 申請人:中國科學院嘉興光電工程中心