專利名稱：具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，尤其涉及一種具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角 航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)碼相機(jī)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換和數(shù)字編碼，因而得到不需化學(xué)處理的快速成像，并且直接進(jìn) 入計(jì)算機(jī)圖像處理，因此已在生活領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
在航空攝影領(lǐng)域，由于寬角鏡頭制造的困難，尤其是航空攝影所要求的低(小)畸變 差相機(jī)寬角鏡頭制作的困難， 一般利用多個(gè)常角相機(jī)拼接成一個(gè)寬角相機(jī)構(gòu)建組合航空數(shù) 碼相機(jī)，實(shí)現(xiàn)了大面陣數(shù)碼相機(jī)的寬角。
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的大面陣數(shù)碼相機(jī)的原理是利用相距很近的四個(gè)相機(jī)，分別 向外側(cè)傾斜一個(gè)固定角度，使四個(gè)相機(jī)所攝取的影像A、 B、 C、 D可以拼接成一幅接近單相 機(jī)之四倍面積的等效中心影像。在圖lb中，如果相機(jī)A、 C與B、 D都繞著y軸相對(duì)旋轉(zhuǎn)或相機(jī) A、 B與C、 D都繞著x軸旋轉(zhuǎn)，從構(gòu)像的幾何機(jī)理上是找不到自檢校條件的，因此是無(wú)法自檢 校。
由于上述的大面陣數(shù)碼相機(jī)缺乏自檢校功能，因而容不得絲毫畸變，為了既能獲取寬 視場(chǎng)影像，又能保持畸變差不超過(guò)限差，現(xiàn)有技術(shù)采取了很粗強(qiáng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)聯(lián)接件，把多 個(gè)相機(jī)聯(lián)接成一個(gè)剛性整體，使得多個(gè)相機(jī)之間的相對(duì)位置與方向角嚴(yán)格保持不變(在微 米級(jí)精度上保持不變形)。因此，相機(jī)的總體體積和重量都很大， 一般都在幾十公斤到百 公斤量級(jí)。與笨重相機(jī)的相配套的穩(wěn)定平臺(tái)也是笨重的，因此，系統(tǒng)總重量超過(guò)百公斤。
上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn) 無(wú)法實(shí)現(xiàn)自檢校、重量大、系統(tǒng)精度低。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種可以實(shí)現(xiàn)自檢校、重量輕、系統(tǒng)精度高的具有自校驗(yàn)自 穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)，包括固定在穩(wěn)定平臺(tái)上的四個(gè)相機(jī)，四個(gè)相機(jī) 按重疊構(gòu)像方式布置，所述重疊構(gòu)像方式包括
設(shè)相互垂直的x、 y、 z軸空間坐標(biāo)系，其中z軸的方向與所述穩(wěn)定平臺(tái)的縱向軸線重 合；所述四個(gè)相機(jī)中，第一相機(jī)和第二相機(jī)對(duì)稱于坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在y軸上，且二者的主光軸 在y、 z軸平面內(nèi)等量相對(duì)傾斜并與z軸的夾角為co;第三相機(jī)和第四相機(jī)對(duì)稱于原點(diǎn)設(shè)置在 x軸上，且二者的主光軸在x、 z軸平面內(nèi)等量相對(duì)傾斜并與z軸的夾角為cp。
由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型所述的具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功 能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，由于四個(gè)相機(jī)按重疊構(gòu)像方式布置，四個(gè)相機(jī)成對(duì)布 置，每對(duì)相機(jī)等量相對(duì)傾斜，可以實(shí)現(xiàn)自檢校，因而可以減輕機(jī)械構(gòu)件的重量，并提高系 統(tǒng)精度，減輕航空器的載荷。


圖l為現(xiàn)有技術(shù)中的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)所攝影像示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)所攝影像示意圖3為本實(shí)用新型中第一相機(jī)和第二相機(jī)的空間關(guān)系示意圖； 圖4為本實(shí)用新型中第三相機(jī)和第四相機(jī)的空間關(guān)系示意圖5為本實(shí)用新型中相機(jī)與相機(jī)與穩(wěn)定平臺(tái)的具體實(shí)施例的安裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中選擇用于自檢校的影像重疊區(qū)及視差檢測(cè)點(diǎn)的示意
圖7為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中的穩(wěn)定平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)定的步驟圖； 圖8為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的cp、①角的軟糾正原理圖9為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的K角的軟糾正原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，其較佳的具體實(shí) 施方式如圖2 — 5所示，包括固定在穩(wěn)定平臺(tái)T上的四個(gè)相機(jī)A、 B、 C、 D，四個(gè)相機(jī)按重疊構(gòu) 像方式布置，通過(guò)重疊構(gòu)像形成自校驗(yàn)條件，重疊構(gòu)像方式具體包括
設(shè)相互垂直的x、 y、 z軸空間坐標(biāo)系，其中z軸的方向與穩(wěn)定平臺(tái)的縱向軸線重合，四 個(gè)相機(jī)A、 B、 C、 D布置在x、 y軸的平面上或平行于x、 y軸的平面上。
四個(gè)相機(jī)中，第一相機(jī)A和第二相機(jī)B對(duì)稱于原點(diǎn)設(shè)置在y軸上，第一相機(jī)A和第二相機(jī) B的主光軸在y、 z軸平面內(nèi)等量相對(duì)傾斜并與z軸的夾角為co，即第一相機(jī)A和第二相機(jī)B僅 繞x軸做等量相對(duì)旋轉(zhuǎn)；第三相機(jī)C和第四相機(jī)D對(duì)稱于原點(diǎn)設(shè)置在x軸上，第三相機(jī)C和第四相機(jī)D的主光軸在x、 z軸平面內(nèi)等量相對(duì)傾斜并與z軸的夾角為9，即第三相機(jī)a和第四相機(jī) B僅繞y軸做等量相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
如圖3所示，第一相機(jī)A和第二相機(jī)B的視場(chǎng)像幅短邊被至于平行于y軸方向，設(shè)像幅短
邊視場(chǎng)角的一半為e,應(yīng)滿足公式(o〈e。角co與角e的差值可以為r 3。。這樣，第一相機(jī)a 和第二相機(jī)B所攝取的影像有一個(gè)微小的重疊帶(相當(dāng)于)r 3。的視場(chǎng)重疊。
如圖4所示，第三相機(jī)C和第四相機(jī)D的視場(chǎng)像幅短邊被至于平行于x軸方向，設(shè)像幅短
邊視場(chǎng)角的一半為e，應(yīng)滿足公式e〈cp。即第三相機(jī)c和第四相機(jī)D的主光軸與z軸的夾角9可 以略大于其短邊方向的視場(chǎng)角的一半e，使這兩個(gè)相機(jī)所攝的影像可以不重疊。但它們與第
一相機(jī)A和第二相機(jī)B所攝的影像有足夠的重疊度，供作自校驗(yàn)用途。
如圖5所示，本發(fā)明中的穩(wěn)定平臺(tái)T沿x方向和y方向分別設(shè)有轉(zhuǎn)軸，且在轉(zhuǎn)軸處設(shè)有機(jī) 械阻尼裝置；穩(wěn)定平臺(tái)上還分別設(shè)有x、 y、 z軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度傳感器l，用于檢測(cè)繞x、 y、 z軸的 三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，傳感器l包括加速度計(jì)、軸向陀螺儀、磁羅盤(pán)等一種或多種傳感器。穩(wěn)定 平臺(tái)T上還設(shè)有照相曝光控制器等。穩(wěn)定平臺(tái)還連接有姿態(tài)角糾正軟件單元，用于對(duì)穩(wěn)定平 臺(tái)T進(jìn)行軟糾正等。
本實(shí)用新型應(yīng)用于航空器時(shí)，x軸的方向可以沿航空器的航向。
本實(shí)用新型中，為了達(dá)到自檢校的目的，可以首先把需要自檢校和不需要自檢校的方 位元素進(jìn)行分離，針對(duì)需要自檢校的要素設(shè)計(jì)可以進(jìn)行自檢校的影像組合機(jī)構(gòu)，并確定可自 檢校的重疊影像的范圍，然后，按照可檢校的幾何機(jī)構(gòu)原理設(shè)計(jì)出組合相機(jī)聯(lián)結(jié)機(jī)械構(gòu) 件。可以采取輕型的相機(jī)聯(lián)結(jié)機(jī)械構(gòu)件，減輕組合相機(jī)的重量。而對(duì)輕型構(gòu)件因受力和溫 度變化而發(fā)生變形導(dǎo)致組合影像的內(nèi)在幾何畸變，通過(guò)自檢校方法能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)(檢測(cè)) 此幾何畸變的量值，并且對(duì)其進(jìn)行校正。
本實(shí)用新型中，通過(guò)機(jī)械穩(wěn)定裝置，能使組合相機(jī)的穩(wěn)定平臺(tái)從20-30°角傾斜搖擺中 穩(wěn)定到接進(jìn)鉛垂主光軸線；通過(guò)電子傳感器，能檢測(cè)穩(wěn)定平臺(tái)的剩余偏斜量和航向角偏斜 量；然后通過(guò)糾正軟件單元利用組合寬角視場(chǎng)的邊緣余量來(lái)補(bǔ)償糾正，從而得到如同真實(shí) 穩(wěn)定平臺(tái)狀態(tài)攝取的等效圖像，實(shí)現(xiàn)輕小型組合相機(jī)的穩(wěn)定平臺(tái)，替代現(xiàn)有技術(shù)中普遍使 用的笨重型穩(wěn)定平臺(tái)。
本實(shí)用新型適用于各種航空器，尤其適用于姿態(tài)角度變化大(一般可達(dá)到20-30°)的 無(wú)人飛行器、小型飛行器等。
具體實(shí)施例
組合數(shù)碼相機(jī)的安裝方式，如圖2所示，四個(gè)相機(jī)A、 B、 C、 D是成對(duì)相向傾斜的，每個(gè)相機(jī)只作O或者cp方向的傾斜。
如圖3所示，第一相機(jī)A和第二相機(jī)B僅做等量相對(duì)的co角傾斜。兩相機(jī)A、 B被固定安置 在有對(duì)稱傾斜平面的框架T上。致使兩相機(jī)的主光軸分別繞x軸偏離鉛垂線+co角和-G)角，圖 中e角是相機(jī)短邊方向視場(chǎng)角的一半，可以使得co〈e，其差值可以選在1°_3°之間，以使得 相機(jī)A、 B的影像間有如圖3中2A的重疊度。
圖3中/是相機(jī)主距的放大顯示，相機(jī)A、 B在等效像面上構(gòu)成的影像在y方向尺度是 2/ ^ 2/' + w)，其尺度超過(guò)單相機(jī)尺度2/ 的兩倍。
如圖4所示，第三相機(jī)C和第四相機(jī)D僅做等量相對(duì)的cp角傾斜。相機(jī)C、 D也安置在有對(duì) 稱傾斜平面(垂直于圖3方向)的框架T上，致使兩相機(jī)的主光軸分別繞y軸偏離鉛垂線+cp 角和-cp角，圖中e角是相機(jī)短邊方向視場(chǎng)角的一半，與圖3不同的是，這里相機(jī)C、 D在等效 像面上的影像不但沒(méi)有重疊反而有一個(gè)2A寬度的裂縫A= f* tg(cp-e)。因而第三相機(jī)C
在等效面上的實(shí)際成像寬度僅有nFf tg(cp+e)-f' tg(cp-e)，第四相機(jī)也同樣。
(p角的選擇，可以依據(jù)以下兩條原則使(0 + ^)接近相機(jī)長(zhǎng)邊方向像場(chǎng)角的一半； 使(m+A)接近1.5L
T框架的結(jié)構(gòu)，如圖5所示，穩(wěn)定平臺(tái)T包含x、 y兩個(gè)軸向的旋轉(zhuǎn)，并且加以機(jī)械阻 尼，使得其下部的四個(gè)相機(jī)的中心軸線隨時(shí)接近鉛垂。同時(shí)，在相機(jī)頂部的平臺(tái)位置裝設(shè) ^、 w、 ^ (分別為繞y、 x、 z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度)三個(gè)姿態(tài)角自由度的傳感器l，用以獲取相機(jī) 曝光瞬間的三個(gè)姿態(tài)角值，還設(shè)有相機(jī)曝光控制器2等。
下面對(duì)本實(shí)用新型中相機(jī)的校驗(yàn)和平臺(tái)的穩(wěn)定的原理進(jìn)行詳細(xì)的描述 單相機(jī)檢校和組合相機(jī)檢校
首先，對(duì)單相機(jī)進(jìn)行檢校，可以按常規(guī)攝影測(cè)量方法，布設(shè)三維檢校場(chǎng)，對(duì)檢校場(chǎng)攝 影，用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法精確測(cè)定各標(biāo)志點(diǎn)，然后用畸變差方程求解畸變參數(shù)。使用中， 根據(jù)畸變參數(shù)對(duì)每個(gè)像元的坐標(biāo)進(jìn)行畸變改正。
然后，對(duì)組合相機(jī)進(jìn)行初檢校，其目的是確定各單相機(jī)在組合系統(tǒng)中的相對(duì)方位。組 合相機(jī)的初檢校是在各相機(jī)單檢校的基礎(chǔ)上進(jìn)行。把單相機(jī)安裝到組合機(jī)械框架上，再對(duì) 檢校場(chǎng)進(jìn)行攝影，用空間后方交會(huì)的方法求解各個(gè)相機(jī)的外方位元素值。
從空間后方交會(huì)獲取的外方位元素是基于檢校場(chǎng)地面坐標(biāo)系的。有兩種方法求解算單
相機(jī)在組合系統(tǒng)中的相對(duì)位置
一種是，取第一個(gè)相機(jī)的像空間坐標(biāo)系為系統(tǒng)坐標(biāo)系，將空間后方交會(huì)所得到的外方 位元素?fù)Q算到這個(gè)系統(tǒng)坐標(biāo)系中；
另一種是，取四個(gè)相機(jī)攝影中心的平均位置為系統(tǒng)中心點(diǎn)，取四個(gè)相機(jī)的平均姿態(tài)角為零位姿態(tài)，將空間后交所得的外方位元素轉(zhuǎn)換到這個(gè)系統(tǒng)坐標(biāo)系中。
本實(shí)用新型中，組合寬角像場(chǎng)的構(gòu)成以及自檢校功能的實(shí)現(xiàn)
組合寬角相機(jī)的最終成果是在等效面上得到如圖2所示的一個(gè)寬角攝影得到的中心投 影影像。按照?qǐng)D2所示的理想結(jié)構(gòu)，假如機(jī)械加工沒(méi)有誤差，機(jī)械構(gòu)件也沒(méi)有變形，則四個(gè)
與單相機(jī)實(shí)際構(gòu)像y
相機(jī)A、 B、 C、 D在等效面上的構(gòu)像
_100
=0cos"—sinw
--/_爿0sin"cos"
1 -飛00
0cos"
/-—sin ft)cos w
-z -cosp 0—sinp
=0 10
--/-sinp 0cosp
1 -cos^ 0sinp
=0 10
--/——sinp 0cosp
X X-/.
X
間的幾何關(guān)系如下:
(1)
當(dāng)存在一定的機(jī)械加工誤差和變形的情況下，各相機(jī)姿態(tài)與圖2所示的理想狀態(tài)不 同，必須通過(guò)組合相機(jī)檢校來(lái)測(cè)定各相機(jī)的(p、①、K角，在檢校場(chǎng)中用空間后方交會(huì)測(cè)定 這12個(gè)姿態(tài)角，其精度應(yīng)該達(dá)到0.5像元以內(nèi)，于是式(1)應(yīng)改變?yōu)?br> a2 3
=少+
陽(yáng)-/—C2c3 —-、
式中i分別代表A、 B、 C、 D，(、 代表相機(jī)的鏡頭中心位置。"!."2…A為 由cp、 co、 K構(gòu)成的方向余弦矩陣。機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)保證四個(gè)相機(jī)的鏡頭中心盡可能地靠近，理 想狀態(tài)它們合為一個(gè)點(diǎn)。實(shí)際上，相機(jī)越小，它們就越靠近。理論上可以證明當(dāng)相機(jī)之間 的間距小到相機(jī)曝光時(shí)間內(nèi)飛機(jī)所飛越的地面距離，而且，地面起伏小于航高的三分之一 時(shí)，由此引起的四相機(jī)影像拼接誤差將在0.3像元之內(nèi)。
當(dāng)聯(lián)結(jié)四相機(jī)的機(jī)械構(gòu)件因溫度變化和平臺(tái)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變形時(shí)，它們導(dǎo)致&、 &、 &
7的變化一般是很小的(在亞毫米級(jí))，但是，導(dǎo)致的(p、 CO、 K之變化則是不可忽略的。因 此，本實(shí)用新型中，利用圖2中所示的四個(gè)相機(jī)影像在等效面投影的重疊度進(jìn)行相鄰相機(jī)間 的相對(duì)定向解算，求解各相機(jī)姿態(tài)角的增量A(p、 A(O、 Ak 。
具體如圖5所示，在重疊區(qū)內(nèi)選擇12個(gè)用于自檢校的點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)的方程式如下
= A ^ + ， A , ", A -A & - ， Aw,-力A .(3)
A", + x; Ar, — ， A & — 7 ;力A ;. _(4 )
上式中，i、 j分別代表相鄰重疊影像所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相機(jī)號(hào)(例如A和C)。而 (x,，y,)、( ，^)表示直接影像中的同一個(gè)地物點(diǎn)在兩個(gè)相機(jī)影像中的像平面坐標(biāo)。
(^y， A&)表示同一地物點(diǎn)來(lái)自兩個(gè)相機(jī)投影的影像之間的視差，y為相機(jī)鏡頭中心到所
述影像的垂直距離。上式實(shí)際表達(dá)的是視差殘余按A^A^A^AAAw'A。關(guān)系的權(quán)分配。
所以式右邊可以使用各相機(jī)中的坐標(biāo)"y')和(、巧)。
除了以上按照重疊區(qū)內(nèi)12個(gè)點(diǎn)所列的24個(gè)視差方程外，考慮組合相機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)一坐標(biāo)
系的相對(duì)控制條件，可以得到如下的條件方程
+ + Aa^ + AwB + A< e + A =0
Ak爿+ A/fs + A/src + A/cfl =0 j (^)
將方程(3) 、 (4)和方程組(5)聯(lián)立，則得27個(gè)方程，未知數(shù)個(gè)數(shù)為12個(gè)，多余 觀測(cè)15個(gè)，按照附有條件的間接平差法求解，即可實(shí)現(xiàn)組合相機(jī)系統(tǒng)的自檢校。在實(shí)際的 航空攝影測(cè)量中，對(duì)每一次曝光獲取的數(shù)據(jù)都完成一次上述的自檢校，因此能檢校因溫度 和平臺(tái)運(yùn)動(dòng)引起的變形。
自穩(wěn)定平臺(tái)的構(gòu)成及組合自穩(wěn)定功能的實(shí)現(xiàn)
如圖7所示，本實(shí)用新型的具體實(shí)施例中的穩(wěn)定平臺(tái)由以下三部分組成，并分步實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)定平臺(tái)的自穩(wěn)定
機(jī)械轉(zhuǎn)軸X和Y及其機(jī)械阻尼裝置
使得安裝在穩(wěn)定平臺(tái)T上的組合相機(jī)系統(tǒng)的主光軸能依重力保持鉛垂方向。阻尼裝置 的力度應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)到當(dāng)飛行器運(yùn)動(dòng)引起搖擺時(shí)，其搖擺角度小于IO。。
姿態(tài)角測(cè)量裝置
包括三個(gè)加速度計(jì)，三個(gè)軸向的陀螺儀和一個(gè)磁羅盤(pán)，用以測(cè)定相機(jī)曝光瞬間穩(wěn)定平
臺(tái)T的cp、 co、 K角度值，要求量測(cè)精度達(dá)到3。以內(nèi)。
8姿態(tài)角糾正軟件
根據(jù)曝光瞬間組合相機(jī)系統(tǒng)姿態(tài)角的量測(cè)值，充分利用組合寬角相機(jī)影像邊緣冗余
度，對(duì)組合相機(jī)像場(chǎng)進(jìn)行改正，使之形成的等效影像達(dá)到姿態(tài)角在3^以內(nèi)的水平。包括對(duì) (p、 CO、 K角的軟糾正
如圖8所示，為cp、 CO角的軟糾正，由于組合寬角相機(jī)的像場(chǎng)角足夠?qū)?最寬達(dá)
130°)，因此有一定的邊緣余量，可以用來(lái)緩沖機(jī)械穩(wěn)定平臺(tái)的穩(wěn)定度不足。例如，從 130°寬像場(chǎng)中兩邊各去10°用作穩(wěn)定平臺(tái)填補(bǔ)，則還有110°凈寬的像場(chǎng)足以供作等效影像 用途。軟件的糾正處理只須把姿態(tài)角cp、 co的測(cè)量值加到組合系統(tǒng)的初檢校方位元素值中即 可。
如圖9所示，為K角的軟糾正，仍然利用組合寬角視場(chǎng)的邊緣冗余量，在最大可能取用 的像場(chǎng)范圍內(nèi)以等效影像主點(diǎn)為中心作一個(gè)最大的圓，在圓內(nèi)做內(nèi)接正方形，其方位角依
所測(cè)定的K值而定。這樣就解決了飛行器頂著側(cè)向風(fēng)飛行時(shí)，飛行平臺(tái)傾斜所造成的航偏角
較大的問(wèn)題，使制成的等效影像依航線整齊排列，便于后續(xù)的測(cè)圖操作。
按本實(shí)用新型設(shè)計(jì)制造的組合寬角相機(jī)及其所攝圖像經(jīng)自檢校處理后拼接成的等效寬
角影像經(jīng)檢測(cè)，各相機(jī)拼接處的誤差均在O. 3像元以內(nèi)。
本實(shí)用新型中，利用相機(jī)外方位的自檢校功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械聯(lián)結(jié)構(gòu)件的輕小型化，允許
機(jī)械變形留待攝影瞬間構(gòu)象的自檢校予以補(bǔ)償糾正；可以實(shí)現(xiàn)自檢校的特殊組合成像結(jié)
構(gòu)，是各單像機(jī)所攝影像具有足夠的而且利于求解相對(duì)姿態(tài)微小變化的重疊度；利用最小
二乘匹配方法，通過(guò)設(shè)計(jì)的特征點(diǎn)位之視差余量的觀測(cè)值聯(lián)合平差求解各角的相機(jī)姿態(tài)微
小變化量值；對(duì)所攝影的每一張影像都進(jìn)行自控校改正，從而使得到質(zhì)量?jī)?yōu)良的等效寬角
航空影像。
本實(shí)用新型中的穩(wěn)定平臺(tái)，把常規(guī)穩(wěn)定平臺(tái)的功能分成機(jī)械穩(wěn)定、電子測(cè)量和軟件糾
正三個(gè)部分組成與實(shí)現(xiàn)；通過(guò)阻尼機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)重力環(huán)境下的X、 Y雙軸初穩(wěn)定；通過(guò)加速 度計(jì)、陀螺儀和磁羅盤(pán)測(cè)定重力阻尼機(jī)械穩(wěn)定的剩余姿態(tài)偏離量；利用組合寬角相機(jī)的寬 像場(chǎng)邊緣余量補(bǔ)償重力阻尼穩(wěn)定的剩余姿態(tài)偏離，用軟件糾正方法實(shí)現(xiàn)自穩(wěn)定；自穩(wěn)定平 臺(tái)沒(méi)有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置和開(kāi)/閉環(huán)控制電路。解決了機(jī)械構(gòu)件輕小型化的變形問(wèn)題。
本實(shí)用新型通過(guò)上述的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了組合寬角相機(jī)的輕小型化；實(shí)現(xiàn)了相機(jī)穩(wěn)定 平臺(tái)的輕小型化；相機(jī)系統(tǒng)與穩(wěn)定平臺(tái)的總重量降低了近一個(gè)數(shù)量級(jí)(從百余公斤降到15 公斤)，因而可以成為無(wú)人飛行器(無(wú)人機(jī)、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人飛艇)的有效荷載；可以 進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。本實(shí)用新型可應(yīng)用于無(wú)人飛行器低空航測(cè)系統(tǒng)，由于可以實(shí)現(xiàn)低空(低 到離地面100米)航攝，因而大大提高了航空影像的分辨率、清晰度和航測(cè)精度?？梢赃_(dá)到1: 500地形測(cè)圖精度，可以在陰天云下作業(yè)，可以成為用戶自主擁有的靈活機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的航 空測(cè)量設(shè)備。
輕小型航空器具有低空、低速、靈活、機(jī)動(dòng)、可沿復(fù)雜航線飛行、可以無(wú)機(jī)場(chǎng)起降等 一系列優(yōu)點(diǎn)，但都有載荷限制的要求，難以攜帶笨重的穩(wěn)定平臺(tái)，飛行器的飛行穩(wěn)定度較 大型航空器也差得多。本實(shí)用新型可以制作出輕小型組合寬角低空數(shù)碼相機(jī)、輕小型低空 遙感平臺(tái)，可以應(yīng)用于無(wú)人飛機(jī)、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人飛艇、輕小型有人飛機(jī)、輕小型有人 直升機(jī)等。
.以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限 于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變 化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，包括固定在穩(wěn)定平臺(tái)上的四個(gè)相機(jī)，其特征在于，所述四個(gè)相機(jī)按重疊構(gòu)像方式布置，所述重疊構(gòu)像方式包括設(shè)相互垂直的x、y、z軸空間坐標(biāo)系，其中z軸的方向與所述穩(wěn)定平臺(tái)的縱向軸線重合；所述四個(gè)相機(jī)中，第一相機(jī)和第二相機(jī)對(duì)稱于坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在y軸上，且二者的主光軸在y、z軸平面內(nèi)等量相對(duì)傾斜并與z軸的夾角為ω；第三相機(jī)和第四相機(jī)對(duì)稱于原點(diǎn)設(shè)置在x軸上，且二者的主光軸在x、z軸平面內(nèi)等量相對(duì)傾斜并與z軸的夾角為 id="icf0001" file="Y2008201101500002C1.tif" wi="4" he="3" top= "75" left = "151" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，其特 征在于，所述第一相機(jī)和第二相機(jī)的視場(chǎng)像幅的短邊方向平行于y軸方向，設(shè)所述短邊方向 的視場(chǎng)角的一半為e，滿足公式co〈e，所述角《與角0的差值為1° 3°。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，其特 征在于，所述第三相機(jī)和第四相機(jī)的視場(chǎng)像幅的短邊方向平行于x軸方向，設(shè)所述短邊方向的視場(chǎng)角的一半為為e角，滿足公式e〈cp。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，其特 征在于，所述穩(wěn)定平臺(tái)沿x方向和y方向分別設(shè)有轉(zhuǎn)軸，且在所述轉(zhuǎn)軸處設(shè)有機(jī)械阻尼裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，其特 征在于，所述穩(wěn)定平臺(tái)上分別設(shè)有x、 y、 z軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度電子傳感器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，其特 征在于，所述電子傳感器包括加速度計(jì)、軸向陀螺儀和磁羅盤(pán)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有自校驗(yàn)自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，穩(wěn)定平臺(tái)上的四個(gè)相機(jī)成對(duì)布置，每對(duì)相機(jī)等量相對(duì)傾斜，構(gòu)成組合寬角的等效中心投影成像系統(tǒng)，并通過(guò)自檢校方法對(duì)其進(jìn)行校正。穩(wěn)定平臺(tái)通過(guò)相互垂直的轉(zhuǎn)軸及機(jī)械阻尼裝置將等效中心投影系統(tǒng)的主光軸穩(wěn)定到接近鉛垂的方向；再通過(guò)加速度計(jì)、軸向陀螺儀、磁羅盤(pán)等電子傳感器及姿態(tài)角糾正單元進(jìn)一步穩(wěn)定?？梢詫?shí)現(xiàn)組合寬角相機(jī)及其穩(wěn)定平臺(tái)的輕小型化，精度高、穩(wěn)定性好，可以應(yīng)用于各種無(wú)人飛機(jī)、無(wú)人直升機(jī)、無(wú)人飛艇、輕小型有人飛機(jī)、輕小型有人直升機(jī)等。
文檔編號(hào)H04N17/00GK201294606SQ200820110150
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者劉召芹, 吳作飛, 杰 孫, 孟文利, 尹金寬, 崔紅霞, 峰 張, 張珂殊, 彭曉東, 藝 李, 李國(guó)勝, 李永龍, 林宗堅(jiān), 桂德竹, 洪志剛, 蘇國(guó)中, 冰 鄧, 陳天恩 申請(qǐng)人:中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院