專利名稱：一種數(shù)字航空攝影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航空攝影儀器，特別是關(guān)于一種獲取大幅面影像的數(shù)字航空 攝影系統(tǒng)。
尿漢不
當(dāng)前，遙感技術(shù)的全面數(shù)字化發(fā)展已不再滿足于將航空或航天平臺拍攝的膠 片掃描錄入計算機(jī)形成數(shù)字影像的作業(yè)模式，而是追求從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)獲取到數(shù)據(jù)預(yù) 處理、存儲、應(yīng)用及管理的完全數(shù)字化。尤其是在數(shù)據(jù)獲取端，隨著電子技術(shù)的
不斷發(fā)展，超長線陣、超大幅面的CCD傳感器將不斷被開發(fā)出來，促使數(shù)字?jǐn)z影 儀的探測性能(分辨率、成像范圍等)不斷逼近傳統(tǒng)量測機(jī)。數(shù)字航空攝影系統(tǒng) 是當(dāng)前國際航空遙感及航空攝影測量領(lǐng)域的一項新型技術(shù)和一項重要的發(fā)展方 向，是行業(yè)技術(shù)發(fā)展的大趨勢，我國對航空或航天數(shù)字遙感圖像的需求量也在加 大。
現(xiàn)有國際數(shù)字航空攝影儀多數(shù)采用CCD面陣傳感器芯片以及多面陣CCD傳感 器外視場拼接技術(shù)。但對大幅面影像的獲取方法存在以下問題1、航攝基高比 偏低；2、非嚴(yán)格的中心投影方式嚴(yán)重影響數(shù)字航空攝影儀的平面和高程精度； 3、多傳感器多快門控制曝光不同步的問題，影像難以實現(xiàn)高精度校正與拼接。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種采用單面陣或多面陣成像傳感器內(nèi) 視場拼接技術(shù)以獲取大幅面數(shù)字影像的數(shù)字航空攝影系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種數(shù)字航空攝影系統(tǒng)，其特 征在于它包括前端一帶有可控快門裝置的大口徑光學(xué)鏡頭和后端一內(nèi)視場拼接 的數(shù)字成像后背，所述內(nèi)視場拼接數(shù)字成像后背包括一單面散射光學(xué)器件、 一光 電轉(zhuǎn)換模塊、 一多路圖像數(shù)據(jù)存儲模塊和一總控模塊。所述單面散射光學(xué)器件置 于所述大口徑光學(xué)鏡頭成像面處；所述光電轉(zhuǎn)換模塊置于單面散射光學(xué)器件之
后，所述光電轉(zhuǎn)換模塊包括成像傳感器陣列、脈沖發(fā)生器、驅(qū)動器和A/D轉(zhuǎn)換 器；所述成像傳感器陣列包括依次處于所述單面散射光學(xué)器件之后光路上的多個 成像傳感器鏡頭和多個與其對應(yīng)設(shè)置的成像傳感器芯片，所述成像傳感器芯片位 于成像傳感器鏡頭之后的成像焦平面內(nèi)；所述總控模塊包括一核心控制器，與所 述成像傳感器陣列數(shù)量相應(yīng)的成像控制器、 一人機(jī)界面設(shè)備、 一視頻切換單元和一大口徑鏡頭快門觸發(fā)單元；
所述總控模塊的核心控制器將控制指令發(fā)送給每一所述成像控制器，所述成 像控制器控制每一所述傳感器芯片將相對應(yīng)的所述成像傳感器鏡頭采集到的光信 號轉(zhuǎn)換成為電信號，電信號并行暫存到所述多路數(shù)據(jù)存儲模塊中作為數(shù)字信號； 所述多路數(shù)據(jù)存儲模塊中的數(shù)字信號通過所述總控模塊的視頻切換單元選通，以 圖像方式顯示在所述總控模塊的人機(jī)界面設(shè)備上，所述人機(jī)界面設(shè)備再發(fā)送控制 指令至所述總控模塊的核心控制器。
所述成像傳感器陣列還包括一個高速視頻圖像采集裝置，高速視頻圖像采集 裝置拍攝單面散射光學(xué)器件所動態(tài)呈現(xiàn)的地物影像，所述高速視頻圖像采集裝置 連接所述視頻切換單元，實時顯示采集到的遙感地物視頻影像，達(dá)到航空攝影作 業(yè)任務(wù)監(jiān)測的目的。
所述成像傳感器陣列為一 CCD成像傳感器陣列，各所述成像傳感器鏡頭分別 為一CCD傳感器鏡頭，各所述成像傳感器芯片分別為一CCD傳感器芯片。航空攝 影遙感地物目標(biāo)經(jīng)過大口徑光學(xué)鏡頭的嚴(yán)格中心投影到單面散射光學(xué)器件，并被 CCD成像傳感器陣列所采集。CCD成像傳感器影像與遙感地物之間滿足嚴(yán)格中心 投影的構(gòu)像關(guān)系。
所述成像傳感器陣列的光電轉(zhuǎn)換與所述大口徑光學(xué)鏡頭的快門觸發(fā)單元在總 控模塊控制下實現(xiàn)高同步或時間間隔連續(xù)可調(diào)的聯(lián)動曝光。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明利用大口徑鏡 頭，與獨創(chuàng)的內(nèi)視場拼接的數(shù)字成像后背系統(tǒng)相結(jié)合技術(shù)，因此可以實現(xiàn)大的航 攝基高比以保證成像拼接精度，實現(xiàn)連續(xù)可變的航攝基高比以在確定的分辨率下 靈活地確定成像組件或成像系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)。2、本發(fā)明采用獨特的內(nèi)視場拼接 技術(shù)，內(nèi)視場拼接無空白區(qū)域，且能夠解決現(xiàn)有基于外視場拼接技術(shù)的數(shù)字航攝 儀中心投影構(gòu)像不嚴(yán)格問題。3、內(nèi)視場拼接數(shù)字成像系統(tǒng)采用可調(diào)節(jié)數(shù)字成像 傳感器陣列設(shè)計，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用要求優(yōu)化配置傳感器陣列以實現(xiàn)數(shù)字影像 的分辨率可調(diào)節(jié)的目的。4、本發(fā)明采用大口徑光學(xué)鏡頭的可控快門作為所有成 像傳感器單元的曝光裝置，實現(xiàn)多成像傳感器光電轉(zhuǎn)換與大口徑光學(xué)鏡頭快門觸 發(fā)單元在總空模塊控制下高同步或曝光時間間隔連續(xù)可調(diào)，避免多快門曝光控制 不同步的問題。5、本發(fā)明涉及的大口徑光學(xué)鏡頭，可以使用現(xiàn)有膠片式航空攝 影儀系統(tǒng)的高精度鏡頭，從而大大降低我國自主研制數(shù)字航攝儀的難度，發(fā)揮我 國數(shù)字成像優(yōu)勢，使數(shù)字航攝儀同樣滿足我國已經(jīng)制定的航攝儀作業(yè)、處理等要 求。


圖1是本發(fā)明控制流程示意圖 圖2是本發(fā)明成像光路示意圖
圖3是本發(fā)明成像傳感器鏡頭對單面散射光學(xué)器件取像的示意圖 圖4是本發(fā)明光電轉(zhuǎn)換模塊示意圖
圖5是本發(fā)明多路數(shù)據(jù)存儲模塊中的一路數(shù)據(jù)存儲示意圖 圖6是本發(fā)明總控模塊控制示意圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括一帶有可控快門裝置的大口徑光學(xué)鏡頭1和一內(nèi)視 場拼接數(shù)字成像后背2，大口徑光學(xué)鏡頭1位于拍攝前端，該大口徑光學(xué)鏡頭可 以采用現(xiàn)有膠片式航攝儀的高精度大口徑鏡頭。內(nèi)視場拼接數(shù)字成像后背2是本 發(fā)明成像處理的核心，主要包括單面散射光學(xué)器件21、光電轉(zhuǎn)換模塊22、多路 數(shù)據(jù)存儲模塊23、總控模塊24、后續(xù)處理模塊25。在內(nèi)視場拼接數(shù)字成像系統(tǒng) 2之外，連接有輔助的定位系統(tǒng)3和電源系統(tǒng)4。
如圖2所示，單面散射光學(xué)器件21是動態(tài)顯示被攝地物的光學(xué)器件，例如 具有滿足航射儀要求的單面散射光學(xué)性能的毛玻璃，其設(shè)置在大口徑光學(xué)鏡頭1 的成像面處。大口徑光學(xué)鏡頭1用于采集目標(biāo)地物光線，單面散射光學(xué)器件21 用于動態(tài)顯示大口徑光學(xué)鏡頭1所成的影像。
如圖2 4所示，光電轉(zhuǎn)換模塊22包括CCD成像傳感器陣列221、脈沖發(fā)生 器222、驅(qū)動器223和A/D轉(zhuǎn)換器224。其中成像傳感器陣列221又包括多個CCD 成像傳感器鏡頭2211和多個其對應(yīng)設(shè)置的CCD傳感器芯片2212，傳感器芯片 2212位于成像傳感器鏡頭2211之后的成像焦平面內(nèi)。成像傳感器鏡頭2211用于 采集部分單面散射光學(xué)器件21的影像，并且相鄰區(qū)域的影像發(fā)生一定的重疊； 傳感器芯片2212用于實現(xiàn)影像模擬信號的光電轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號。根據(jù)不同 航空攝影應(yīng)用條件下對地面物體分辨率的不同需求，選擇成像傳感器鏡頭2211 和傳感器芯片2212陣列的數(shù)量、組合方式、位置、攝影方向以及與單面散射光 學(xué)器件21間間隔等參數(shù)，實現(xiàn)對特定遙感地物目標(biāo)區(qū)域的動態(tài)影像，進(jìn)行可變 速、高同步性以及不定時間間隔的采集，進(jìn)而產(chǎn)生多分辨率、不同幾何精度水平 的數(shù)字影像。
在成像傳感器陣列221中還可以包括一個獨立的高速視頻圖像采集裝置 2213，用于獨立拍攝單面散射光學(xué)器件21上所動態(tài)呈現(xiàn)的影像，高速視頻圖像采集裝置2213的位置可以根據(jù)位置及攝影要求進(jìn)行設(shè)置，可以與成像傳感器鏡 頭2211主光軸平行或成一定角度，即相對于單面散射光學(xué)器件21為正直攝影或 傾斜攝影。
如圖5所示，多路數(shù)據(jù)存儲模塊23可以采用現(xiàn)有技術(shù)的緩存器231、硬盤 232、存儲控制器233和讀取數(shù)據(jù)模塊234。多路數(shù)據(jù)存儲模塊23用于接收、存 儲和管理成像傳感器輸出的數(shù)字影像。
如圖6所示，每個成像傳感器芯片2212的取像操作和多路數(shù)據(jù)存儲模塊23 的存儲工作由總控模塊24控制。總控模塊24包括一核心控制器241、若干個 CCD控制器242、 一人機(jī)界面設(shè)備243、 一視頻切換單元244和一大口徑鏡頭快門 觸發(fā)單元245。視頻切換單元244同時與多路數(shù)據(jù)存儲模塊23、高速視頻圖像采 集裝置223和人機(jī)界面設(shè)備243電連接，人機(jī)界面設(shè)備243包括有鍵盤和顯示 器，以實現(xiàn)圖像顯示。核心控制器241將控制指令發(fā)送給每個控制器242，控制 器242再通過脈沖發(fā)生器222和驅(qū)動器223對應(yīng)控制每個傳感器芯片2212，每個 傳感器芯片2212將相對應(yīng)的成像傳感器鏡頭2211采集到的光信號轉(zhuǎn)換成電信 號，電信號再通過A/D轉(zhuǎn)換器224轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后暫存到多路數(shù)據(jù)存儲模 塊23中。
本發(fā)明提供的數(shù)字航空攝影系統(tǒng)對大幅面影像的采集包括以下步驟
1、 進(jìn)行光信號的采集。如圖2所示，當(dāng)使用本發(fā)明對目標(biāo)地物進(jìn)行拍攝 時，大口徑光學(xué)鏡頭1先將目標(biāo)地物影像呈現(xiàn)在單面散射光學(xué)器件21上，影像 再通過單面散射光學(xué)器件21、成像傳感器鏡頭2211和傳感器芯片2212三者之間 的光學(xué)共扼幾何關(guān)系，成像于傳感器芯片2212的成像面上。這里因為設(shè)置了多 個成像傳感器鏡頭2211和多個與之對應(yīng)的傳感器芯片2212，所以每個成像傳感 器鏡頭2211只能采集單面散射光學(xué)器件21的部分區(qū)域的影像，并且相鄰區(qū)域的 影像發(fā)生一定的重疊，然后分別成像于各自對應(yīng)的傳感器芯片2212上。
2、 轉(zhuǎn)換光信號為數(shù)字信號并存儲。在拍攝后端，操作人員通過人機(jī)界面設(shè) 備243選擇手動拍攝模式或自動拍攝模式。如果選擇自動拍攝模式，以模擬信號 為基礎(chǔ)的核心控制器241就會根據(jù)定位系統(tǒng)3 (如GPS導(dǎo)航儀或上位機(jī))預(yù)先設(shè) 置好的位置指令，隨時觸發(fā)一個或多個控制器242和大口徑鏡頭快門觸發(fā)單元 245，對各單路傳感器芯片2212以及大口徑光學(xué)鏡頭1的快門進(jìn)行聯(lián)動控制，通 過傳感器芯片2212的光電轉(zhuǎn)換與鏡頭快門聯(lián)動，實現(xiàn)了無級連續(xù)變化可調(diào)。以 其中的某一路CCD成像系統(tǒng)為例來講，如果此路控制器242接收到了核心控制器 241的指令，此路控制器242就會通過脈沖發(fā)生器222、驅(qū)動器223發(fā)出觸發(fā)信號給對應(yīng)的傳感器芯片2212，此時這一路的傳感器芯片2212就會將成像傳感器 鏡頭2211采集的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。為方便使用和存儲，電信號再通過A/D 轉(zhuǎn)換器224轉(zhuǎn)換為14位的數(shù)字信號，然后暫存到多路數(shù)據(jù)存儲模塊23中。核心 控制器241也可以對高速視頻圖像采集裝置2213進(jìn)行拍攝控制，拍攝下的圖像 數(shù)據(jù)也暫存到多路數(shù)據(jù)存儲模塊23中。
對于暫存的數(shù)字圖像，如果系統(tǒng)要顯示哪一路圖像，可以通過人機(jī)界面設(shè)備 243鍵入選擇，核心控制器241就會對視頻切換單元244進(jìn)行多路VGA信號的切 換與選通，多路數(shù)據(jù)存儲模塊23中或高速視頻圖像采集裝置2213中的數(shù)字信號 就會通過視頻切換單元244在人機(jī)界面設(shè)備243上顯示。通過顯示，操作人員判 斷所拍攝的圖像數(shù)據(jù)是否留存，如果鍵盤選擇"存儲"，核心控制器241就會將 數(shù)據(jù)導(dǎo)入硬盤232中，等待后續(xù)處理。核心控制器241再進(jìn)行下一拍攝處理。當(dāng) 所有圖像拍攝完成后，操作人員還可以使用人機(jī)界面設(shè)備243進(jìn)行"導(dǎo)出"和 "清空"操作，"導(dǎo)出"就是將硬盤232中的圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)出到后續(xù)處理模塊25 中或其它外部存儲器中，"清空"則是將硬盤232中存儲的圖像數(shù)據(jù)清空，為下 次拍攝騰出存儲空間。
如果選擇手動拍攝模式，核心控制器241就不會根據(jù)定位系統(tǒng)3的位置指令 操作，而是操作人員根據(jù)高速視頻圖像采集裝置2213預(yù)覽圖像按下"拍攝" 鍵，手動觸發(fā)一個或多個控制器242和大口徑鏡頭快門觸發(fā)單元245，對各單路 傳感器芯片2212以及大口徑光學(xué)鏡頭1的快門進(jìn)行聯(lián)動控制。核心控制器241 就會執(zhí)行如上所述的圖像數(shù)據(jù)的顯示和存儲過程。
后續(xù)處理模塊25主要包括計算機(jī)和圖像處理終端，本發(fā)明電源系統(tǒng)4是為 整個系統(tǒng)供電的單元，與所有用電模塊相連。
上述實施例中，成像傳感器種類有很多，例如CM0S、 CCD成像傳感器，本發(fā) 明僅以CCD成像傳感器為例進(jìn)行描述，但不排除使用其它成像傳感器。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字航空攝影系統(tǒng)，其特征在于它包括前端一帶有可控快門裝置的大口徑光學(xué)鏡頭和后端一內(nèi)視場拼接數(shù)字成像后背；所述內(nèi)視場拼接數(shù)字成像后背包括一單面散射光學(xué)器件、一光電轉(zhuǎn)換模塊、一多路數(shù)據(jù)存儲模塊和一總控模塊；所述單面散射光學(xué)器件置于所述大口徑光學(xué)鏡頭成像面處；所述光電轉(zhuǎn)換模塊置于單面散射光學(xué)器件之后，包括成像傳感器陣列、脈沖發(fā)生器、驅(qū)動器和A/D轉(zhuǎn)換器；所述成像傳感器陣列包括依次處于所述單面散射光學(xué)器件之后光路上的多個成像傳感器鏡頭和多個與其對應(yīng)設(shè)置的成像傳感器芯片，所述成像傳感器芯片位于成像傳感器鏡頭之后的成像焦平面內(nèi)；所述總控模塊包括一核心控制器，與所述成像傳感器陣列數(shù)量相應(yīng)的成像控制器、一人機(jī)界面設(shè)備、一視頻切換單元和一大口徑鏡頭快門觸發(fā)單元；所述總控模塊的核心控制器將控制指令發(fā)送給每一所述成像控制器，所述成像控制器控制每一所述傳感器芯片將相對應(yīng)的所述成像傳感器鏡頭采集到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，電信號并行暫存到所述多路數(shù)據(jù)存儲模塊中作為數(shù)字信號；所述多路數(shù)據(jù)存儲模塊中的數(shù)字信號通過所述總控模塊的視頻切換單元選通，以圖像方式顯示在所述總控模塊的人機(jī)界面設(shè)備上，所述人機(jī)界面設(shè)備再發(fā)送控制指令至所述總控模塊的核心控制器。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種數(shù)字航空攝影系統(tǒng)，其特征在于所述成像傳感 器陣列包括一個高速視頻圖像采集裝置，高速視頻圖像采集裝置拍攝單面散射光 學(xué)器件所呈現(xiàn)的動態(tài)地物影像，所述高速視頻圖像采集裝置連接所述視頻切換單 元，實時顯示采集到的遙感地物視頻影像。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的一種數(shù)字航空攝影系統(tǒng)，其特征在于所述成 像傳感器陣列為一 CCD成像傳感器陣列，各所述成像傳感器鏡頭分別為一 CCD傳 感器鏡頭，各所述成像傳感器芯片分別為一 CCD傳感器芯片。航空攝影遙感地物 目標(biāo)經(jīng)過大口徑光學(xué)鏡頭嚴(yán)格中心投影到單面散射光學(xué)器件，并被CCD成像傳感 器陣列所采集。
4、 如權(quán)利要求1或2所述的一種數(shù)字航空攝影系統(tǒng)，其特征在于所述成像傳感器陣列中的各成像傳感器的光電轉(zhuǎn)換與所述大口徑光學(xué)鏡頭的快門觸發(fā)單 元在總控模塊控制下高同步或曝光時間間隔連續(xù)可調(diào)。
5、 如權(quán)利要求3所述的一種數(shù)字航空攝影系統(tǒng)，其特征在于所述成像傳感器陣列中的各成像傳感器的光電轉(zhuǎn)換與所述大口徑光學(xué)鏡頭的快門觸發(fā)單元在 總控模塊控制下高同步或曝光時間間隔連續(xù)可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字航空攝影系統(tǒng)，包括一帶有可控快門的大口徑光學(xué)鏡頭和一內(nèi)視場拼接數(shù)字成像后背；內(nèi)視場拼接數(shù)字成像后背包括單面散射光學(xué)器件、光電轉(zhuǎn)換模塊、多路數(shù)據(jù)存儲模塊和總控模塊；單面散射光學(xué)器件置于大口徑光學(xué)鏡頭成像面處；光電轉(zhuǎn)換模塊置于單面散射光學(xué)器件之后，包括CCD成像傳感器陣列、脈沖發(fā)生器、驅(qū)動器和A/D轉(zhuǎn)換器；成像傳感器陣列還包括一個獨立的高速視頻圖像采集裝置；總控模塊包括一核心控制器、多個成像控制器、人機(jī)界面設(shè)備、視頻切換單元、大口徑鏡頭快門觸發(fā)單元；成像傳感器陣列的光電轉(zhuǎn)換與快門觸發(fā)單元聯(lián)動控制。本發(fā)明大口徑光學(xué)鏡頭可以采用現(xiàn)有膠片式航攝儀的高精度大口徑鏡頭，配置本發(fā)明所述數(shù)字成像后背，使數(shù)字航攝儀滿足航攝作業(yè)、處理等要求。
文檔編號G01C11/02GK101294804SQ20081011530
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者吳亞坤, 張紅蕾, 磊 晏, 斌 武, 段曉輝, 沈添天, 斌 羅, 趙世湖, 連宙輝 申請人:北京大學(xué)