機(jī)載傾斜攝影相機(jī)攝影裝置的制作方法

技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及種機(jī)載攝影裝置，具體地說，是具有臺(tái)數(shù)為2-5的多臺(tái)面陣CCD相機(jī)來獲取以不同傾斜角度同步數(shù)據(jù)采集攝相裝置。
背景技術(shù)：
隨著城市規(guī)劃，建筑物景觀設(shè)計(jì)，三維導(dǎo)航等應(yīng)用對(duì)城市建筑物真三維重建的需要，建立鑲嵌建筑物真實(shí)墻面紋理具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義.
城市建模主要包括幾何建模和紋理建模兩部分。目前幾何建模和紋理建模所依賴的資料源都是分階段獲取。幾何建模的資料源通過衛(wèi)星、飛機(jī)獲取航天立體影像，或者激光掃描(LIDAR)資料；而紋理重建的資料源則主要基于計(jì)算機(jī)仿真的紋理和基于地面人工拍攝的影像.通過計(jì)算機(jī)仿真得到的紋理比較簡(jiǎn)單，缺乏真實(shí)感；采用基于地面攝影方式獲取墻面紋理，即對(duì)每墻面攝取影像，由人機(jī)交互量測(cè)影像中墻面的角點(diǎn)，并切割、映像，從而得到墻面紋理，該方式不僅人工量非常大，勞動(dòng)效率低，而且受到各種客觀環(huán)境的約束，比如攝影距離有限無法獲取高大建筑物的景，另外建筑物之間的遮擋非常嚴(yán)重。
考慮到幾何建模和紋理建模的資料源分階段獲取的工作量大和勞動(dòng)效率低下，因而學(xué)者對(duì)于利用“單、多張影像”進(jìn)行建筑物的三維重建的理論和方法便非常重視(如張祖勛，Liebowitz等)，該方法利用其影像滅點(diǎn)原理解算影像的內(nèi)、外方位元元素，重建房屋的三維模型，同時(shí)建立影像和房屋的紋理映像關(guān)系，從而解決單個(gè)建筑物的幾何和紋理快速重建的問題；但該方法的資料源依然是基于地面人工拍攝方式獲取，因此，對(duì)于大面積的城市建筑物的真三維快速重建仍顯得力不從心。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前城市建筑物的三維重建存在勞動(dòng)量大，效率低下，真實(shí)感較差等現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供種同步獲取建筑物不同角度的序列影像的機(jī)載傾斜相機(jī)攝影裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下根據(jù)本發(fā)明的種機(jī)載傾斜相機(jī)攝影裝置，其點(diǎn)是包括臺(tái)數(shù)為2-5的多臺(tái)高空間分辨率面陣CCD相機(jī)組合裝置，以定角度安裝在標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定平臺(tái)上；姿態(tài)測(cè)量裝置，提供姿態(tài)和位置參數(shù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置；以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)以上部件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制以及存儲(chǔ)維護(hù)，并發(fā)送同源觸發(fā)脈沖啟動(dòng)該多臺(tái)面陣CCD相機(jī)，實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集。
本發(fā)明的裝置具有同步獲取前視、下視、后視、左視和右視等二個(gè)至五個(gè)不同角度的序列影像的能力.根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的需要來決定所需面陣CCD相機(jī)的個(gè)數(shù)。其中下視序列影像用于制作DEM、建筑物的三維空間模型和正射影像；其它角度的序列影像作為建筑物墻面紋理的資料源。由上看出本發(fā)明的裝置既提供了幾何建模的數(shù)據(jù)源，同時(shí)也具有了建筑物墻面的紋理源，為幾何建模和紋理建模體化的實(shí)現(xiàn)，提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。由于本發(fā)明的裝置是基于攝影，相對(duì)傳統(tǒng)基于地面攝影方式，其工作效率有著明顯的提高，房屋模型的真實(shí)感較強(qiáng)，而且為城市建模的半自動(dòng)化、自動(dòng)化提供條新的途徑。
多臺(tái)(2-5)相機(jī)同步工作，采用脈沖振蕩器發(fā)出同源脈沖給每臺(tái)相機(jī)和姿態(tài)量測(cè)系統(tǒng)(POS)，并通過相應(yīng)的傳感器使得每臺(tái)相機(jī)在同時(shí)刻曝光。通過記錄POS系統(tǒng)的時(shí)間數(shù)據(jù)，標(biāo)記每張影像的成像時(shí)刻，從而建立每臺(tái)相機(jī)之間的序列影像的索引關(guān)系。
其整機(jī)的主要技術(shù)指針如下●地面分辨率GSD0.2m(按航高1000m計(jì)算)；●光學(xué)成像的總視場(chǎng)角44°；●資料動(dòng)態(tài)范圍76dB；●位置和姿態(tài)參數(shù)度；■機(jī)上實(shí)時(shí)位置3-10m，速度0.5m/s，俯仰和側(cè)滾2’，航偏角10’；■事后處理位置10-30cm，速度0.05m/s，俯仰和側(cè)滾1’，航偏角2’；●穩(wěn)定平臺(tái)俯仰和側(cè)滾穩(wěn)定范圍不小于±12°。
●環(huán)境條件環(huán)境溫度-10～50℃，濕度70～80％rH；
●海拔高度小于2000m，通用航測(cè)飛機(jī)常規(guī)振動(dòng)和沖擊。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)步的說明


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-1和圖2-2為本發(fā)明的多臺(tái)面陣CCD相機(jī)組合裝置實(shí)施例的視圖示意圖。
圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)組成模塊圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)圖1-圖3給出本發(fā)明個(gè)較好實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，以便進(jìn)步給出本發(fā)明的技術(shù)細(xì)節(jié)，使能更好地說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)征和功能點(diǎn)，但不是用來限定本發(fā)明的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明之機(jī)載傾斜相機(jī)攝影裝置的總體結(jié)構(gòu)包括多臺(tái)(2-5臺(tái))高空間分辨率面陣CCD相機(jī)組合裝置13；姿態(tài)測(cè)量裝置14，提供姿態(tài)與位置參數(shù)，該多臺(tái)面陣CCD相機(jī)組合裝置13和姿態(tài)測(cè)量裝置14安裝在攝影穩(wěn)定平臺(tái)5上，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置12，臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)11，負(fù)責(zé)對(duì)以上部件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制以及存儲(chǔ)維護(hù)，并發(fā)送同源觸發(fā)脈沖啟動(dòng)多臺(tái)(2-5臺(tái))面陣CCD相機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集。
為了便于介紹，在實(shí)施例中，將整個(gè)裝置分成三部分加以說明，即多臺(tái)高空間分辨率面陣CCD相機(jī)組合裝置；穩(wěn)定平臺(tái)、位置姿態(tài)測(cè)量和導(dǎo)航子系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集/控制/存儲(chǔ)子系統(tǒng)多臺(tái)高空間分辨率面陣面陣CCD相機(jī)組合裝置如圖2-1，2-2所示，多臺(tái)高空間分辨率面陣CCD相機(jī)組合裝置13由五臺(tái)相機(jī)組成。每臺(tái)相機(jī)參數(shù)為


下視相機(jī)133為垂直攝影，用于制作DEM、正射影像，其它相機(jī)(前視相機(jī)131、后視相機(jī)132、左視相機(jī)134和右視相機(jī)135)為傾斜攝影，提供城市建筑物墻面紋理，傾斜角度在20°-50°之間。
●穩(wěn)定平臺(tái)、位置姿態(tài)測(cè)量和導(dǎo)航子系統(tǒng)穩(wěn)定平臺(tái)、位置姿態(tài)測(cè)量和導(dǎo)航子系統(tǒng)由攝影穩(wěn)定平臺(tái)5、姿態(tài)測(cè)量裝置4(POS)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1中的導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成。通過高度姿態(tài)和定位參數(shù)的獲得，穩(wěn)定平臺(tái)5提供定度的水平，并能提供員和飛行員各種參數(shù)和導(dǎo)航參數(shù)。
位置姿態(tài)測(cè)量將采用國外機(jī)載高度POS裝置解決，它將球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(IMU)有機(jī)地結(jié)合在起，以多種接口方式靈活地提供高度的姿態(tài)和位置參數(shù)，并有原始數(shù)據(jù)記錄功能，供數(shù)據(jù)后處理獲得更高度的姿態(tài)和位置參數(shù)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)位置2-3m，速度0.2m/s，俯仰和側(cè)滾1.8’，航偏角6’的實(shí)時(shí)度。通過軟件事后處理能獲得位置10-30cm，速度0.04m/s，俯仰和側(cè)滾1’，航偏角2’的姿態(tài)定位度。
POS系統(tǒng)與多臺(tái)(2-5)相機(jī)組合裝置13以統(tǒng)共同剛性地安裝在二軸穩(wěn)定平臺(tái)15上。二軸穩(wěn)定平臺(tái)15提供相機(jī)組合裝置13個(gè)較低度的平臺(tái)，避免飛機(jī)由于氣流不穩(wěn)定(在城市上空飛行)中抖動(dòng)引起姿態(tài)的突變，保證測(cè)量的度，降低幾何校正的困難。導(dǎo)航設(shè)備將系統(tǒng)參數(shù)、儀器狀態(tài)、姿態(tài)參數(shù)、定位參數(shù)、飛行航線、導(dǎo)航參考以直觀、GUI方式提供給員和飛行員。
●數(shù)據(jù)采集/控制/存儲(chǔ)子系統(tǒng)該子系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1中的數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)控制模塊、存儲(chǔ)模塊三個(gè)模塊組成。主要完成高空間分辨力相機(jī)成像、POS/SP/AV子系統(tǒng)的多源數(shù)據(jù)傳輸、采集、控制、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示等功能。整個(gè)子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集器、磁盤陣列記錄器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和POS處理機(jī)。
基于小型化、輕量化、體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想，在數(shù)據(jù)采集/控制/存儲(chǔ)子系統(tǒng)上通過同源觸發(fā)脈沖同步啟動(dòng)多臺(tái)面陣相機(jī)。
計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要包括人機(jī)交互設(shè)備，同步控制設(shè)備，高速存儲(chǔ)接口，高速光纖數(shù)據(jù)通道，數(shù)據(jù)接收處理單元(a)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成設(shè)備的選取和功能如下人機(jī)交互設(shè)備包括顯示設(shè)備、鍵盤、鼠標(biāo)等通用輸入/輸出設(shè)備?？紤]到機(jī)載系統(tǒng)殊的工作環(huán)境，選用的標(biāo)準(zhǔn)為抗震性和電磁兼容性能良好，攜帶方便、安裝簡(jiǎn)易、操作便捷。
同步控制設(shè)備，這部分主要包括三個(gè)主要功能生成GPS信息，提供給存儲(chǔ)模塊生成GPS數(shù)據(jù)文件；在數(shù)據(jù)采集過程中，同步向多臺(tái)(2~5)相機(jī)發(fā)送同周期性脈沖信號(hào)；同時(shí)將該信號(hào)與GPS上提供的時(shí)鐘信息相結(jié)合，生成事后時(shí)鐘校準(zhǔn)所需的時(shí)間標(biāo)志。
高速光纖數(shù)據(jù)通道從高空間分辨力相機(jī)的數(shù)碼設(shè)備中獲取圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)由高速存儲(chǔ)設(shè)備接口送入高速存儲(chǔ)外設(shè)進(jìn)行存儲(chǔ)。
高速存儲(chǔ)設(shè)備接口正常運(yùn)行時(shí)，多臺(tái)高空間分辨力相機(jī)同時(shí)成像，其海量數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)率要求很高，普通的存儲(chǔ)設(shè)備無法滿足要求，所以在系統(tǒng)中采用了高速、穩(wěn)定、可靠，抗震性能良好的高速存儲(chǔ)外設(shè)完成數(shù)據(jù)采集工作，利用高速存儲(chǔ)設(shè)備接口與之連接，將數(shù)據(jù)通道中獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過實(shí)時(shí)壓縮后送入高速存儲(chǔ)設(shè)備中。
數(shù)據(jù)接收處理接口獲取當(dāng)前的飛行姿態(tài)信息，同時(shí)將相機(jī)曝光觸發(fā)信號(hào)，發(fā)送給POS處理器的Event Mark記錄器，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)與POS數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。
(b)存儲(chǔ)設(shè)備把多臺(tái)高空間分辨率面陣相機(jī)采集的二維圖像數(shù)據(jù)和輔助參數(shù)即時(shí)轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，供地面后處理系統(tǒng)使用。位置和姿態(tài)參數(shù)同時(shí)被記錄在高空間分辨力數(shù)據(jù)和高光譜分辨力數(shù)據(jù)中，供事后用軟件方法處理進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。
單臺(tái)相機(jī)輸出圖像的大小4096*4096*3/(1024*1024)＝48MBps曝光時(shí)間間隔為2.45s按五臺(tái)相機(jī)同步工作1小時(shí)飛行時(shí)間計(jì)算，圖像所需的存儲(chǔ)設(shè)備容量為344GB，使用SCSI總線硬盤陣列，實(shí)現(xiàn)大容量、高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，記錄速度大于50Mbyte/second。采用兩種容量的磁盤陣列，種為540G，另種為216G，都具有機(jī)上更換能力，能夠完成次長時(shí)間飛行任務(wù)。
(c)計(jì)算機(jī)控制軟件功能模塊劃分如圖3所示，主要控制軟件分成以下幾個(gè)功能模塊，它們的功能如下人機(jī)交互模塊10，該軟件為系統(tǒng)的控制中心，主要功能包括生成人機(jī)交互界面，部分元數(shù)據(jù)信息的顯示和獲取，圖像瀏覽，控制指令的獲取和執(zhí)行。
元數(shù)據(jù)管理模塊110，主要功能包括元數(shù)據(jù)信息的獲取和存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)來源于人機(jī)交互模塊110。
數(shù)據(jù)獲取和處理模塊112從高空間分辨力成像設(shè)備中獲取圖像數(shù)據(jù)和IMU結(jié)果數(shù)據(jù)，生成所需的結(jié)果數(shù)據(jù)文件111。
導(dǎo)航控制模塊113(即姿態(tài)量測(cè)控制模塊)獲取IMU數(shù)據(jù)，提供給人機(jī)交互界面，用于生成導(dǎo)航操作所需的控制信息。
探測(cè)器控制模塊114從人機(jī)交互界面中獲取操作員對(duì)探測(cè)器的控制指令，并加以執(zhí)行。
狀態(tài)檢測(cè)模塊115成像設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將有效數(shù)據(jù)送入狀態(tài)記錄模塊116加以存儲(chǔ)和顯示。
圖3中表示數(shù)據(jù)流，而“→”表示控制流；輸入輸出設(shè)備2包括顯示設(shè)備、鍵盤、鼠標(biāo)等。
以上所介紹的，僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，不能以此來限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所作的等同的變化，以及本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的改進(jìn)、變化，都應(yīng)仍屬于本發(fā)明涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.種機(jī)載傾斜相機(jī)攝影裝置，其征在于包括臺(tái)數(shù)為2-5的多臺(tái)高空間分辨率面陣CCD相機(jī)，以定角度安裝在攝影穩(wěn)定平臺(tái)上；姿態(tài)測(cè)量裝置，提供影像姿態(tài)和位置參數(shù)，安裝在攝影穩(wěn)定平臺(tái)上；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)以上部件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制以及存儲(chǔ)維護(hù)，并發(fā)送同源觸發(fā)脈沖啟動(dòng)該多臺(tái)面陣CCD相機(jī)，實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載傾斜相機(jī)攝影裝置，其征在于該多臺(tái)高空間分辨率面陣CCD相機(jī)攝影裝置包括前視相機(jī)，下視相機(jī)，后視相機(jī)，左視相機(jī)，右視相機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)載傾斜相機(jī)攝影裝置，其征在于，該下視相機(jī)為垂直攝影，用于制作DEM，正射影像。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)載傾斜相機(jī)攝影裝置，其征在于，所述前視相機(jī)、后視相機(jī)、左視相機(jī)和右視相機(jī)都為傾斜攝影，用于獲取建筑物墻面紋理影像，傾斜角度在20-50°之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載傾斜相機(jī)攝影裝置，其征在于，該多臺(tái)高空間分辨率面陣CCD相機(jī)中的每臺(tái)相機(jī)通過相應(yīng)的個(gè)傳感器成像時(shí)間對(duì)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)成像同步。

種機(jī)載傾斜相機(jī)攝影裝置，包括臺(tái)數(shù)為2－5m多臺(tái)高空間分辨率面陣CCD相機(jī)；姿態(tài)測(cè)量裝置，提供影像姿態(tài)和位置參數(shù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)以上部件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制以及存儲(chǔ)維護(hù)，并發(fā)送同源觸發(fā)脈沖啟動(dòng)該多臺(tái)面陣CCD相機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)同步采集資料。本發(fā)明具有獲取不同角度的高空間分辨率影像、工作效率高和穩(wěn)定可靠等點(diǎn)。