一種基于無人機(jī)平臺的四相機(jī)大幅面遙感載荷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于無人機(jī)平臺的四相機(jī)大幅面遙感載荷系統(tǒng)，其特征在于：它包括第一相機(jī)、第二相機(jī)、第三相機(jī)、第四相機(jī)、剛性平臺和同步曝光控制系統(tǒng)；第一相機(jī)設(shè)置在剛性平臺前部，第四相機(jī)設(shè)置在剛性平臺后部，第二相機(jī)設(shè)置在第一相機(jī)與第四相機(jī)之間的剛性平臺的左中部，第三相機(jī)設(shè)置在第一相機(jī)與第四相機(jī)之間的剛性平臺右中部；且第四相機(jī)的主光軸豎直向下，第一相機(jī)的主光軸朝第四相機(jī)的主光軸前下方向傾斜13.48°，第二相機(jī)的主光軸朝第四相機(jī)的主光軸右下方向傾斜20°，第三相機(jī)的主光軸朝第四相機(jī)的主光軸左下方向傾斜20°；同步曝光控制系統(tǒng)也設(shè)置在剛性平臺上，同步曝光控制系統(tǒng)分別連接并控制第一相機(jī)、第二相機(jī)、第三相機(jī)和第四相機(jī)。本實用新型可以廣泛用于航空拍攝領(lǐng)域。
【專利說明】 一種基于無人機(jī)平臺的四相機(jī)大幅面遙感載荷系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是關(guān)于一種遙感載荷系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種基于無人機(jī)平臺的四相機(jī)大幅面遙感載荷系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，航空航測主要分為基于有人駕駛飛機(jī)承載的大飛行平臺與大幅面的測量相機(jī)航測和基于無人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle,簡稱UAV)與普通數(shù)碼相機(jī)組合構(gòu)件的低空航測。其中，基于有人駕駛飛機(jī)承載的大飛行平臺與大幅面的測量相機(jī)航測，由于技術(shù)原因直接生產(chǎn)大幅面的測量相機(jī)仍存在一定困難，并且大幅面的測量相機(jī)體積龐大、價格不菲、對搭載平臺要求較為苛刻，其搭載平臺是需要有人駕駛的大飛行平臺，而有人駕駛的大飛行平臺需要解決對起飛降落場地需求、空域管制等一系列問題?；跓o人機(jī)和普通數(shù)碼相機(jī)組合構(gòu)件的低空航測因其具有低空飛行、費(fèi)用低、機(jī)動靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前正處于快速發(fā)展的成長期，作為一項新興技術(shù)被社會廣泛認(rèn)可和推廣。
[0003]然而，目前市場上大多數(shù)無人機(jī)航拍系統(tǒng)都是在無人機(jī)上搭載一臺普通數(shù)碼相機(jī)，相機(jī)幅面大小一般在3000 (像素)x4000 (像素)?4000 (像素)x5000 (像素)左右，幅面小。若想要從單幅影像中獲得較大范圍的地面覆蓋圖像就必然要求增加航高，然而增加航高勢必導(dǎo)致拍攝精度降低，這是一對矛盾統(tǒng)一體。通過實踐可知，若保證在一定影像比例尺精度的情況下拍攝，目前采用的單相機(jī)系統(tǒng)，在航拍作業(yè)時需要布設(shè)更多的航線以及更多曝光站點(diǎn)，因此航拍作業(yè)效率非常低。因此，有必要設(shè)計一種將相機(jī)拍攝幅面擴(kuò)大的基于無人機(jī)平臺遙感載荷系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本實用新型的目的是提供能夠通過四個按照設(shè)定原則放置的相機(jī)拍攝一個大幅面的單投影中心的虛擬影像的一種基于無人機(jī)平臺的四相機(jī)大幅面遙感載荷系統(tǒng)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取以下技術(shù)方案:一種基于無人機(jī)平臺的四相機(jī)大幅面遙感載荷系統(tǒng)，其特征在于:它包括第一相機(jī)、第二相機(jī)、第三相機(jī)、第四相機(jī)、剛性平臺和同步曝光控制系統(tǒng)；所述第一相機(jī)設(shè)置在所述剛性平臺前部，所述第四相機(jī)設(shè)置在所述剛性平臺后部，所述第二相機(jī)設(shè)置在所述第一相機(jī)與所述第四相機(jī)之間的所述剛性平臺的左中部，所述第三相機(jī)設(shè)置在所述第一相機(jī)與所述第四相機(jī)之間的所述剛性平臺右中部；且所述第四相機(jī)的主光軸豎直向下，所述第一相機(jī)的主光軸朝所述第四相機(jī)的主光軸前下方向傾斜13.48°，所述第二相機(jī)的主光軸朝所述第四相機(jī)的主光軸右下方向傾斜20°，所述第三相機(jī)的主光軸朝所述第四相機(jī)的主光軸左下方向傾斜20° ;所述同步曝光控制系統(tǒng)也設(shè)置在所述剛性平臺上，所述同步曝光控制系統(tǒng)分別連接并控制所述第一相機(jī)、所述第二相機(jī)、所述第三相機(jī)和所述第四相機(jī)。
[0006]所述第一相機(jī)、所述第二相機(jī)、所述第三相機(jī)和所述第四相機(jī)均采用數(shù)碼相機(jī)。[0007]所述第一相機(jī)和所述第四相機(jī)鏡頭的中心點(diǎn)連線與所述第二相機(jī)和所述第三相機(jī)鏡頭的中心點(diǎn)連線正交，且所述第一相機(jī)和所述第四相機(jī)、所述第二相機(jī)和所述第三相機(jī)分別關(guān)于交點(diǎn)中心對稱。
[0008]本實用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):本實用新型采用四臺普通非量測數(shù)碼相機(jī)組合而成，四臺相機(jī)緊密分布排列，且其中前部相機(jī)、左部相機(jī)和右部相機(jī)的主光軸各自成一定角度傾斜，相機(jī)主光軸豎直向下，從而保證了獲取影像具有一定重疊度，進(jìn)而可以經(jīng)過幾何糾正和影像拼接過程的處理，合成一個單投影中的虛擬影像。同時通過設(shè)置在剛性平臺上的同步曝光控制系統(tǒng)控制四臺相機(jī)拍攝圖像同時曝光，既可以經(jīng)過幾何糾正和影像拼接過程的處理，合成一個單投影中的虛擬影像，又可以多度重疊覆蓋拍攝面積，使得在等同飛行航高的條件下，航帶影像的高質(zhì)量地面覆蓋寬度增加1.5倍以上，從而達(dá)到有效提高飛行作業(yè)效率的目的。本實用新型搭載在低空飛行的無人飛行器平臺上進(jìn)行低空飛行測圖作業(yè)，由于本實用新型采用普通的相機(jī)因此成本較低、且四個相機(jī)同時拍攝圖片可以實現(xiàn)高效率、高精度地完成航拍作業(yè)。本實用新型可以廣泛用于航空拍攝領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型的四相平面機(jī)布局示意圖
[0010]圖2是本實用新型的四相平面機(jī)二維透視不意圖
[0011]圖3是本實用新型的四相機(jī)主光軸方向側(cè)視圖
[0012]圖4是本實用新型的四相機(jī)鏡頭拍攝原始影像示意圖
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)的描述。需要說明的是，下文中的“前部”定義為無人機(jī)飛行器前進(jìn)的方向。
[0014]如圖1、圖2所示，本實用新型包括第一相機(jī)1、第二相機(jī)2、第三相機(jī)3、第四相機(jī)
4、剛性平臺5和同步曝光控制系統(tǒng)6。
[0015]其中，第一相機(jī)I設(shè)置在剛性平臺5前部，第四相機(jī)4設(shè)置在剛性平臺5后部，第二相機(jī)2設(shè)置在第一相機(jī)I與第四相機(jī)4之間的剛性平臺5的左中部，第三相機(jī)3設(shè)置在第一相機(jī)I與第四相機(jī)4之間的剛性平臺5右中部，第一相機(jī)I和第四相機(jī)4鏡頭的中心點(diǎn)連線(X軸)與第二相機(jī)2和第三相機(jī)3鏡頭的中心點(diǎn)連線(Y軸)正交，且第一相機(jī)I和第四相機(jī)4、第二相機(jī)2和第三相機(jī)3分別關(guān)于交點(diǎn)中心對稱。同時，第四相機(jī)4的主光軸(Z軸)豎直向下，第一相機(jī)I的主光軸朝前下方向傾斜13.48°，第二相機(jī)2的主光軸朝右下方向傾斜20°，第三相機(jī)3的主光軸朝左下方向傾斜20°。同步曝光控制系統(tǒng)6也設(shè)置在剛性平臺5上，同步曝光控制系統(tǒng)6分別連接并控制第一相機(jī)1、第二相機(jī)2、第三相機(jī)3和第四相機(jī)4同步曝光。本實用新型裝置設(shè)置在基于無人機(jī)飛行器平臺上。
[0016]上述實施中，第一相機(jī)1、第二相機(jī)2、第三相機(jī)3和第四相機(jī)4全部采用型號為RIOCOH GR LENS A1228mm F2.5 的數(shù)碼相機(jī)。
[0017]本實用新型工作時:
[0018]I)使用常規(guī)攝影測量相機(jī)檢校方法分別檢校四臺相機(jī)，通過室內(nèi)或室外檢校場的攝影測量，用內(nèi)定向和畸變差方程可求解出相機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣和畸變向量，上述校驗方法均為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的攝影測量相機(jī)檢校方法，故不再詳述；
[0019]2)如圖3所示，從視場角、幅面、多度重疊、系統(tǒng)自檢校因素方面設(shè)計相機(jī)傾斜角度和方向，對四臺相機(jī)分別以主光軸(以第四相機(jī)4的主光軸z為標(biāo)準(zhǔn))各自成一定角度組裝集成在一個剛性平臺5上。因此，第一相機(jī)I與主光軸z左側(cè)所成角度為13.48°，第二相機(jī)2與主光軸z左側(cè)所成角度為20°，第三相機(jī)3與主光軸z右側(cè)所成角度為20°。四臺相機(jī)的投影中心在同一個水平面上。通過同步曝光控制系統(tǒng)6實現(xiàn)四相機(jī)之間“同步曝光”;
[0020]3)如圖4所示，經(jīng)過同步曝光控制系統(tǒng)6接收到的拍攝命令傳遞給與之相連的四個相機(jī)，對完成組裝四相機(jī)每次同步曝光拍攝的四張影像需要轉(zhuǎn)換成一張等效的虛擬中心投影的等效影像，其中，點(diǎn)虛線為第一相機(jī)I拍攝的圖像范圍，雙點(diǎn)畫線為第二相機(jī)2拍攝的圖像范圍，短虛線為第三相機(jī)3拍攝的圖像范圍，單點(diǎn)畫線為第四相機(jī)4拍攝的圖像范圍。在虛擬影像生成過程中:首先，將各自傾斜影像幾何糾正生成“水平影像”。然后，利用水平影像重疊區(qū)域同名點(diǎn)匹配技術(shù)建立影像之間的相互關(guān)系，最后將各個水平影像投影變換到最終的虛擬影像上。對于虛擬等效影像，也必須要通過對檢校場攝影的方法求解虛擬等效中心投影的相關(guān)參數(shù)。
[0021]上述各實施例僅用于說明本實用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本實用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本實用新型的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無人機(jī)平臺的四相機(jī)大幅面遙感載荷系統(tǒng)，其特征在于:它包括第一相機(jī)、第二相機(jī)、第三相機(jī)、第四相機(jī)、剛性平臺和同步曝光控制系統(tǒng)； 所述第一相機(jī)設(shè)置在所述剛性平臺前部，所述第四相機(jī)設(shè)置在所述剛性平臺后部，所述第二相機(jī)設(shè)置在所述第一相機(jī)與所述第四相機(jī)之間的所述剛性平臺的左中部，所述第三相機(jī)設(shè)置在所述第一相機(jī)與所述第四相機(jī)之間的所述剛性平臺右中部；且所述第四相機(jī)的主光軸豎直向下，所述第一相機(jī)的主光軸朝所述第四相機(jī)的主光軸前下方向傾斜13.48°，所述第二相機(jī)的主光軸朝所述第四相機(jī)的主光軸右下方向傾斜20°，所述第三相機(jī)的主光軸朝所述第四相機(jī)的主光軸左下方向傾斜20° ;所述同步曝光控制系統(tǒng)也設(shè)置在所述剛性平臺上，所述同步曝光控制系統(tǒng)分別連接并控制所述第一相機(jī)、所述第二相機(jī)、所述第三相機(jī)和所述第四相機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)平臺的四相機(jī)大幅面遙感載荷系統(tǒng)，其特征在于:所述第一相機(jī)、所述第二相機(jī)、所述第三相機(jī)和所述第四相機(jī)均采用數(shù)碼相機(jī)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于無人機(jī)平臺的四相機(jī)大幅面遙感載荷系統(tǒng)，其特征在于:所述第一相機(jī)和所述第四相機(jī)鏡頭的中心點(diǎn)連線與所述第二相機(jī)和所述第三相機(jī)鏡頭的中心點(diǎn)連線正交，且所述第一相機(jī)和所述第四相機(jī)、所述第二相機(jī)和所述第三相機(jī)分別關(guān)于交點(diǎn)中心對稱。
【文檔編號】G01C11/02GK203758509SQ201320849002
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】龔建華, 葉磊, 戴玉成, 李毅, 納森 申請人:中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所