專利名稱：具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)碼相機系統(tǒng)，尤其涉及一種具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空 數(shù)碼相機系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)碼相機通過光電轉(zhuǎn)換和數(shù)字編碼，因而得到不需化學處理的快速成像，并且直接進 入計算機圖像處理，因此巳在生活領(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 差相機寬角鏡頭制作的困難， 一般利用多個常角相機拼接成一個寬角相機構(gòu)建組合航空數(shù) 碼相機，實現(xiàn)了大面陣數(shù)碼相機的寬角。
如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的大面陣數(shù)碼相機的原理是利用相距很近的四個相機，分別 向外側(cè)傾斜一個固定角度，使四個相機所攝取的影像A、 B、 C、 D可以拼接成一幅接近單相 機之四倍面積的等效中心影像。在圖lb中，如果相機A、 C與B、 D都繞著y軸相對旋轉(zhuǎn)或相機 A、 B與C、 D都繞著x軸旋轉(zhuǎn)，從構(gòu)像的幾何機理上是找不到自檢校條件的，因此是無法自檢 校。
由于上述的大面陣數(shù)碼相機缺乏自檢校功能，因而容不得絲毫畸變，為了既能獲取寬 視場影像，又能保持畸變差不超過限差，現(xiàn)有技術(shù)采取了很粗強的機械結(jié)構(gòu)聯(lián)接件，把多 個相機聯(lián)接成一個剛性整體，使得多個相機之間的相對位置與方向角嚴格保持不變(在微 米級精度上保持不變形)。因此，相機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。與笨重相機的相配套的穩(wěn)定平臺也是笨重的，因此，系統(tǒng)總重量超過百公斤。
上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點
無法實現(xiàn)自檢校、重量大、系統(tǒng)精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以實現(xiàn)自檢校、重量輕、系統(tǒng)精度高的具有自校驗自穩(wěn)定 功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，包括固定在穩(wěn)定平臺 上的四個相機，所述四個相機按重疊構(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軸空間坐標系，其中Z軸的方向與所述穩(wěn)定平臺的縱向軸線重
合；所述四個相機中，第一相機和第二相機對稱于坐標原點設(shè)置在y軸上，且二者的主光軸 在y、 z軸平面內(nèi)等量相對傾斜并與z軸的夾角為w;第三相機和第四相機對稱于原點設(shè)置在 x軸上，且二者的主光軸在x、 z軸平面內(nèi)等量相對傾斜并與z軸的夾角為cp。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合 寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，由于四個相機按重疊構(gòu)像方式布置，四個相機成對布置，每對相 機等量相對傾斜，可以實現(xiàn)自檢校，因而可以減輕機械構(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)碼相機所攝影像示意圖； 圖2為本發(fā)明的組合寬角航空數(shù)碼相機所攝影像示意圖3為本發(fā)明中第一相機和第二相機的空間關(guān)系示意圖； 圖4為本發(fā)明中第三相機和第四相機的空間關(guān)系示意圖5為本發(fā)明中相機與相機與穩(wěn)定平臺的具體實施例的安裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為本發(fā)明的具體實施例中選擇用于自檢校的影像重疊區(qū)及視差檢測點的示意圖7為本發(fā)明的具體實施例中的穩(wěn)定平臺實現(xiàn)自穩(wěn)定的步驟圖； 圖8為本發(fā)明的具體實施例中對穩(wěn)定平臺的(p、 CO角的軟糾正原理圖； 圖9為本發(fā)明的具體實施例中對穩(wěn)定平臺的K角的軟糾正原理圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的組合寬角航空數(shù)碼相機，其較佳的具體實施方式
如圖2 — 5所示，包括固定在 穩(wěn)定平臺T上的四個相機A、 B、 C、 D，四個相機按重疊構(gòu)像方式布置，通過重疊構(gòu)像形成自 校驗條件，重疊構(gòu)像方式具體包括
設(shè)相互垂直的x、 y、 z軸空間坐標系，其中z軸的方向與穩(wěn)定平臺的縱向軸線重合，四 個相機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。
四個相機中，第一相機A和第二相機B對稱于原點設(shè)置在y軸上，第一相機A和第二相機 B的主光軸在y、 z軸平面內(nèi)等量相對傾斜并與z軸的夾角為co，即第一相機A和第二相機B僅 繞x軸做等量相對旋轉(zhuǎn)；第三相機C和第四相機D對稱于原點設(shè)置在x軸上，第三相機C和第四
相機D的主光軸在x、 z軸平面內(nèi)等量相對傾斜并與z軸的夾角為(p，即第三相機a和第四相機 B僅繞y軸做等量相對旋轉(zhuǎn)。
如圖3所示，第一相機A和第二相機B的視場像幅短邊被至于平行于y軸方向，設(shè)像幅短
邊視場角的一半為e，應(yīng)滿足公式co〈e。角co與角e的差值可以為r 3。。這樣，第一相機a 和第二相機B所攝取的影像有一個微小的重疊帶(相當于)r 3。的視場重疊。
如圖4所示，第三相機C和第四相機D的視場像幅短邊被至于平行于x軸方向，設(shè)像幅短
邊視場角的一半為e，應(yīng)滿足公式e〈cp。即第三相機c和第四相機D的主光軸與z軸的夾角cp可 以略大于其短邊方向的視場角的一半e，使這兩個相機所攝的影像可以不重疊。但它們與第
一相機A和第二相機B所攝的影像有足夠的重疊度，供作自校驗用途。
如圖5所示，本發(fā)明中的穩(wěn)定平臺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 械阻尼裝置；穩(wěn)定平臺上還分別設(shè)有x、 y、 z軸轉(zhuǎn)動角度傳感器l，用于檢測繞x、 y、 z軸的 三個轉(zhuǎn)動自由度，傳感器l包括加速度計、軸向陀螺儀、磁羅盤等一種或多種傳感器。穩(wěn)定 平臺T上還設(shè)有照相曝光控制器等。穩(wěn)定平臺還連接有姿態(tài)角糾正軟件單元，用于對穩(wěn)定平 臺T進行軟糾正等。
本發(fā)明應(yīng)用于航空器時，x軸的方向可以沿航空器的航向。
本發(fā)明的上述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，可以實現(xiàn)自檢 校和自穩(wěn)定功能，具體方法包括
對四個相機的相對位置的變化的自檢校
檢測所述四個相機中，每個相機分別繞y、 x、 z軸姿態(tài)角的變化量Acp、 Aco、 Ak，并對 其進行校正，具體包括，在四個相機影像的重疊區(qū)內(nèi)選擇多個用于自檢校的點，每個點的
方程式如下<formula>formula see original document page 6</formula>式中，i、 j分別代表所選的點所在的重疊影像所對應(yīng)的兩個相機號；(^7,)、(1/,力)分
別表示所選的點在所述兩個相機的直接影像中的像平面坐標；(^、 A"')表示所選的點來
自所述兩個相機投影的影像之間的視差；，y為所述相機的鏡頭中心到所述影像的垂直距 離；
<formula>formula see original document page 6</formula>
卻廠
四個相機的統(tǒng)一坐標系的相對控制條件方程<formula>formula see original document page 7</formula>式中，A、 B、 C、 D分別為所述四個相機的編號；
對上述公式(3) 、 (4) 、 (5)聯(lián)合求解，得每個相機的分別繞y、 x、 z軸姿態(tài)角的 變化量Acp、 A(d、 Ak，然后根據(jù)該變化量對四個相機的相對位置進行校正。 對穩(wěn)定平臺實現(xiàn)自穩(wěn)定，具體包括
通過兩根分別沿x軸和y軸的機械轉(zhuǎn)軸及其機械阻尼裝置，使得安裝在穩(wěn)定平臺上的四 個相機的主光軸依重力保持鉛垂方向；
通過姿態(tài)角測量裝置，測定相機曝光瞬間穩(wěn)定平臺分別繞y、 x、 z軸姿態(tài)角的角度 值，并進行糾正，姿態(tài)角測量裝置包括三個加速度計、三個軸向的陀螺儀和一個磁羅盤；
通過姿態(tài)角糾正軟件單元用姿態(tài)角糾正軟件對穩(wěn)定平臺的姿態(tài)角進行糾正。
姿態(tài)角糾正軟件可以包括
根據(jù)曝光瞬間所述穩(wěn)定平臺的姿態(tài)角的值，利用所述組合寬角航空數(shù)碼相機的影像邊 緣冗余度，對穩(wěn)定平臺的姿態(tài)角進行糾正。
本發(fā)明中，為了達到自檢校的目的，可以首先把需要自檢校和不需要自檢校的方位元 素進行分離，針對需要自檢校的要素設(shè)計可以進行自檢校的影像組合機構(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構(gòu)原理設(shè)計出組合相機聯(lián)結(jié)機械構(gòu)件。可 以采取輕型的相機聯(lián)結(jié)機械構(gòu)件，減輕組合相機的重量。而對輕型構(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，通過自檢校方法能夠自動發(fā)現(xiàn)(檢測)此幾何 畸變的量值，并且對其進行校正。
本發(fā)明中，通過機械穩(wěn)定裝置，能使組合相機的穩(wěn)定平臺從20-30°角傾斜搖擺中穩(wěn)定 到接進鉛垂主光軸線；通過電子傳感器，能檢測穩(wěn)定平臺的剩余偏斜量和航向角偏斜量； 然后通過糾正軟件單元利用組合寬角視場的邊緣余量來補償糾正，從而得到如同真實穩(wěn)定 平臺狀態(tài)攝取的等效圖像，實現(xiàn)輕小型組合相機的穩(wěn)定平臺，替代現(xiàn)有技術(shù)中普遍使用的 笨重型穩(wěn)定平臺。
本發(fā)明適用于各種航空器，尤其適用于姿態(tài)角度變化大(一般可達到20-30°)的無人
飛行器、小型飛行器等。
具體實施例
組合數(shù)碼相機的安裝方式，如圖2所示，四個相機A、 B、 C、 D是成對相向傾斜的，每
個相機只作co或者cp方向的傾斜。
如圖3所示，第一相機A和第二相機B僅做等量相對的co角傾斜。兩相機A、 B被固定安置 在有對稱傾斜平面的框架T上。致使兩相機的主光軸分別繞x軸偏離鉛垂線+co角和-co角，圖
中e角是相機短邊方向視場角的一半，可以使得(d〈e，其差值可以選在r-3。之間，以使得
相機A、 B的影像間有如圖3中2A的重疊度。
圖3中/是相機主距的放大顯示，相機A、 B在等效像面上構(gòu)成的影像在^方向尺度是 2/ 2/' + w)，其尺度超過單相機尺度2/ 的兩倍。
如圖4所示，第三相機C和第四相機D僅做等量相對的cp角傾斜。相機C、 D也安置在有對 稱傾斜平面(垂直于圖3方向)的框架T上，致使兩相機的主光軸分別繞y軸偏離鉛垂線+cp
角和-cp角，圖中e角是相機短邊方向視場角的一半，與圖3不同的是，這里相機C、 D在等效
像面上的影像不但沒有重疊反而有一個2A寬度的裂縫△= f* tg(cp-e)。因而第三相機C
在等效面上的實際成像寬度僅有nFf' tg(cp+e)-f tg(cp-e)，第四相機也同樣。
9角的選擇，可以依據(jù)以下兩條原則使(^ + P)接近相機長邊方向像場角的一半； 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T包含x、 y兩個軸向的旋轉(zhuǎn)，并且加以機械阻 尼，使得其下部的四個相機的中心軸線隨時接近鉛垂。同時，在相機頂部的平臺位置裝設(shè) ^、 "、 k (分別為繞y、 x、 z軸轉(zhuǎn)動的角度)三個姿態(tài)角自由度的傳感器l，用以獲取相機 曝光瞬間的三個姿態(tài)角值，還設(shè)有相機曝光控制器2等。
下面對本發(fā)明中相機的校驗和平臺的穩(wěn)定的原理進行詳細的描述 單相機檢校和組合相機檢校
首先，對單相機進行檢校，可以按常規(guī)攝影測量方法，布設(shè)三維檢校場，對檢校場攝 影，用數(shù)字攝影測量方法精確測定各標志點，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)對每個像元的坐標進行畸變改正。
然后，對組合相機進行初檢校，其目的是確定各單相機在組合系統(tǒng)中的相對方位。組 合相機的初檢校是在各相機單檢校的基礎(chǔ)上進行。把單相機安裝到組合機械框架上，再對 檢校場進行攝影，用空間后方交會的方法求解各個相機的外方位元素值。
從空間后方交會獲取的外方位元素是基于檢校場地面坐標系的。有兩種方法求解算單
相機在組合系統(tǒng)中的相對位置
一種是，取第一個相機的像空間坐標系為系統(tǒng)坐標系，將空間后方交會所得到的外方
位元素換算到這個系統(tǒng)坐標系中；
另一種是，取四個相機攝影中心的平均位置為系統(tǒng)中心點，取四個相機的平均姿態(tài)角
為零位姿態(tài)，將空間后交所得的外方位元素轉(zhuǎn)換到這個系統(tǒng)坐標系中。
本發(fā)明中，組合寬角像場的構(gòu)成以及自檢校功能的實現(xiàn)
組合寬角相機的最終成果是在等效面上得到如圖2所示的一個寬角攝影得到的中心投 影影像。按照圖2所示的理想結(jié)構(gòu)，假如機械加工沒有誤差，機械構(gòu)件也沒有變形，則四個
F 與單相機實際構(gòu)像少
相機A、 B、 C、 D在等效面上的構(gòu)像
間的幾何關(guān)系如下:
<formula>formula see original document page 9</formula>
(1)
當存在一定的機械加工誤差和變形的情況下，各相機姿態(tài)與圖2所示的理想狀態(tài)不 同，必須通過組合相機檢校來測定各相機的cp、 co、 k角，在檢校場中用空間后方交會測定 這12個姿態(tài)角，其精度應(yīng)該達到0.5像元以內(nèi)，于是式(1)應(yīng)改變?yōu)?br> <formula>formula see original document page 9</formula>
式中i分別代表A、 B、 C、 D， 代表相機的鏡頭中心位置。A."2…&為
由cp、 co、 K構(gòu)成的方向余弦矩陣。機械設(shè)計應(yīng)保證四個相機的鏡頭中心盡可能地靠近，理 想狀態(tài)它們合為一個點。實際上，相機越小，它們就越靠近。理論上可以證明當相機之間 的間距小到相機曝光時間內(nèi)飛機所飛越的地面距離，而且，地面起伏小于航高的三分之一 時，由此引起的四相機影像拼接誤差將在0.3像元之內(nèi)。
當聯(lián)結(jié)四相機的機械構(gòu)件因溫度變化和平臺運動產(chǎn)生變形時，它們導(dǎo)致&、 &、 &
的變化一般是很小的(在亞毫米級)，但是，導(dǎo)致的(p、 00、 K之變化則是不可忽略的。因 此，本發(fā)明中，利用圖2中所示的四個相機影像在等效面投影的重疊度進行相鄰相機間的相 對定向解算，求解各相機姿態(tài)角的增量Acp、 Aco、 Ak 。
具體如圖5所示，在重疊區(qū)內(nèi)選擇12個用于自檢校的點，每個點的方程式如下
<formula>formula see original document page 10</formula>、 ( 3)
<formula>formula see original document page 10</formula>
上式中，i、 j分別代表相鄰重疊影像所對應(yīng)的兩個相機號(例如A和C)。而 (x,，y,)、( ，;;,)表示直接影像中的同一個地物點在兩個相機影像中的像平面坐標。
(AXy， A《)表示同一地物點來自兩個相機投影的影像之間的視差，/為相機鏡頭中心到所 述影像的垂直距離。上式實際表達的是視差殘余按AAAw'AK'AAA^A^關(guān)系的權(quán)分配。
所以式右邊可以使用各相機中的坐標"y')和(、力)。
除了以上按照重疊區(qū)內(nèi)12個點所列的24個視差方程外，考慮組合相機系統(tǒng)的統(tǒng)一坐標
系的相對控制條件，可以得到如下的條件方程
<formula>formula see original document page 10</formula> (5)
將方程(3) 、 (4)和方程組(5)聯(lián)立，則得27個方程，未知數(shù)個數(shù)為12個，多余 觀測15個，按照附有條件的間接平差法求解，即可實現(xiàn)組合相機系統(tǒng)的自檢校。在實際的 航空攝影測量中，對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 和平臺運動引起的變形。
自穩(wěn)定平臺的構(gòu)成及組合自穩(wěn)定功能的實現(xiàn)
如圖7所示，本發(fā)明的具體實施例中的穩(wěn)定平臺由以下三部分組成，并分步實現(xiàn)穩(wěn)定 平臺的自穩(wěn)定
機械轉(zhuǎn)軸X和Y及其機械阻尼裝置
使得安裝在穩(wěn)定平臺T上的組合相機系統(tǒng)的主光軸能依重力保持鉛垂方向。阻尼裝置 的力度應(yīng)當調(diào)節(jié)到當飛行器運動引起搖擺時，其搖擺角度小于IO。。 姿態(tài)角測量裝置
包括三個加速度計，三個軸向的陀螺儀和一個磁羅盤，用以測定相機曝光瞬間穩(wěn)定平
臺T的cp、 《、 K角度值，要求量測精度達到3。以內(nèi)。
姿態(tài)角糾正軟件
根據(jù)曝光瞬間組合相機系統(tǒng)姿態(tài)角的量測值，充分利用組合寬角相機影像邊緣冗余
度，對組合相機像場進行改正，使之形成的等效影像達到姿態(tài)角在3°以內(nèi)的水平。包括對 (p、 CO、 K角的軟糾正
如圖8所示，為(p、 W角的軟糾正，由于組合寬角相機的像場角足夠?qū)?最寬達 130°)，因此有一定的邊緣余量，可以用來緩沖機械穩(wěn)定平臺的穩(wěn)定度不足。例如，從
130°寬像場中兩邊各去10°用作穩(wěn)定平臺填補，則還有110°凈寬的像場足以供作等效影像 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的邊緣冗余量，在最大可能取用
的像場范圍內(nèi)以等效影像主點為中心作一個最大的圓，在圓內(nèi)做內(nèi)接正方形，其方位角依
所測定的K值而定。這樣就解決了飛行器頂著側(cè)向風飛行時，飛行平臺傾斜所造成的航偏角
較大的問題，使制成的等效影像依航線整齊排列，便于后續(xù)的測圖操作。
按本發(fā)明設(shè)計制造的組合寬角相機及其所攝圖像經(jīng)自檢校處理后拼接成的等效寬角影
像經(jīng)檢測，各相機拼接處的誤差均在O. 3像元以內(nèi)。
本發(fā)明中，利用相機外方位的自檢校功能，實現(xiàn)機械聯(lián)結(jié)構(gòu)件的輕小型化，允許機械 變形留待攝影瞬間構(gòu)象的自檢校予以補償糾正；可以實現(xiàn)自檢校的特殊組合成像結(jié)構(gòu)，是 各單像機所設(shè)影像具有足夠的而且利于求解相對姿態(tài)微小變化的重疊度；利用最小二乘匹 配方法，通過設(shè)計的特征點位之視差余量的觀測值聯(lián)合平差求解各角的相機姿態(tài)微小變化 量值；對所攝影的每一張影像都進行自控校改正，從而使得到質(zhì)量優(yōu)良的等效寬角航空影 像。
本發(fā)明中的穩(wěn)定平臺，把常規(guī)穩(wěn)定平臺的功能分成機械穩(wěn)定、電子測量和軟件糾正三 個部分組成與實現(xiàn)；通過阻尼機械裝置實現(xiàn)重力環(huán)境下的X、 Y雙軸初穩(wěn)定；通過加速度 計、陀螺儀和磁羅盤測定重力阻尼機械穩(wěn)定的剩余姿態(tài)偏離量；利用組合寬角相機的寬像 場邊緣余量補償重力阻尼穩(wěn)定的剩余姿態(tài)偏離，用軟件糾正方法實現(xiàn)自穩(wěn)定；自穩(wěn)定平臺 沒有動力驅(qū)動裝置和開/閉環(huán)控制電路。解決了機械構(gòu)件輕小型化的變形問題。
本發(fā)明通過上述的技術(shù)方案，實現(xiàn)了組合寬角相機的輕小型化；實現(xiàn)了相機穩(wěn)定平臺 的輕小型化；相機系統(tǒng)與穩(wěn)定平臺的總重量降低了近一個數(shù)量級(從百余公斤降到15公 斤)，因而可以成為無人飛行器(無人機、無人直升機、無人飛艇)的有效荷載；可以進 行規(guī)模化生產(chǎn)。本發(fā)明可應(yīng)用于無人飛行器低空航測系統(tǒng)，由于可以實現(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、清晰度和航測精度?？梢赃_到l: 500
地形測圖精度，可以在陰天云下作業(yè)，可以成為用戶自主擁有的靈活機動性強的航空測量 設(shè)備。
輕小型航空器具有低空、低速、靈活、機動、可沿復(fù)雜航線飛行、可以無機場起降等 一系列優(yōu)點，但都有載荷限制的要求，難以攜帶笨重的穩(wěn)定平臺，飛行器的飛行穩(wěn)定度較 大型航空器也差得多。本發(fā)明可以制作出輕小型組合寬角低空數(shù)碼相機、輕小型低空遙感 平臺，可以應(yīng)用于無人飛機、無人直升機、無人飛艇、輕小型有人飛機、輕小型有人直升 機等。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，包括固定在穩(wěn)定平臺上的四個相機，其特征在于，所述四個相機按重疊構(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軸空間坐標系，其中z軸的方向與所述穩(wěn)定平臺的縱向軸線重合；所述四個相機中，第一相機和第二相機對稱于坐標原點設(shè)置在y軸上，且二者的主光軸在y、z軸平面內(nèi)等量相對傾斜并與z軸的夾角為ω；第三相機和第四相機對稱于原點設(shè)置在x軸上，且二者的主光軸在x、z軸平面內(nèi)等量相對傾斜并與z軸的夾角為 id="icf0001" file="A2008102220690002C1.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所述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，其特 征在于，所述第一相機和第二相機的視場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角的一半為e，滿足公式co〈e，所述角co與角e的差值為r 3。。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，其特 征在于，所述第三相機和第四相機的視場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角的一半為為e角，滿足公式<formula>formula see original document page 2</formula>
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，其特 征在于，所述穩(wěn)定平臺沿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)有機械阻尼裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，其特 征在于，所述穩(wěn)定平臺上分別設(shè)有x、 y、 z軸轉(zhuǎn)動角度電子傳感器。所述電子傳感器包括加速度計、軸向陀螺儀和磁羅盤。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，其特 征在于，所述穩(wěn)定平臺連接有姿態(tài)角糾正軟件單元。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機 系統(tǒng)，其特征在于，對該系統(tǒng)中的四個相機的相對位置的變化的自檢校方法包括檢測所述四個相機中，每個相機分別繞y、 x、 z軸姿態(tài)角的變化量Acp、 △ 、 Ak，并對 其進行校正，具體包括，在所述四個相機影像的重疊區(qū)內(nèi)選擇多個用于自檢校的點，每個 點的方程式如下力<formula>formula see original document page 2</formula>式中，i、 j分別代表所選的點所在的重疊影像所對應(yīng)的兩個相機號；(x,,_y,)、(x,,_y,)6、別表示所選的點在所述兩個相機的直接影像中的像平面坐標；(M"， A&)表示所選的點來自所述兩個相機投影的影像之間的視差；，y為所述相機的鏡頭中心到所述影像的垂直距 離；所述四個相機的統(tǒng)一坐標系的相對控制條件方程- + + A^c + = 0 Aa^ + A<yB + A&)e + A =0 Ak乂 + A/fs + Akc + A =0 j (。式中，A、 B、 C、 D分別為所述四個相機的編號；對上述公式(3) 、 (4) 、 (5)聯(lián)合求解，得每個相機的分別繞y、 x、 z軸姿態(tài)角的 變化量Acp、 Aw、 Ak。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，其特 征在于，對該系統(tǒng)中的穩(wěn)定平臺實現(xiàn)自穩(wěn)定的方法包括通過兩根分別沿x軸和y軸的機械轉(zhuǎn)軸及其機械阻尼裝置，使得安裝在所述穩(wěn)定平臺上 的四個相機的主光軸依重力保持鉛垂方向；通過姿態(tài)角測量裝置，測定所述相機曝光瞬間所述穩(wěn)定平臺分別繞y、 x、 z軸姿態(tài)角 的角度值，并進行糾正，所述姿態(tài)角測量裝置包括三個加速度計、三個軸向的陀螺儀和一 個磁羅盤；通過姿態(tài)角糾正軟件單元用姿態(tài)角糾正軟件對所述穩(wěn)定平臺的姿態(tài)角進行糾正。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，其特 征在于，所述姿態(tài)角糾正軟件包括根據(jù)曝光瞬間所述穩(wěn)定平臺的姿態(tài)角的值，利用所述組合寬角航空數(shù)碼相機的影像邊 緣冗余度，對所述穩(wěn)定平臺的姿態(tài)角進行糾正。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有自校驗自穩(wěn)定功能的組合寬角航空數(shù)碼相機系統(tǒng)，穩(wěn)定平臺上的四個相機成對布置，每對相機等量相對傾斜，構(gòu)成組合寬角的等效中心投影成像系統(tǒng)，并通過自檢校方法對其進行校正。穩(wěn)定平臺通過相互垂直的轉(zhuǎn)軸及機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；再通過加速度計、軸向陀螺儀、磁羅盤等電子傳感器及姿態(tài)角糾正單元進一步穩(wěn)定。可以實現(xiàn)組合寬角相機及其穩(wěn)定平臺的輕小型化，精度高、穩(wěn)定性好，可以應(yīng)用于各種無人飛機、無人直升機、無人飛艇、輕小型有人飛機、輕小型有人直升機等。
文檔編號G01C11/00GK101354250SQ200810222069
公開日2009年1月28日 申請日期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, 李國勝, 李永龍, 林宗堅, 桂德竹, 洪志剛, 蘇國中, 冰 鄧, 陳天恩 申請人:中國測繪科學研究院