发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的,本发明的目的在于提供一种多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置,能够提高拍摄时的影像存储速度,实现在拍摄位置间隔连续高速地拍摄和存储的功能,并且能够有效地扩展航摄视域角度,减小瞬时盲区,从而提高实景三维模型的质量。
为了实现上述发明目的,本发明涉及的一种多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置,其包括照相机多角度阵列单元、以及与该照相机多角度阵列单元连接的照相机控制单元、影像存储单元、电源控制单元,上述多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置的特征在于:上述照相机多角度阵列单元包括多个照相机组,每个上述照相机组包括多台照相机,其中,将一个上述照相机组设置在中心位置Ce,将其他的上述照相机组设置在以上述中心位置Ce为圆心的多个同心圆环中,组合每个上述照相机组中的一台上述照相机构成一个拍摄阵列组合,由此形成与每个上述照相机组中包含的上述照相机的数量相等的上述拍摄阵列组合,在拍摄时,由多个上述拍摄阵列组合交替地进行同步拍摄,并将拍摄到的影像存储在上述影像存储单元中。
此外,在上述的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中,在以上述中心位置Ce为圆心的上述多个同心圆环中,每个上述同心圆环、即外侧同心圆环和内侧同心圆环为分别相对于水平面形成规定的倾斜角度的圆环,不同的上述同心圆环具有的上述倾斜角度不同。
此外,在上述的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中,位于上述中心位置Ce的上述照相机组中的上述照相机以镜头轴线垂直向下的方式设置,设置在各上述同心圆环中的上述照相机组中的上述照相机以镜头朝向规定的倾斜角度即镜头轴线在空间上与位于上述中心位置Ce的上述照相机组中的上述照相机的镜头轴线所构成的角度的方式设置。
此外,在上述的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中,位于同一个上述同心圆环中的上述照相机组所包含的上述照相机的镜头的上述倾斜角度的值相同。
此外,在上述的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中,上述倾斜角度的值是根据上述照相机的镜头的焦距而计算的。
此外,在上述的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中,上述多个照相机组在每个上述同心圆环内是隔开间隔均匀地分布的。
此外,在上述的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中,在不同的上述同心圆环内设置的上述照相机组的数量不同。
此外,在上述的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中,上述拍摄阵列组合为2组,对一个拍摄位置,用构成一个上述拍摄阵列组合的多台上述照相机进行同步拍摄,对与该一个拍摄位置相邻的下一个拍摄位置,用构成另一个上述拍摄阵列组合的多台上述照相机进行同步拍摄。
此外,在上述的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中,在上述内侧同心圆环中每隔90度设置有一个上述照相机组,在上述外侧同心圆环中每隔45度设置有一个上述照相机组。
此外,在上述的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中,上述照相机组中包括2台上述照相机。
发明效果
本发明提供的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置,能够提高拍摄时的影像存储速度,实现在拍摄位置间隔连续高速地拍摄和存储的功能,并且能够有效地扩展航摄视域角度,减小瞬时盲区,从而提高实景三维模型的质量。
具体实施方式
以下,结合附图对本发明涉及的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置的结构进行更具体的说明。
图1是表示本发明涉及的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置的功能结构图。如图1所示,本发明的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置(下面简称为“航空数字倾斜摄影测量装置”)1包括:GPS单元E、姿态感应云台单元F、电源控制单元G、惯导***IMU单元H、照相机控制单元I、飞控领航单元J、影像存储单元L和照相机多角度阵列单元K。
具体而言,GPS单元E、姿态感应云台单元F、飞控领航单元J、惯导***IMU单元H、电源控制单元G与照相机控制单元I通过数据线连接。电源控制单元G能够向航空数字倾斜摄影测量装置1的各部分提供工作电力,特别是,由于在装置1中设置有多台照相机M,所以为了避免在启动多台照相机M的瞬间电流强度过大,在电源控制单元G中采用作为公知技术的逻辑电路板,来实现单台照相机M的顺序启动,以确保航空数字倾斜摄影测量装置1能够稳定可靠地运行。
此外,GPS单元E在航空数字倾斜摄影测量装置1进行航空摄影测量时能够提供飞行领航所需要的GPS坐标信息。
此外,姿态感应云台单元F在航空数字倾斜摄影测量装置1进行航空摄影测量时能够提供与飞行姿态相关的姿态信息。
此外,惯导***IMU单元H在航空数字倾斜摄影测量装置1进行航空摄影测量时能够进行导航控制。
此外,飞控领航单元J根据预先设定的路线或者通过遥感等方式提供的路线,结合飞行器(飞行平台)当前的GPS坐标信息进行航空摄影测量的导航。
航空数字倾斜摄影测量装置1的上述各部分功能模块均可以采用现有装置来实现。
下面,结合图2、图3,对作为本发明的特征技术的照相机多角度阵列单元K进行详细说明。图2是表示本发明涉及的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中的照相机多角度阵列单元的结构示例的俯视图。图3是表示本发明涉及的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置中的照相机多角度阵列单元的结构示例的侧视图。
具体而言,照相机多角度阵列单元K由按多角度分层排列的方式设置的多台照相机M构成,设照相机M的总数量为Q,其中,Q为偶数且Q>10。将该多台照相机M按每N(N≥2)台照相机构成1个照相机组来划分,因此在照相机多角度阵列单元K中所包含的照相机组的数量为Q/N。如图2所示,在本实施方式中,在照相机多角度阵列单元K中设置有26台照相机M,每个照相机组由2台照相机M构成,共13个照相机组。
此外,使每个照相机组中包含的多台照相机M成为相同的拍摄角度,因此在航空数字倾斜摄影测量装置1中产生Q/N个拍摄角度(拍摄方向)。将其中任意一个照相机组设置在中心位置Ce,将其他照相机组按均匀地分布在以Ce为圆心的多个同心圆环中的方式设置。每个同心圆环、即外侧同心圆环和内侧同心圆环为分别相对于水平面形成规定倾斜角度的圆环。设该倾斜角度为α,同一个同心圆环具有相同的倾斜角度α。在每个同心圆环内隔开规定的间隔均匀地分布有多个照相机组。此外,在不同的同心圆环内设置的照相机组的数量可以不同。
位于中心位置Ce、即作为圆心的照相机多角度阵列单元K的中央位置上的照相机组,以其镜头轴线垂直向下的方式设置在用于搭载照相机M的支架上,下面将该位于中心位置Ce的照相机M称为下视照相机,其镜头轴线称为下视照相机的镜头轴线。此外,设置在包围中心位置Ce的各同心圆环中的照相机组,以各照相机M的镜头轴线在空间上与如上所述的下视照相机的镜头轴线构成规定角度的方式设置,即位于各同心圆环中的照相机组中包含的照相机M相对于下视照相机倾斜地设置,可以将上述规定角度称为倾斜角度,将倾斜设置的照相机组称为倾斜照相机组。在本实施方式中,位于同一个同心圆环中的照相机组所包含的照相机M的镜头的倾斜角度的值相同,但是由于产生该倾斜角度的方向不同,所以各照相机组所包含的照相机M的镜头分别朝向不同的方向。在照相机多角度阵列单元K中,通过以如上所述的排列方式设置照相机组,能够形成以位于中心位置Ce的照相机组为圆心的具有Q/N个不同角度的360度全方位的视域范围,有效地扩展了航摄视域角度,减小“瞬时盲区”,从而实现地物影像全视无缝。此外,在所获取的大中城市的高楼密集区域倾斜影像时能够确保无死角,实现清晰无缝建模,提高实景三维模型的质量。
具体而言,如图2和图3所示,在本实施方式中,照相机多角度阵列单元K在结构上采用13个角度且划分为3层的排列方式,如上所述,在照相机多角度阵列单元K中,每两台照相机M构成一个照相机组,设置有13个照相机组合计26台照相机M。其中,位于中心位置Ce的1组照相机M为下视照相机,其镜头轴线垂直向下,而围绕该照相机组的其他12组照相机M按每组照相机M的镜头轴线与上述下视照相机的镜头轴线构成规定角度的方式倾斜地设置,其中,该规定角度可以根据照相机的参数或拍摄要求而预先设定,例如可以根据照相机M的镜头的焦距计算出倾斜照相机组在安装时的倾斜角度。此外,形成在同一个圆环中的各组照相机M的该规定角度值相同,即,如图3所示,形成在内侧同心圆中的各组照相机M的该规定角度值为θ1,形成在外侧同心圆中的各组照相机M的该规定角度值为θ2。由此,13个照相机组形成13个拍摄方向。
下面,结合图2,进一步详细说明设置在照相机多角度阵列单元K中的照相机M的排列。
将照相机组1设置在中心位置Ce,在围绕以其为圆心半径为R1的圆周形成的圆环面上,从该半径为R1的圆周与飞行器的航行方向线A的交点a起沿着圆周每隔90度安装1个照相机组、即从a点起分别安装有照相机组2、照相机组3、照相机组4和照相机组5,这4组照相机的镜头轴线分别在空间上与照相机组1的镜头轴线构成角度θ1,角度值相同,而方向不同,分别朝向4个拍摄方向。
在围绕以中心位置Ce为圆心半径为R2的圆周形成的圆环面上,从该半径为R2的圆周与飞行器的航行方向线A的交点b起沿着圆周每隔45度安装1个照相机组、即从b点起分别安装有照相机组6、照相机组7、照相机组8、照相机组9、照相机组10、照相机组11、照相机组12和照相机组13,这8组照相机的镜头轴线分别在空间上与照相机组1的镜头轴线构成角度θ2,角度值相同,而方向不同,分别朝向8个拍摄方向。
这样,在航行方向线A上,以照相机组1为中心,在照相机组1的前后并列依次安装了4组照相机、即照相机组6、照相机组2、照相机组4和照相机组10,并且在航行方向线A上相对于照相机组1前后对称地设置的照相机组按照具有相同值的规定倾斜角度(例如根据照相机M的镜头的焦距预先计算出安装时的倾斜角度,并且照相机组2和照相机组4的倾斜角度为θ1,照相机组6和照相机组10的倾斜角度为θ2)安装,4组照相机M的镜头对应4个倾斜方向,并分别朝向前后方向。
在与航行方向线A正交的侧向方向线B上,以照相机组1为中心,在照相机组1的左右并排依次安装了4组照相机、即照相机组8、照相机组3、照相机组5和照相机组12,并且在侧向方向线B上相对于照相机组1左右对称地设置的照相机组按照具有相同值的规定倾斜角度(例如根据照相机M的镜头的焦距预先计算出安装时的倾斜角度,并且照相机组3和照相机组5的倾斜角度为θ1,照相机组8和照相机组12的倾斜角度为θ2)安装,4组照相机M的镜头对应4个倾斜方向,并分别朝向左右方向。
在作为分别与航行方向线A和侧向方向线B构成45°的对角线的对角线方向线C上,以照相机组1为中心沿对角线方向线C分别安装了照相机组7和照相机组11,照相机组7和照相机组11都位于外侧同心圆环上,按照具有相同值的规定倾斜角度(倾斜角度为θ2)安装,并且在设航行方向线A的朝向为南北的情况下分别朝向西南、东北2个方向。
在作为分别与航行方向线A和侧向方向线B构成45°的对角线的对角线方向线D上,以照相机组1为中心沿对角线方向线D分别安装了照相机组13和照相机组9,照相机组13和照相机组9都位于外侧同心圆环上,按照具有相同值的规定倾斜角度(倾斜角度为θ2)安装,并且在设航行方向线A的朝向为南北的情况下分别朝向东南、西北2个方向。
因此,在本实施方式中,照相机多角度阵列单元K在结构上采用多角度阵列组合方式排列多台照相机M,增加了不同拍摄方向的照相机的数量。
下面,对多台照相机的拍摄方式进行更详细的说明。
通常,在拍摄时照相机组采用阵列组合的方式交替地进行拍摄。在现有的五镜头式倾斜摄影装置中,当对每个拍摄位置进行拍摄时5台照相机同步曝光,并且影像的存储速度等于单台照相机的存储速度。然而,如果搭载有该五镜头式倾斜摄影装置的飞行器的飞行速度过快,则存在两个相邻的拍摄位置的曝光时间(相邻的拍摄位置的间距与搭载该装置的飞行器的飞行速度的比值)间隔小于单台照相机最短的存储时间的可能性,从而无法及时地存储影像。
与此相对,在本实施方式中,照相机多角度阵列单元K中的照相机组采用下述的阵列组合方式进行拍摄:组合每个照相机组中的一台照相机组合构成一个拍摄阵列组合,由于在照相机多角度阵列单元K中由N台照相机M构成一个照相机组,共设置有Q/N个照相机组,所以一个拍摄阵列组合包括Q/N台照相机,这样就可以形成N个拍摄阵列组合。在拍摄时,对应于一个拍摄位置,用构成一个拍摄阵列组合的Q/N台照相机进行同步拍摄。进而,对应于与该一个拍摄位置相邻的下一个拍摄位置,用构成另一个拍摄阵列组合的Q/N台照相机进行同步拍摄。这样,N个拍摄阵列组合依次交替地进行Q/N台照相机的同步拍摄。由此,实现在拍摄位置的间隔能够连续高速地拍摄和存储的功能,从而解决飞行速度过快来不及存储影像的问题。
具体而言,在本实施方式中,照相机多角度阵列单元K包括26台照相机M,其中,每2台照相机M构成一个照相机组,共13个照相机组。由每个照相机组中的一台照相机M组合构成一个拍摄阵列组合,即一个拍摄阵列组合包括13(Q/N)台照相机,这样就可以形成2个拍摄阵列组合。在拍摄时,对应于一个拍摄位置,用构成一个拍摄阵列组合的13台照相机M进行同步拍摄,对应于与该一个拍摄位置相邻的下一个拍摄位置,则用构成另一个拍摄阵列组合的13台照相机M进行同步拍摄,从而对应于同一个拍摄位置可以用构成一个拍摄阵列组合的13台照相机从13个方向进行同步拍摄。这样,2个拍摄阵列组合(13台照相机)交替地对拍摄位置进行拍摄。采用不同的拍摄阵列组合交替拍摄的方式,使得相邻拍摄位置的最小曝光时间间隔=单台照相机最短存储时间/拍摄阵列组合的个数,由此相当于将本实施方式涉及的航空数字倾斜摄影测量装置1的存储速度提高为单台照相机的最短存储速度的2倍,以目前的单台照相机的最短存储时间1.6秒为例进行计算,相邻拍摄位置的最小曝光时间间隔=照相机最短存储时间1.6秒/拍摄阵列组合的个数2=0.8秒。因此,本实施方式涉及的航空数字倾斜摄影测量装置1实现了0.8秒拍摄位置间隔的连续高速的拍摄和存储,解决了因飞行速度过快而来不及存储所拍摄的影像的问题。
此外,本实施方式涉及的航空数字倾斜摄影测量装置1通过上述GPS单元E、姿态感应云台单元F、电源控制单元G、惯导***IMU单元H、照相机控制单元I、飞控领航单元J、影像存储单元L和照相机多角度阵列单元K结合工作,能够实现精确定位,多台照相机自动进行同步曝光,在飞行拍摄时照相机姿态稳定,并记录曝光时刻的旋偏、侧滚和俯仰角度、曝光点坐标、航向角、曝光时间等信息,为影像数据处理提供基础。
此外,本发明的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置可以根据航空倾斜摄影测量实际的具体要求,对照相机多角度阵列单元K中包含的照相机组进行设计。例如照相机的种类可以是任意的,所设置的照相机的数量可以是2台以上的任意台数,用于设置围绕位于中心位置的下视照相机组的倾斜照相机组的同心圆环的层数可以是2层以上的任意层数,每层同心圆环中所设置的照相机组的数量可以是2个以上的任意个数,每层同心圆环中所设置的照相机组的倾斜角度可以不同,但是以上的变更都没有脱离本申请的要旨范围。
本发明的多角度阵列组合的航空数字倾斜摄影测量装置,通过采用多组照相机轮流交替地进行拍摄,大大地提高了摄影测量装置的影像存储速度。在相邻拍摄位置的曝光时间间隔小于单台照相机最短的存储时间时,根据具体的时间差值,合理地设计照相机组中照相机的数量,由此能够提高摄影测量装置的存储速度,实现在拍摄位置间隔连续高速地拍摄和存储的功能,从而解决飞行速度过快而来不及存储所拍摄影像的问题。