CN101606387B - 基于连续扫描视线的数字制图*** - Google Patents

基于连续扫描视线的数字制图*** Download PDF

Info

Publication number
CN101606387B
CN101606387B CN2007800439820A CN200780043982A CN101606387B CN 101606387 B CN101606387 B CN 101606387B CN 2007800439820 A CN2007800439820 A CN 2007800439820A CN 200780043982 A CN200780043982 A CN 200780043982A CN 101606387 B CN101606387 B CN 101606387B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ccd camera
camera
mirror
optical module
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2007800439820A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101606387A (zh
Inventor
迈克尔·皮查特尼科夫
瓦丁·兹洛特尼克
瓦丁·科索伊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rafael Advanced Defense Systems Ltd
Original Assignee
Video Graphics Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Video Graphics Co ltd filed Critical Video Graphics Co ltd
Publication of CN101606387A publication Critical patent/CN101606387A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101606387B publication Critical patent/CN101606387B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G01C11/025—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures by scanning the object
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N1/00—Scanning, transmission or reproduction of documents or the like, e.g. facsimile transmission; Details thereof
    • H04N1/40—Picture signal circuits
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/644—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for large deviations, e.g. maintaining a fixed line of sight while a vehicle on which the system is mounted changes course
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H04N13/221—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor using the relative movement between cameras and objects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/222—Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262—Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/006—Apparatus mounted on flying objects

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
  • Closed-Circuit Television Systems (AREA)
  • Studio Devices (AREA)

Abstract

用于在运动中捕获图像的装置，包括：至少一个CCD照相机，收容在沿某一飞行轨迹飞行的航空器中，用于捕获地面地形的航空图像；发动机，用于围绕轴旋转，所述至少一个CCD照相机安装在该轴上，并且用于产生所述至少一个CCD照相机对于某一视野的前后扫视运动，所述扫视运动横向于所述航空器的飞行轨迹；以及光学组件，连接到所述至少一个CCD照相机。

Description

基于连续扫描视线的数字制图***
本发明的领域
本发明的技术领域是制图***。本发明涉及绘图法，尤其是涉及数字制图***。
本发明的背景
用于捕获航空照片的空中照相机组件被用于商业应用和军事绘图应用，包括勘测、制图和地形模型生成。传统的照相机组件存在三个缺陷：(1)它们是非常昂贵的，因为它们采用带有大格式CCD的精确宽角度透镜照相机，用于复制模拟胶卷照相机、惯性导航单元和运动稳定器。(2)它们是非常大型的和笨重的，因为他们采用大型透镜。(3)由于短的光学焦距，它们需要低的巡航高度的飞行轨迹。因此，它们的能力有限，不能在短时间内覆盖大范围的区域进行拍照。
发明内容
本发明关注自动化的正色摄影、数字地形模型、数字表面模型和从地面区域的航空照片中导出的照相机模型。本发明提供了一种用于空中使用的照相机组件，它是低廉的、小型的和轻量的。本发明所述的照相机组件具有许多比现有技术的照相机组件更好的优点。
现有技术的***采用昂贵的大格式CCD照相机。与之区别，本发明采用低廉的商业化可用的小格式行间转移CCD照相机。因为大格式CCD照相机具有低的帧频，而采用带有更高帧频的小型CCD照相机可适合于实现每秒更多的像素的要求。本发明采用连贯的摄影测绘的照相机模型，可从多帧中产生宽角度扫视图像。尽管提供小图像是相比于现有技术的***的缺点，但是本发明克服了这个缺点，因为它采用了计算机视像算法，该算法解决和合并了数十个图像成为连贯照相机模型的一个扫视图像。
本发明采用了基于折叠透镜的镜来减少光学组件的尺寸，同时保持了所需要的焦距。基于折叠透镜的镜相比于现有技术***中采用的大型校准的制图透镜而言是非常小的、更轻和更廉价。带有这样的透镜的光学组件只需要简单的发动机来驱动其旋转。
现有技术的***采用机械式快门，这些快门是不可靠的，且会减少帧频。现有技术的***也采用偏光器快门，这些快门吸收相当大的光能。与之区别，本发明采用光散射液晶快门，该快门只吸收可忽略不计的光，且能够长时间、高频率地进行操作。而且，在本发明中采用散射液晶快门，适合于克服由行间转移CCD照相机所产生的典型的拖尾效应。
现有技术的补偿依赖于整体传感元件的稳定性，通过将该传感元件安装在稳定器上，该稳定器保持在一个绝对角度。与之区别，本发明采用回转的传感器、GPS数据和发动机编码器来用于计算运动补偿。运动补偿是通过采用压电倾斜平台使安装在折叠光学元件上的镜倾斜来实现的。因为该镜的整体重量和尺寸都是小的，所实现的运动补偿也是非常精确的。本发明可实现对向前运动的补偿，这取决于GPS数据，也可实现对角度扫视运动的补偿，这取决于回转的传感器。
这样，这里提供了关于本发明所述装置的一个实施例，用于捕获运动中的图像，该装置包括：至少一个CCD照相机，收容在沿某一飞行轨迹飞行的航空器中，用于捕获地面地形的航空图像；发动机，用于围绕轴旋转，所述至少一个CCD照相机安装在该轴上，并且用于产生所述至少一个CCD照相机对于某一视野的前后扫视运动，所述扫视运动横向于所述航空器的飞行轨迹；以及光学组件，连接到所述至少一个CCD照相机。
本发明还提供了一种用于产生照相机模型的方法的实施例，该方法包括：沿在地面景象之上的飞行轨迹传输至少一个CCD照相机；捕获多个地面景象图像，当上述至少一个CCD照相机的视线扫过上述地面景象的一部分时；从上述多个图像中导出合成的摄影测绘的照相机模型；以及合并关于数字地形模型的上述多个图像以导出上述地面景象的单个连续图像，其中，所述单个连续图像是连贯地根据摄影测绘的照相机模型来定义。
本发明还提供了一种用于图像压缩的方法的实施例，该方法包括：接收由照相机捕获的图像，该照相机带有原始分辨率的拜耳彩色CCD传感器；将所捕获的图像分离为1条红色、1条蓝色和2条绿色的色彩通道，每条色彩通道具有原始分辨率1/4的分辨率；以及采用灰度图像压缩方式压缩每个色彩通道。
附图简要说明
本发明将从以下的详细描述以及关联的附图来得到更完全的理解和说明：
图1是根据本发明的一个实施例所述的航空器的一种典型飞行轨迹的简化示意图，该航空器具有一个或多个CCD照相机，这些照相机安装在航空器内，并捕获地面的航空照片；
图2是照相机视线的简化示意图，用于决定由本发明所采用的合成模型的精确度，以将多帧图像合并为单个连贯的扫视图像；
图3是根据本发明的一个实施例所述的在飞行中的***的全面的简化方块示意图，该***安装在航空器上，用于捕获、处理和存储地面的多个航空照片；
图4是根据本发明的一个实施例所述的图3中CCD照相机的行间转移元件的简化方块示意图；
图5是根据本发明的一个实施例所述的用于图4中的折叠透镜的带有透镜和镜的光学组件的横截面示意图；
图6是根据本发明的一个实施例所述的当照相机处于运动中的控制循环的简化流程图，该控制循环用于稳定照相机的视线；
图7是根据本发明的一个实施例所述的图3中数据压缩器的简化方块示意图；
图8是根据本发明的一个实施例所述的简化示意图，显示图7中的重排单元是如何对像素色值进行重排的。
发明详述
本发明关注制图，尤其是通过安装在移动中航空器的一个或多个CCD照相机来捕获大量的航空彩色照片，从这些照片中产生精确地形图。该照相机的视野是前后扫视，总体上横向于飞行的方向，以致可覆盖飞行轨迹的围绕该路径的较宽的地形。
传统的照相测量法采用“帧(frame)”照相机模型或者“推扫(push-broom)”照相机模型。总体上，照相机模型分辨率是一个函数，该函数将在一幅图像中由照相机捕获的每个像素(i，j)绘制进由从该照相机散发的6自由度所定义的光线。所述经典的6自由度包括：x、y、z、kappa(希腊文字母第10个字母)、phi(希腊文的第21个字母)、theta(希腊文的第8个字母)，这里的x、y和z都是标量，而kappa、phi和theta都是角度。该照相机模型分辨率是通过对该照相机的位置和角度的传感来获得的，或者是通过采用地面控制点(GCPs，ground control points)来进行航空三角测量而获得的。获得一个照相机模型是制图应用、监视应用和照相测量法所必须的，当产生立体对时。
帧照相机模型需要在单个时间内的全部帧。对于全部帧的照相机模型是由对于完整帧的6自由度来定义的。推扫照相机模型是基于扫描列。对于每个扫描列的6自由度都已解决了。
每种模型具有它的相对优点和缺点。帧照相机模型比推扫照相机模型更稳定，但推扫照相机模型目前可产生比其他模型更大的图像。该更大的图像可覆盖更宽的区域，因而也更有用。
本发明克服了这些缺点，并以单个精确照相机模型产生了大的图像。本发明将推扫照相机模型的优点和帧照相机模型的优点结合起来，也就是，具备大图像和高精度、简单稳定的图像。
现在参见图1，该图是根据本发明的一个实施例所述的航空器的一种典型飞行轨迹的简化示意图，该航空器具有一个或多个CCD照相机，这些照相机安装在航空器内，并捕获地面的航空照片。如图1所示，飞行轨迹标示为P，所包含的多段航程分别标示为1-5，每段航程是基本上沿一条直线的。该飞行轨迹基本上是在恒定的巡航高度。
当航空器沿着它的飞行轨迹P在航程段1前进时，安装在该航空器内的照相机在重叠视野110捕获一系列地面照片，该视野110是横向于飞行方向而被来回扫视120的。由所述照相机所捕获的每一列帧被称为带(strip)。扫视带120跨越线A和线B之间所指示的区域，并沿着飞行轨迹实时向前移动。类似地，当航空器沿着它的飞行轨迹P在航程段2前进时，该照相机在重叠视野130捕获一系列地面照片，该视野130是横向于飞行方向而被来回扫视140的。扫视带140跨越线C和线D之间所指示的区域。带140与带120重叠，以便确保完全的地面覆盖并抓取立体图像对。典型地，在各段航程之间的重叠段为超过50％，以便能提供用于立体成像目的的足够的覆盖。在航程段3上，由该照相机的视野所扫视的带跨越线E和线F之间所指示的区域，在航程段4上所扫视的带跨越线G和线H之间所指示的区域，而在航程段5上所扫视的带跨越线I和线J之间所指示的区域。带重复区域是线C和线B之间、线E和线D之间、线G和线F之间、线I和线H之间的区域。该处理过程可继续用于更多的航程。
在个别视野110或者视野130之间的重叠的程度取决于他们的视角，并取决于该照相机每秒能捕获的帧数。但该帧频高时，航空器的速度是可以忽略的。在扫视带120和后续扫视带之间的重叠程度取决于该航空器的速度。在相邻航程段捕获的扫视带120和扫视带140之间的重叠程度取决于在不同航程段1-5之间的距离，并取决于由该照相机的视野所扫视的扫视带的宽度。地面覆盖的分辨率取决于该照相机的焦距以及它们CCD阵列的分辨率。
与现有技术相区别，本发明合并所捕获的带以产生具有连贯照相机模型的大型扫视图像。也就是，该照相机的每个扫视是用来产生带有连贯照相机模型的单个大型扫视图像。对于在大型扫视图像的每个像素(i，j)，该照相机模型存储了包含该像素的原始帧的索引。对于每个原始帧，该照相机的位置和角度都是已知的，并以该帧图像存储。同样地，对于完整扫视图像的合成照相机模型具有与个别帧照相机模型一样的精确度；也就是，该合成图像不会对数字制图过程增加额外的错误。
现在参见图2，该图是照相机视线的简化示意图，用于决定由本发明所采用的合成模型的精确度，以将多帧图像合并为单个连贯的扫视图像。如图2所示，当捕获帧#1时，照相机处于第一位置，而当捕获帧#2时，照相机处于第二位置。照相机的视线210是根据参数(x1，y1，z1，角1)来定位和定向的，而照相机的视线220是根据参数(x2，y2，z2，角2)来定位和定向的。参数角1和角2在这里是用于分别指示自由度(kappa1，phi1，theta1)与(kappa2，phi2，theta2)的三个角。对于视线的位置参数和角度参数可从该照相机模型获知。该合成扫视模型应是连续的，并且保持帧照相机模型对于每个像素的精确度。该合成模型假设沿着在两个连贯的帧之间的缝的几何布局是保持作为帧#1和帧#2的相似景像。DTM(数字地形模型)被用于产生该缝。
标示为230的曲线代表数字地形模型(DTM，digital terrain model)。如图2所示，关于DTM的地面坐标是由光线的交叉来决定的。特别地，在DTM的误差也导致在地面坐标决定中的误差。特定地，在图2中显示的DTM误差的程度是由e来标示。如果该DTM是精确的，帧#1和帧#2的全景投影是连续的。如果该DTM是有误差的，该缝线将是不连续的。由于这个误差的存在，该照相机模型将产生P点来取代Q点。通过类似三角形，可以看到，在图2中标示为f的偏移满足
f＝d*e/(h+e)(1)
这里，d是指在位置210和220之间的位移。当h远大于e时，方程式1可被简约为
f~d*e/h    (2)
为充分理解方程式2的内涵，需要注意的是，在理想情况下，照相机是以70m/sec的速度移动的，航空器的高度为h＝3000m，相应的照相机的图像分辨率为10cm/像素，该照相机捕获率为7帧/秒。同样地，位移d＝10m，在单个像素中的误差f＜0.1m。根据方程式2，DTM误差e是达到这样的大小e＝f*h/d＝30m，不会产生超过1像素的影响。本发明确保了在连续的帧捕获的照相机位置之间的位移d是小的。根据方程式2，这确保了可允许的DTM误差e的极限是大的。同样地，用于合并帧的合成照相机模型是不敏感的，即使对于大的DTM误差，这样导致连续的扫视图像。
现在参见图3，该图是根据本发明的一个实施例所述的在飞行中的***的全面的简化方块示意图，该***安装在航空器上，用于捕获、处理和存储地面的多个航空照片。该在飞行中的***负责完成：
●图像抓取和压缩；
●照相机发动机和运动补偿控制；
●可移动存储介质的接口界面；以及
●电力供应和电压调节。
在图3中显示了：一个飞行中的电子单元300连接到两个CCD照相机305，这些CCD照相机305都收容在密封的单元内。CCD照相机305是温度控制的，以避免在改变高度时的焦距变化。连接到该飞行中的电子单元300的元件还有：发动机驱动器310、天线315、巡航控制台320、操作控制台325、可移动磁盘330与DC(直流)电源335。巡航控制台320是用于引导飞行员在所述飞行轨迹的各段航程上精确地航行。
CCD照相机305的定位是由发动机驱动器310来实现的，该发动机驱动器310是由照相机控制面板345来控制的，该照相机控制面板345被收容在飞行中的电子单元300中。照相机控制面板345接收来自CCD照相机305的反馈信息，然后与发动机驱动器310通信，形成一个反馈循环。在CCD照相机305与照相机控制面板345之间的连接1是照相机控制连接，用来传输DC(直流电)、数据、同步信号和模拟信号。在照相机控制面板345与发动机驱动器310之间的连接2则传输发动机驱动信号，典型的是28v DC(直流电)。
每个CCD照相机305连接到一个数据压缩器340，该数据压缩器340收容在飞行中的电子单元300内。数据压缩器340处理由CCD照相机305所捕获的图像，其细节将在下面的图7中得到描述。在CCD照相机305与数据压缩器340之间的照相机连接3传输照相机信号，典型地包括：约13低电压差动信号(LVDS，low-voltage differential signal)对。照相机控制面板345是通过连接4连接到每个数据压缩器340，每个连接4是内触发连接，典型地包括：2LVDS对。
在飞行中的电子单元300的指令处理是由CPU350来完成的，该CPU350通过基架数据总线355与其它***部件进行通信。数据压缩器340、照相机控制面板345、巡航控制台320、操作控制台325与可移动磁盘330分别采用基架数据总线355与CPU350进行通信。照相机控制面板345通过连接5连接到基架数据总线355，该连接5采用通用串行总线传输。巡航控制台320通过连接6连接到基架数据总线355，该连接6是吉比特以太网(gigabit Ethernet)连接。操作控制台325通过连接7连接到基架数据总线355，该连接7传输模拟VGA与USB信号。可移动磁盘330通过连接8连接到基架数据总线355，该连接8包括：硬盘接口界面，例如串行高级技术附件(SATA，serial advanced technologyattachment)存储连接器，以及通过连接9连接到基架数据总线355，该连接9从基架数据总线355向可移动磁盘330提供12v或5v电力。
本发明具有许多比现有技术的航空数据捕获***更好的优点。这些优点包括但不限于：
●重量和尺寸都明显地比现有技术的***低或小；
●采用了非极化的液晶快门，可消除在CCD成像中的拖尾效应；
●视线的连续扫描，而不是步进扫描；
●向前运动补偿是采用压电平台来实现的；
●不需要精确的惯性测量单元；以及
●不需要整个传感器稳定。
根据本发明所述的一个实施例，所述的照相机组件包括：
●光学元件，包括但不限于：视窗、镜、透镜、快门和过滤器；
●CCD传感器；
●图像稳定倾斜平台；
●回转定向传感器；
●密封件；
●干燥器；以及
●绝缘件和加热单元，用于液晶快门的热管理。
根据本发明所述的一个实施例的进一步特征，所述扫视运动***包括：
●支持结构；
●发动机和传输组件；
●编码器/限制开关；以及
●电缆管理。
现在参见图4，该图是根据本发明的一个实施例所述的图3中CCD照相机305的行间转移元件的简化方块示意图。如图4所示，照相机组件400包括回转器和回转控制单元405，该回转器和回转控制单元405发送回转定位数据到运动补偿单元450。
照相机组件400还包括CCD电子单元410和CCD照相机415，该CCD电子单元410用于处理CCD传感器阵列数据。该CCD传感器阵列数据是从CCD电子单元410通向数据存储单元360的，用于地面上的数据后处理。
照相机组件400还包括带有电子加热器的快门420。根据本发明所述的一个实施例，该快门420是液晶快门，特别地，是一个聚合物促使稳定的胆甾相结构(PSCT，polymerstabilized cholestoric textured)的液晶光学光散射快门。通过简化本发明的实践，可以发现，光散射液晶快门只吸收可忽略不计的光线。与之区别，传统的液晶快门是基于偏光器，它吸收相当多的光能。
照相机组件400还包括基于折叠透镜425的镜。采用这个基于折叠透镜425的镜，可用于减小该光学组件的整体尺寸。典型地，该折叠透镜425具有约300mm的焦距。通过简化本发明的实践，可以发现，这个相对较大的焦距可产生更好的分辨率，当航空器飞行在较高的高度时，这使得大面积的传感更有效。
照相机组件400是固定到一旋转轴435，该旋转轴435是由发动机或编码器440来控制的。当轴435不断前后旋转时，该照相机的视线扫过横向于飞行轨迹的带，例如在图1中所示的带120。发动机440接收来自飞行中的电子单元470(例如飞行中的电子单元300)的控制信号来控制它的旋转。
照相机415的视线是取决于发动机，也取决于一个或多个镜，这些镜在所述光学组件内，如图5中所示，这些位置都由镜控制运动补偿单元430来控制。镜控制补偿单元430接收来自飞行中的电子单元470的控制信号，并调节这些镜的位置以致使视线稳定。
现在参见图5，该图是根据本发明的一个实施例所述的用于图4中的折叠透镜425的带有透镜和镜的光学组件500的横截面示意图。光线透过视窗510进入光学组件500，并通过由镜520和镜530这两个镜的系列被反射，该镜系列将光线反射到透镜540上。
镜530是由运动补偿控制器430来精确定位的。根据本发明所述，该运动补偿是取决于对以下信息的处理：回转传感器信息、全球定位***(GPS)数据，以及来自发动机编码器440的信息。视线是由所述镜来稳定的，以便补偿由该发动机所产生的连续照相机运动，也可补偿来自航空器的飞行轨迹所产生的向前运动。同样地，该视线被稳定在两个维度上。镜530被安装在压电倾斜平台上，而运动补偿是通过倾斜该压电平台来实现的。因为该镜530的重量轻和尺寸小，运动补偿是有效和精确的。
照相机的视线稳定是取决于镜530的角度。该镜的角度是改变的，当所述CCD照相机通过控制循环被暴露。特别地，该照相机角度是由回转控制单元405来监控的。控制循环计算用于维持该照相机视线的镜角度。当某个计算指示需要对镜角度作一个改变时，该控制循环指令压电平台装置移动该镜，通过在每个压电电极应用适当的电压。该压电平台响应该电压来移动所述镜，该照相机的视线因而得以维持。
现在参见图6，该图是根据本发明的一个实施例所述的当照相机处于运动中的控制循环的简化流程图，该控制循环用于稳定照相机的视线。在步骤610，在照相机和地面之间的动态改变角度A1是取决于回转控制单元405的。在步骤620，计算镜的倾斜角度A2，以致该照相机的视线的方向是定在特定的目标方向D，正如由角度A1和A2所决定。在步骤630，适当的电压被施加到压电平台，以致该镜倾斜到已计算的角度A2。步骤610-630形成了一个控制循环，它补偿了该照相机的运动。
由CCD照相机所捕获的彩色图像被分离为三个组分R、G、B，这里R是红组分，B是蓝组分，而G是绿组分。每个色彩组件被表现为8比特/像素。传统的压缩码将图像分离为三个组分Y、Cr、Cb，这里Y是亮度组分，而Cr和Cb都是色度组分。因为亮度是占优势的可视组分，这三个组分的样本是4∶2∶2相对深度。同样地，24比特/像素的原始数据是被还原为16比特/像素。
特别对于拜耳(Bayer)彩色CCD，色彩元素的密度分布通常导致高频色度数据，这将导致失真，如果未应用次采样的话。拜耳CCD是从R、G和B滤光器的常规阵列来构建的，而所捕获的照片被分离为4个单色图像；也就是，1个红图像，2个蓝图像和2个绿图像。这些单色图像都是8比特/像素，它们的分辨率为所输入图像的1/4。对这些单色图像的压缩通常可增强拜耳图像，因为压缩趋向减少伪造的高频率，而该高频率是从拜耳图像的边缘产生的，在YCrCb图像的亮度组分中，拜耳图像是特别值得注意的。
在本发明的一个实施例中，应用了JPEG 2000压缩，该压缩采用带有JPEG 2000压缩单元的专门硬件。
现在参见图7，该图是根据本发明的一个实施例所述的数据压缩器340的简化方块示意图。数据压缩是重要的，为了采用标准I/O数据存储接口界面，例如在图3中的数据连接8。否则，如果没有压缩，存储原始CCD图像将会超过惯常SATA数据总线的容量。
如图7所示，照相机连接710(例如在图3中的连接3)将传输数据到一个重排单元720。重排单元720将重排的数据传输到盖瓦(tiling)单元730，该盖瓦单元730依次将铺盖的数据传输到压缩芯片740，用于JPEG2000压缩。盖瓦单元730将大图像分割成多个小图像块，因而加速了处理时间。
现在参见图8，该图是根据本发明的一个实施例所述的简化示意图，显示重排单元720是如何对像素色值进行重排的。
值得重视的是，本领域熟练技术人员应当知道本发明可广泛应用于绘图法、勘测和3-D模拟飞行的地形建模。
在前面描述的说明书中，本发明已经通过参考一些特定的实施例来进行充分描述。然而，显然的是，更多的修饰和变化都可用于这些特定的范例中，而它们并未脱离本发明所附的权利要求的精神实质和保护范围。因此，本说明书和附图都应视为例证式说明，而不是限制性说明。

Claims (1)

1.一种用于在运动中捕获图像的装置，包括：
至少一个具有数字传感器的CCD照相机，收容在沿某一飞行轨迹飞行的航空器中，用于捕获地面地形的航空图像；
发动机，用于围绕轴旋转，所述至少一个CCD照相机安装在该轴上，并且用于产生所述至少一个CCD照相机对于某一视野的前后扫视运动，所述扫视运动具有一个组分横向于所述航空器的飞行轨迹；以及
光学组件，连接到所述至少一个CCD照相机，
所述光学组件包括：
压电倾斜平台，以及
第一镜，安装在所述压电倾斜平台上；
其中，所述发动机使所述至少一个CCD照相机连续旋转，所述压电倾斜平台通过自身倾斜来动态地在两维方向上调节所述第一镜，以致使所述CCD照相机稳定在两维的视线中，并补偿所述至少一个CCD照相机的运动。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述至少一个CCD照相机包括至少一个行间转移CCD照相机，而且所述光学组件包括散射液晶快门。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述至少一个CCD照相机包括至少一个行间转移CCD照相机，而且所述光学组件包括偏光器液晶快门。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述CCD照相机具有11兆像素的捕获分辨率。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述CCD照相机具有2672 x 4000像素的捕获分辨率。
6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述CCD照相机具有3-10帧/秒的帧频。
7. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述光学组件还包括第二镜，所述压电倾斜平台与所述第一镜和第二镜共同形成基于折叠透镜的镜的至少一部分。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述折叠透镜具有300 mm的焦距。
9. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括镜控制补偿单元，当所述至少一个照相机捕获所述航空图像时，该镜控制补偿单元使所述压电倾斜平台移动以致使第一镜倾斜。
CN2007800439820A 2006-11-30 2007-11-27 基于连续扫描视线的数字制图*** Expired - Fee Related CN101606387B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/607,511 2006-11-30
US11/607,511 US10337862B2 (en) 2006-11-30 2006-11-30 Digital mapping system based on continuous scanning line of sight
PCT/IL2007/001461 WO2008065651A2 (en) 2006-11-30 2007-11-27 Digital mapping system based on continuous scanning line of sight

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101606387A CN101606387A (zh) 2009-12-16
CN101606387B true CN101606387B (zh) 2012-04-25

Family

ID=39468353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2007800439820A Expired - Fee Related CN101606387B (zh) 2006-11-30 2007-11-27 基于连续扫描视线的数字制图***

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10337862B2 (zh)
EP (1) EP2095622A4 (zh)
KR (1) KR101514087B1 (zh)
CN (1) CN101606387B (zh)
WO (1) WO2008065651A2 (zh)

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8675068B2 (en) 2008-04-11 2014-03-18 Nearmap Australia Pty Ltd Systems and methods of capturing large area images in detail including cascaded cameras and/or calibration features
US8497905B2 (en) * 2008-04-11 2013-07-30 nearmap australia pty ltd. Systems and methods of capturing large area images in detail including cascaded cameras and/or calibration features
KR100965902B1 (ko) * 2009-10-29 2010-06-24 (주)새한지오텍 지면의 고도차 식별이 가능한 다원화된 멀티 촬영용 항공촬영처리시스템
JP5775354B2 (ja) 2011-04-28 2015-09-09 株式会社トプコン 離着陸ターゲット装置及び自動離着陸システム
EP2527787B1 (en) 2011-05-23 2019-09-11 Kabushiki Kaisha TOPCON Aerial photograph image pickup method and aerial photograph image pickup apparatus
JP5882693B2 (ja) * 2011-11-24 2016-03-09 株式会社トプコン 航空写真撮像方法及び航空写真撮像装置
KR101385324B1 (ko) * 2011-09-23 2014-04-16 주식회사 크리에이츠 주변 밝기에 따라 카메라를 제어하여 양호한 공 이미지를 획득하기 위한 가상 스포츠 시스템
JP6122591B2 (ja) 2012-08-24 2017-04-26 株式会社トプコン 写真測量用カメラ及び航空写真装置
KR101348798B1 (ko) * 2013-07-16 2014-01-08 주식회사 지오스토리 고정밀 항공 영상의 촬영을 위한 지면의 고도차 식별장치
KR101349386B1 (ko) * 2013-07-23 2014-01-16 (주)동광지엔티 지면의 고도차 식별이 가능한 다원화된 멀티 촬영용 항공촬영처리장치
US9933782B2 (en) 2013-10-23 2018-04-03 Sikorsky Aircraft Corporation Locational and directional sensor control for search
WO2015082597A1 (en) 2013-12-06 2015-06-11 Bae Systems Plc Payload delivery
EP3077879B1 (en) 2013-12-06 2020-11-04 BAE Systems PLC Imaging method and apparatus
US10203691B2 (en) 2013-12-06 2019-02-12 Bae Systems Plc Imaging method and apparatus
CN103646145A (zh) * 2013-12-20 2014-03-19 中橡集团沈阳橡胶研究设计院 一种自动测绘尺寸标注方法
EP3097687A4 (en) * 2014-01-22 2017-04-26 Izak Van Cruyningen Forward motion compensated flight path
US9678506B2 (en) 2014-06-19 2017-06-13 Skydio, Inc. Magic wand interface and other user interaction paradigms for a flying digital assistant
US9798322B2 (en) 2014-06-19 2017-10-24 Skydio, Inc. Virtual camera interface and other user interaction paradigms for a flying digital assistant
US12007763B2 (en) 2014-06-19 2024-06-11 Skydio, Inc. Magic wand interface and other user interaction paradigms for a flying digital assistant
CA3238614A1 (en) 2014-10-08 2016-04-14 Spookfish Innovations Pty Ltd An aerial camera system
WO2016125135A1 (en) * 2015-02-02 2016-08-11 Visionmap Ltd. Cassegrain telescope with angled reflector
CN106161880A (zh) * 2015-03-26 2016-11-23 上海航遥信息技术有限公司 一种无人机载多视角航空照相机***
WO2016172892A1 (zh) * 2015-04-29 2016-11-03 深圳市大疆创新科技有限公司 跟焦器、具有该跟焦器的遥控跟焦***及飞行器
US10435176B2 (en) 2016-05-25 2019-10-08 Skydio, Inc. Perimeter structure for unmanned aerial vehicle
US20170366799A1 (en) * 2016-06-20 2017-12-21 Bitanimate, Inc. Stereoscopic aerial-view images
US10354426B2 (en) 2016-08-04 2019-07-16 Datalogic IP Tech, S.r.l. Symbol stitching imaging system
US10520943B2 (en) 2016-08-12 2019-12-31 Skydio, Inc. Unmanned aerial image capture platform
US11295458B2 (en) 2016-12-01 2022-04-05 Skydio, Inc. Object tracking by an unmanned aerial vehicle using visual sensors
JP7478666B2 (ja) 2018-03-30 2024-05-07 ディーアールエス ネットワーク アンド イメージング システムズ、リミテッド ライアビリティー カンパニー 地球観測イメージング中の焦点面アレイのスキャンのための方法およびシステム
US10848654B2 (en) 2018-12-17 2020-11-24 Vergent Research Pty Ltd Oblique scanning aerial cameras
US10846558B2 (en) 2018-12-17 2020-11-24 Vergent Research Pty Ltd Multi-view scanning aerial cameras
US11190751B2 (en) 2018-12-17 2021-11-30 Nearmap Australia Pty Ltd Multiplexed multi-view scanning aerial cameras
US20200210676A1 (en) * 2018-12-27 2020-07-02 Simplex Mapping Solutions Sb Ltd. Compact interval sweeping imaging system and method
AU2020285361A1 (en) * 2019-05-24 2022-01-20 Aerometrex Pty Ltd An aerial imaging system and method
US10955241B2 (en) * 2019-06-26 2021-03-23 Aurora Flight Sciences Corporation Aircraft imaging system using projected patterns on featureless surfaces
CN112461204B (zh) * 2019-08-19 2022-08-16 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 卫星对动态飞行目标多视角成像联合计算航行高度的方法
IL270565A (en) 2019-11-11 2021-05-31 Israel Aerospace Ind Ltd Image acquisition methods and systems
CN111891356A (zh) * 2020-08-17 2020-11-06 成都市玄上科技有限公司 一种无人机无头自旋飞行倾斜摄影航拍方法
US11284008B2 (en) 2020-10-30 2022-03-22 Nearmap Australia Pty Ltd Multiplexed multi-view scanning aerial cameras
US11997390B2 (en) * 2021-06-28 2024-05-28 nearmap australia pty ltd. Hyper camera with shared mirror
WO2023030632A1 (en) * 2021-09-02 2023-03-09 Esa - European Space Agency An imaging system with a scanning mirror

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5323228A (en) * 1991-04-22 1994-06-21 Alliedsignal Inc. Cavity length controller for ring laser gyroscope applications
CN1556374A (zh) * 2003-12-30 2004-12-22 中国科学院上海技术物理研究所 机载推帚式多维成像装置

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5155597A (en) 1990-11-28 1992-10-13 Recon/Optical, Inc. Electro-optical imaging array with motion compensation
US5692062A (en) 1994-10-03 1997-11-25 Recon/Optical, Inc. Electro-optical imaging array with profiled foward motion compensation
US5604534A (en) 1995-05-24 1997-02-18 Omni Solutions International, Ltd. Direct digital airborne panoramic camera system and method
US5668593A (en) 1995-06-07 1997-09-16 Recon/Optical, Inc. Method and camera system for step frame reconnaissance with motion compensation
US5798786A (en) 1996-05-07 1998-08-25 Recon/Optical, Inc. Electro-optical imaging detector array for a moving vehicle which includes two axis image motion compensation and transfers pixels in row directions and column directions
JPH1051796A (ja) 1996-05-31 1998-02-20 Olympus Optical Co Ltd 固体撮像装置
FR2752619B1 (fr) * 1996-08-23 1998-11-13 Thomson Csf Procede et dispositif de reconnaissance air-sol pour equipement optronique
EP1313308B1 (en) 1996-11-05 2009-02-18 BAE SYSTEMS Information and Electronic Systems Integration Inc. Electro-optical reconnaissance system with forward motion compensation
DE69739272D1 (de) 1996-11-05 2009-04-02 Bae Systems Information Vorrichtung zur elektro-optischen fernerkundung mit bewegungskompensation
JP4332231B2 (ja) * 1997-04-21 2009-09-16 ソニー株式会社 撮像装置コントローラおよび撮像システム
WO1999017541A1 (en) * 1997-09-26 1999-04-08 The Secretary Of State For Defence Sensor apparatus
US6525699B1 (en) * 1998-05-21 2003-02-25 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Three-dimensional representation method and an apparatus thereof
US6130705A (en) 1998-07-10 2000-10-10 Recon/Optical, Inc. Autonomous electro-optical framing camera system with constant ground resolution, unmanned airborne vehicle therefor, and methods of use
US6809763B1 (en) 1999-08-02 2004-10-26 Olympus Optical Co., Ltd. Image pickup apparatus and method of correcting deteriorated pixel signal thereof
JP3504550B2 (ja) 1999-11-17 2004-03-08 オリンパス株式会社 撮像装置
JP2001166258A (ja) * 1999-12-10 2001-06-22 Canon Inc 立体画像撮影用光学系及びそれを用いた立体画像撮影装置
US6477326B1 (en) * 2000-08-31 2002-11-05 Recon/Optical, Inc. Dual band framing reconnaissance camera
CA2418917C (en) 2000-08-31 2007-03-06 Recon/Optical, Inc. Dual band framing reconnaissance camera
US6757445B1 (en) * 2000-10-04 2004-06-29 Pixxures, Inc. Method and apparatus for producing digital orthophotos using sparse stereo configurations and external models
US7009638B2 (en) 2001-05-04 2006-03-07 Vexcel Imaging Gmbh Self-calibrating, digital, large format camera with single or multiple detector arrays and single or multiple optical systems
US6510282B1 (en) 2001-10-11 2003-01-21 Recon/Optical, Inc. Long-life focal plane shutter for reconnaissance cameras
IL149934A (en) 2002-05-30 2007-05-15 Rafael Advanced Defense Sys Airborne intelligence photography system
JP4285957B2 (ja) 2002-08-29 2009-06-24 オリンパス株式会社 ズームレンズ及びそれを有する電子撮像装置
JP3944726B2 (ja) 2002-09-25 2007-07-18 ソニー株式会社 撮像装置および方法
JP2004140683A (ja) 2002-10-18 2004-05-13 Ricoh Co Ltd 画像処理装置
WO2004077819A1 (ja) 2003-02-25 2004-09-10 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 光検出装置
US7555383B2 (en) 2003-05-28 2009-06-30 Northrop Grumman Corporation Target acquisition and tracking system
WO2005031434A1 (en) 2003-09-26 2005-04-07 Tidal Photonics, Inc. Apparatus and methods relating to precision control of illumination exposure
JP4258466B2 (ja) * 2004-12-16 2009-04-30 セイコーエプソン株式会社 圧電ジャイロ素子及び圧電ジャイロスコープ
US7486438B2 (en) * 2005-04-28 2009-02-03 Institut National D'optique High-resolution optical imaging systems
EP2479990A3 (en) 2005-06-23 2013-01-23 Israel Aerospace Industries Ltd. A system and method for tracking moving objects
US7129460B1 (en) 2005-09-02 2006-10-31 Olson Gaylord G Electronic imaging apparatus with high resolution and wide field of view and method
WO2007047953A2 (en) 2005-10-20 2007-04-26 Prioria, Inc. System and method for onboard vision processing
US7899114B2 (en) 2005-11-21 2011-03-01 Physical Optics Corporation System and method for maximizing video RF wireless transmission performance
CN1971346A (zh) * 2005-11-23 2007-05-30 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 液晶快门装置
US7912319B2 (en) * 2006-08-28 2011-03-22 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Systems and methods for panoramic image construction using small sensor array

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5323228A (en) * 1991-04-22 1994-06-21 Alliedsignal Inc. Cavity length controller for ring laser gyroscope applications
CN1556374A (zh) * 2003-12-30 2004-12-22 中国科学院上海技术物理研究所 机载推帚式多维成像装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008065651A2 (en) 2008-06-05
WO2008065651A3 (en) 2009-06-04
KR20090098847A (ko) 2009-09-17
KR101514087B1 (ko) 2015-04-21
CN101606387A (zh) 2009-12-16
EP2095622A4 (en) 2013-11-06
EP2095622A2 (en) 2009-09-02
US20100277587A1 (en) 2010-11-04
US10337862B2 (en) 2019-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101606387B (zh) 基于连续扫描视线的数字制图***
CN207113869U (zh) 一种用于航空器的倾斜摄影装置
US6747686B1 (en) High aspect stereoscopic mode camera and method
US9294755B2 (en) Correcting frame-to-frame image changes due to motion for three dimensional (3-D) persistent observations
US8723953B2 (en) Generation of aerial images
KR100882011B1 (ko) 회전 대칭형의 광각 렌즈를 이용하여 전방위 영상을 얻는 방법 및 장치
CN106556825B (zh) 一种全景视觉成像***的联合标定方法
US8780174B1 (en) Three-dimensional vision system for displaying images taken from a moving vehicle
US20140340427A1 (en) Method, device, and system for computing a spherical projection image based on two-dimensional images
Tempelmann et al. Photogrammetric software for the LH Systems ADS40 airborne digital sensor
WO2013138799A1 (en) System and method for discreetly collecting 3d immersive/panoramic imagery
EP2612491A1 (en) Rotary image generator
CN108121146A (zh) 全景扫描装置
CN108124127A (zh) 全景扫描监控***
CN103455992B (zh) 拼接航空多元并扫图像的方法
CN112334853A (zh) 航线调整方法、地面端设备、无人机、***和存储介质
CN206251250U (zh) 全景扫描监控***
Dasgupta et al. An augmented-reality-based real-time panoramic vision system for autonomous navigation
Zheng et al. A new flying range sensor: Aerial scan in omni-directions
CN115638776A (zh) 一种无人机载测绘装置和方法
Klette et al. Modeling 3D scenes: Paradigm shifts in photogrammetry, remote sensing and computer vision
Gomarasca et al. Elements of Photogrammetry
CN116800907A (zh) 一种高速飞行器拍照***的照片和数据同步方法
Fricker et al. Development of an airborne digital sensor for photogrammetric and remote sensing applications
Moriya et al. Image stabilization using practical information from aerial view

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20161201

Address after: Haifa

Patentee after: Rafael advanced defense systems ltd

Address before: Israel Tel Aviv

Patentee before: Visionmap Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120425

Termination date: 20201127

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee