CN108040205A - 一种用于太空成像的卫星vr全景成像装置 - Google Patents

一种用于太空成像的卫星vr全景成像装置 Download PDF

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王旻
谢晓光
徐伟
朴永杰
王绍举
金光
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    • 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
    • G—PHYSICS
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    • 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
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Abstract

一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置涉及光电成像领域，解决卫星拍摄范围不全面的问题。该装置包括：卫星主承力框架；安装在卫星主承力框架上的相机安装支架；安装在相机安装支架上的多台相机，多个相机的视场拼接构成360度的视场角；成像管理单元连接并控制每台相机。本发明利用多个相机构成VR全景相机，多个相机的视场拼接能够构成360度的视场角，可一次完成从地球到太空360°的图像或视频采集，简单易行，扩大了太空摄像的成像范围，用于卫星太空成像领域。

Description

一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置
技术领域
本发明涉及光电成像领域，特别涉及一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置。
背景技术
在空间应用中，现有的遥感卫星或视频卫星，只是对地或太空成像，在轨道高度、焦距和视场范围的约束下，所拍摄的只能是太空中有限的观测范围，单个相机最大视场角也不超过180°，如果要扩大视场范围，需要增加侧摆功能，但是不能一次对360°太空成像，无法一次获得太空360°的观测范围。
发明内容
为了解决卫星拍摄范围不全面的问题，本发明提供了一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，该成像装置能够一次获得360°的观测范围。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，包括：
卫星主承力框架；
安装在卫星主承力框架上的相机安装支架；
安装在相机安装支架上的多台相机，多个相机的视场拼接构成360度的视场角；
成像管理单元连接并控制每台相机。
多台相机的装配基准均与卫星的装配基准相同。
多台相机所形成的中心轴与卫星中心轴重合。
多台相机均匀安装在相机安装支架上。
所述相机安装支架成正六边形，正六边形的每个边上均安装一台相机，每台相机的视场角α≥60°。
还包括安装于卫星主承力框架上的主载荷相机。
所述相机的像素不低于107。
本发明的有益效果是：本发明利用多个相机构成VR全景相机，多个相机的视场拼接能够构成360度的视场角。本发明综合考虑了卫星的机动能力和光电成像能力，根据不同的太空景色，通过对卫星姿态进行俯仰或横滚调整，可一次完成从地球到太空360°的图像或视频采集，简单易行，扩大了太空摄像的成像范围，本发明是国内首个用于太空成像的卫星太空VR全景摄像装置。
附图说明
图1本发明VR全景成像装置的结构图。
图2本发明VR全景相机的6台相机拼接示意图。
图3本发明成像距离与成像范围示意图。
图4本发明VR全景成像装置星载一体化设计整体结构图。
图5本发明卫星对日稳定时拍摄示意图。
图6本发明卫星对地稳定时拍摄示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，包括：多台相机1、成像管理单元、卫星主承力框架2。卫星主承力框架2上安装有相机安装支架，多台相机1安装在相机安装支架上。成像管理单元连接每台相机1，成像管理单元能够控制每台相机1拍摄。多个相机1的视场拼接能构成360度的视场角。卫星VR全景成像装置的结构图如图1所示。
卫星VR全景成像装置为多个相机1连续拼接而成，综合考虑***重量、功耗、成像质量、视场畸变等因素，本实施方式中多台相机1选用6台，6台相机1均匀的安装在相机安装支架上，相机安装支架位于卫星主承力框架2上。其中相机安装支架外形为正六边形(相机安装支架的横截面为正六边形)，卫星主承力框架2的横截面为正六边形，相机安装支架预埋在安装卫星主承力框架2内，在图1中不能直接看见相机安装支架。卫星主承力框架2可以为在现有的主承力框架的基础上设置有相机安装支架的安装位置，也可以为与相机安装支架一体化制造而成，即为设有相机安装支架的卫星主承力框架2。在相机安装支架正六边形的每个边上安装一台相机1，6台相机1所形成的中心轴(即相机安装支架的中心轴)与卫星的z轴(卫星中心轴)重合且均匀分布。6台相机1拼接示意图如图2所示。每台相机1视场角α＝60.1°(每台相机1视场角α≥60°，目的为6台相机1同时拍摄时，并对6台相机1的视场进行拼接，可完成一次实现从地球到太空360°的图像或视频的采集)，相邻两台相机1重合视场A＝0.1°，实现了全景360°全覆盖，6台相机1同时拍摄图像时，利用计算机对6台相机1的拍摄的图片进行拼接，拼接图片为360°全景图，即为对6台相机1的视场进行拼接，所以6台相机1构成VR全景相机。其中6台相机1的装配基准均与卫星的装配基准相同，保证了VR全景相机的拼接精度，即卫星的某个部件为基准，则卫星转动角度β时，基准转动β，6台相机1也转动β。单台相机1均为高分辨、高动态范围的相机1，相机1分辨率均为3800×2700，可达1000万像素，视场角为60.1°×45°，距离地面500km处覆盖面积为414km×578km，对应地面目标的分辨率约为200m，可识别海岸线、山脉、城市等目标。VR全景相机的相机1数量、视场角度及安装位置，是实现以360°全景覆盖为目标进行选取设置的。
由于相机1的安装位置和角度的限制，两台相机1的中间空间会有一定的盲区，经过对视场角和成像距离的计算，对500km处的太空目标可以成像，并能实现360°无缝拼接，成像距离与成像范围如图3所示。假设相机1两个焦面之间的距离D＝20cm，相机1的焦面与卫星中心之间的距离S＝20cm，轨道高度H＝500km，每个相机1的视场角为α＝60.1°，根据计算相机1拼接盲区距离M＝114.6m，在H＝500km时两个相机1搭接宽度为L＝872.5m，则相机1拼接后距离相机1焦面114.6m以内为盲区，轨道高度为500km时，两个相机1搭接有872.5m，也就是说距离卫星114.6m以外的太空都可以实现无缝拍摄。
成像管理单元能够控制每台相机1拍摄(同时拍摄、部分同时拍摄或其中一台拍摄)，并分别采集每台相机1的图像并存储在星载固态盘中。成像管理单元为通过FPGA编程的电路板，该电路板集成在卫星中心机中。
本发明还可以包括主载荷相机3，若包含主载荷相机3，则主载荷相机3安装在卫星主承力框架2上，主载荷相机3位于卫星的z轴上，6台相机1以卫星的主载荷相机3为中心均匀分布，含主载荷相机3的星载一体化设计整体结构图如图4所示。主载荷相机3由卫星中心机控制。主载荷相机3安装在卫星主承力框架2上，卫星主承力框架2既为VR全景相机提供了安装面，又作为主载荷相机3的遮光罩和星上单机安装板，有效提高了卫星的功能密度，减小卫星体积和重量。
所有成像装置(VR全景相机和主载荷相机3)的成像距离与成像范围是根据成像装置自身的安装位置和角度、视场角计算得到的。
卫星在轨飞行时，VR全景成像装置的中心轴与卫星的z轴(中心轴)重合，根据卫星对地、对日或调整俯仰角度时，可开机进行不同角度的全景成像。当卫星对日稳定时，拍摄示意图如图5所示，当卫星对地稳定时，拍摄示意图如图6所示。其中弧线W表示卫星轨道，弧线E表示地球，区域G(两相交的带箭头的直线所指的类矩形的曲面)表示单台相机1成像区域，区域C(类矩形的曲面区域)表示两台相机1成像的重叠区域。

Claims (7)

1.一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，其特征在于，包括：
卫星主承力框架(2)；
安装在卫星主承力框架(2)上的相机安装支架；
安装在相机安装支架上的多台相机(1)，多个相机(1)的视场拼接构成360度的视场角；
成像管理单元连接并控制每台相机(1)。
2.如权利要求1所述的一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，其特征在于，多台相机(1)的装配基准均与卫星的装配基准相同。
3.如权利要求1所述的一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，其特征在于，多台相机(1)所形成的中心轴与卫星中心轴重合。
4.如权利要求1所述的一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，其特征在于，多台相机(1)均匀安装在相机安装支架上。
5.如权利要求4所述的一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，其特征在于，所述相机安装支架成正六边形，正六边形的每个边上均安装一台相机(1)，每台相机(1)的视场角α≥60°。
6.如权利要求1所述的一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，其特征在于，还包括安装于卫星主承力框架(2)上的主载荷相机(3)。
7.如权利要求1所述的一种用于太空成像的卫星VR全景成像装置，其特征在于，所述相机(1)的像素不低于107。
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