CN112082571A - 一种大幅面测绘相机***及检校方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大幅面测绘相机***，包括：镜头单元、数字后背焦面单元、电子学管控单元和数据存储单元；其中，所述镜头单元包括第一多光谱镜头、第二多光谱镜头、第三多光谱镜头、第四多光谱镜头、第一全色镜头、第二全色镜头、第三全色镜头和第四全色镜头；所述数字后背焦面单元包括第一多光谱数字后背、第二多光谱数字后背、第三多光谱数字后背、第四多光谱数字后背、第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组；所述电子学管控单元包括信号转换单元和主控计算机。本发明实现了航测相机可具有大幅面，提高航空测绘相机的作业效率和精度。

Description

一种大幅面测绘相机***及检校方法

技术领域

本发明属于光电成像技术领域，尤其涉及一种大幅面测绘相机***及检校方法。

背景技术

航空光学测绘是高效获取区域遥感信息的重要技术手段。大幅面测绘相机可以获取高分辨率、宽视场，提高作业效率，节省作业成本，同时辅以稍低分辨率多光谱影像，获取不同谱段多光谱信息，更好服务于测绘应用。

面阵测绘相机朝着超大幅面发展是必然趋势，像元4μm—6μm，总像元数8-16亿规模面阵测绘可满足宽视场高分辨率测绘的高作业效率需求。受工艺水平的限制，30k×30k、40k×40k规模的CCD或CMOS面阵器件单片难以实现。为实现超大幅面成像，面阵测绘相机一般采用拼接方式实现。

Vexcel公司在2003年推出的UtralCamD相机，采用了4组镜头混合拼接方式实现大幅面，要求4组镜头沿飞行方向“一”字排列，并各镜头对应后背延时曝光方式获取单中心投影图像。该方式必须要求镜头“一”字排列，存在对相机内部空间使用约束严格的问题，在选择相同器件下难以实现更大幅面的拼接。

发明专利CN 102883095A、CN 102905061A均采用双镜头、分光棱镜方式实现拼接，存在每个像面50％的能量损失，且存在分光棱镜增大光学***体积重量、图像拼接处存在光晕的不足。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大幅面测绘相机***及检校方法，实现了航测相机可具有大幅面，提高航空测绘相机的作业效率和精度。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种大幅面测绘相机***，包括：镜头单元、数字后背焦面单元、电子学管控单元和数据存储单元；其中，所述镜头单元包括第一多光谱镜头、第二多光谱镜头、第三多光谱镜头、第四多光谱镜头、第一全色镜头、第二全色镜头、第三全色镜头和第四全色镜头；所述数字后背焦面单元包括第一多光谱数字后背、第二多光谱数字后背、第三多光谱数字后背、第四多光谱数字后背、第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组；所述电子学管控单元包括信号转换单元和主控计算机；其中，信号转换单元和主控计算机相连接；第一多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第一光信号传输至第一多光谱数字后背；第一多光谱数字后背将第一光信号转换为第一电信号，并将第一电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第一电信号转换为第一转换光信号，并将第一转换光信号传输至数据存储单元；其中，第一多光谱数字后背在第一多光谱镜头的焦面位置处；第二多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第二光信号传输至第二多光谱数字后背；第二多光谱数字后背将第二光信号转换为第二电信号，并将第二电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第二电信号转换为第二转换光信号，并将第二转换光信号传输至数据存储单元；其中，第二多光谱数字后背在第二多光谱镜头的焦面位置处；第三多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第三光信号传输至第三多光谱数字后背；第三多光谱数字后背将第三光信号转换为第三电信号，并将第三电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第三电信号转换为第三转换光信号，并将第三转换光信号传输至数据存储单元；其中，第三多光谱数字后背在第三多光谱镜头的焦面位置处；第四多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第四光信号传输至第四多光谱数字后背；第四多光谱数字后背将第四光信号转换为第四电信号，并将第四电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第四电信号转换为第四转换光信号，并将第四转换光信号传输至数据存储单元；其中，第四多光谱数字后背在第四多光谱镜头的焦面位置处；物方场景光经第一全色镜头透射后得到第五光信号，第五光信号传输至第一全色数字后背组，第一全色数字后背组将第五光信号转换为第五电信号，并将第五电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第五电信号转换为第五转换光信号，并将第五转换光信号传输至数据存储单元；其中，第一全色数字后背组在第一全色镜头的焦面位置处；物方场景光经第二全色镜头透射后得到第六光信号，第六光信号传输至第二全色数字后背组，第二全色数字后背组将第六光信号转换为第六电信号，并将第六电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第六电信号转换为第六转换光信号，并将第六转换光信号传输至数据存储单元；其中，第二全色数字后背组在第二全色镜头的焦面位置处；物方场景光经第三全色镜头透射后得到第七光信号，第七光信号传输至第三全色数字后背组，第三全色数字后背组将第七光信号转换为第七电信号，并将第七电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第七电信号转换为第七转换光信号，并将第七转换光信号传输至数据存储单元；其中，第三全色数字后背组在第三全色镜头的焦面位置处；物方场景光经第四全色镜头透射后得到第八光信号，第八光信号传输至第四全色数字后背组，第四全色数字后背组将第八光信号转换为第八电信号，并将第八电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第八电信号转换为第八转换光信号，并将第八转换光信号传输至数据存储单元；其中，第四全色数字后背组在第四全色镜头的焦面位置处。

上述大幅面测绘相机***中，第一多光谱镜头的光轴、第二多光谱镜头的光轴、第三多光谱镜头的光轴和第四多光谱镜头的光轴平行；每个光谱镜头的光轴中心的连线构成第一正方形。

上述大幅面测绘相机***中，第一全色镜头的光轴、第二全色镜头的光轴、第三全色镜头的光轴和第四全色镜头的光轴平行；每个全色镜头的光轴中心的连线构成第二正方形；第二正方形与第一正方形相差45度角。

上述大幅面测绘相机***中，第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第一全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

上述大幅面测绘相机***中，第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第二全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

上述大幅面测绘相机***中，第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第三全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

上述大幅面测绘相机***中，第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第四全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

一种全色相机检校方法，包括如下步骤：步骤一：在第一全色镜头、第二全色镜头、第三全色镜头和第四全色镜头4个全色镜头焦面处分别建立虚拟成像网格，虚拟成像网格为M行N列，对应网格像元数为[M(m-Δm)+Δm]×[N(n-Δn)+Δn]；其中，M为参与拼接全色数字后背个数的行数，N为参与拼接全色数字后背个数的列数，m为全色数字后背像元数行数，n为全色数字后背像元数列数，Δm为拼接中水平方向重叠像元数，Δn为拼接中垂直方向重叠像元数；步骤二：对4个全色镜头焦面位置处的全色数字后背组的像元重新命名；步骤三：对每个全色镜头相对应的全色相机分别进行单相机内方位元素检校，获取全色单相机的主点和主距；其中，第一全色镜头对应的第1个全色相机主点(x₁₀,y₁₀)、主距f₁；第二全色镜头对应的第2个全色相机主点(x₂₀,y₂₀)、主距f₂；第三全色镜头对应的第3个全色相机主点(x₃₀,y₃₀)、主距f₃；第四全色镜头对应的第4个全色相机主点(x₄₀,y₄₀)、主距f₄；步骤四：对第1个全色相机、第2个全色相机、第3个全色相机和第4个全色相机4个全色相机分别建立像空间坐标系S_i-x_iy_iz_i，其中i＝1,2,3,4表示第i个全色相机；坐标系S_i-x_iy_iz_i中，坐标原点为各全色相机摄站点S_i，与第i个全色相机全色数字后背像元横向平行的轴为x_i轴，与第i个全色相机全色数字后背像元纵向平行的轴为y_i轴，与第i个全色相机主光轴平行的轴为z_i轴；步骤五：建立虚地面辅助坐标系O-XYZ,其中，O为第1个全色相机摄站点S₁在地面竖直投影，与第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁的x₁轴平行的轴为X轴，与第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁的y₁轴平行的轴为Y轴，与第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁的z₁轴平行的轴为Z轴；步骤六：得到第2个全色相机、第3个全色相机、第4个全色相机相对第1个全色相机的旋转矩阵为R_i，i＝2,3,4；步骤七：以第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁为虚拟相空间坐标系，第2个全色相机、第3个全色相机和第4个全色相机焦面位置处的全色数字后背组的像元向S₁-x₁y₁z₁进行虚拟影像单中心投影转换。

上述全色相机检校方法中，在步骤六中，旋转矩阵为R_i为：

其中，a_i1、a_i2、a_i3、b_i1、b_i2、b_i3、c_i1、c_i2、c_i3为旋转矩阵参数。

上述全色相机检校方法中，在步骤七中，转换公式如下：

其中，i＝2、3、4，第i个全色相机的S_i-x_iy_iz_i坐标系中待转换点坐标(x_i,y_i)，x_i为S_i-x_iy_iz_i坐标系中像素横坐标、y_i为S_i-x_iy_iz_i坐标系中像素纵坐标；(x_i,y_i)转换到第1个全色相机的S₁-x₁y₁z₁坐标系中坐标(x₀,y₀)，x₀为S₁-x₁y₁z₁坐标系中像素横坐标、y₀为S₁-x₁y₁z₁坐标系中像素纵坐标；X_i为第i个全色相机的摄站点S_i在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的横坐标，Y_i为第i个全色相机的摄站点S_i在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的纵坐标，Z_i为第i个全色相机的摄站点S_i在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的竖坐标；Z₁为第1个全色相机的摄站点S₁在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的竖坐标；f_i为第i个全色相机的主距，f₁为第1个全色相机的主距。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明采用了主光轴平行的多镜头多成像器件内外视场混合拼接成像体制，可以实现超大幅面航测相机***，提高航空测绘相机的作业效率和精度；

(2)本发明的镜头光轴中心正方形排列，优化全色和多高光谱的结构布局，最大程度减少结构外包络尺寸，提高结构空间利用率；

(3)本发明采用并串信号转换，电光、光电信号转换等方式，减少相机***线缆数量，优化结构布局和便于工程实现；

(4)本发明确定全色相机检校流程和给出虚拟单中心影像的转换方法，实现近似单中心影像输出，与现有航测数据处理软件接口相适应。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例提供的大幅面测绘相机***的总体框图；

图2是本发明实施例提供的全色镜头位置放置关系的示意图；

图3是本发明实施例提供的全色镜头和多光谱镜头底视图；

图4是本发明实施例提供的全色镜头对应数字后背组的示意图；

图5是本发明实施例提供的4路信号并串转换为1路信号示意图；

图6是本发明实施例提供的相机检校方法的流程图；

图7是本发明实施例提供的相机焦面处像元序号定义的示意图；

图8是本发明实施例提供的空间坐标系的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例提供的大幅面测绘相机***的总体框图。如图1所示，该大幅面测绘相机***包括：镜头单元、数字后背焦面单元、电子学管控单元和数据存储单元；其中，

镜头单元包括第一多光谱镜头、第二多光谱镜头、第三多光谱镜头、第四多光谱镜头、第一全色镜头、第二全色镜头、第三全色镜头和第四全色镜头；

数字后背焦面单元包括第一多光谱数字后背、第二多光谱数字后背、第三多光谱数字后背、第四多光谱数字后背、第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组；

第一多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第一光信号传输至第一多光谱数字后背；第一多光谱数字后背将第一光信号转换为第一电信号，并将第一电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第一电信号转换为第一转换光信号，并将第一转换光信号传输至数据存储单元；其中，第一多光谱数字后背在第一多光谱镜头的焦面位置处；

第二多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第二光信号传输至第二多光谱数字后背；第二多光谱数字后背将第二光信号转换为第二电信号，并将第二电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第二电信号转换为第二转换光信号，并将第二转换光信号传输至数据存储单元；其中，第二多光谱数字后背在第二多光谱镜头的焦面位置处；

第三多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第三光信号传输至第三多光谱数字后背；第三多光谱数字后背将第三光信号转换为第三电信号，并将第三电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第三电信号转换为第三转换光信号，并将第三转换光信号传输至数据存储单元；其中，第三多光谱数字后背在第三多光谱镜头的焦面位置处；

第四多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第四光信号传输至第四多光谱数字后背；第四多光谱数字后背将第四光信号转换为第四电信号，并将第四电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第四电信号转换为第四转换光信号，并将第四转换光信号传输至数据存储单元；其中，第四多光谱数字后背在第四多光谱镜头的焦面位置处；

4个多光谱镜头采用相同的光学设计参数，相同的镜头结构设计参数；4个多光谱镜头光轴平行，光轴中心为定点构成正方形。

4个多光谱数字后背相同，每个后背像元数均为m'×n'。

物方场景光经第一全色镜头透射后得到第五光信号，第五光信号传输至第一全色数字后背组，第一全色数字后背组将第五光信号转换为第五电信号，并将第五电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第五电信号转换为第五转换光信号，并将第五转换光信号传输至数据存储单元；其中，第一全色数字后背组在第一全色镜头的焦面位置处；第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第一全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

物方场景光经第二全色镜头透射后得到第六光信号，第六光信号传输至第二全色数字后背组，第二全色数字后背组将第六光信号转换为第六电信号，并将第六电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第六电信号转换为第六转换光信号，并将第六转换光信号传输至数据存储单元；其中，第二全色数字后背组在第二全色镜头的焦面位置处；第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第二全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

物方场景光经第三全色镜头透射后得到第七光信号，第七光信号传输至第三全色数字后背组，第三全色数字后背组将第七光信号转换为第七电信号，并将第七电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第七电信号转换为第七转换光信号，并将第七转换光信号传输至数据存储单元；其中，第三全色数字后背组在第三全色镜头的焦面位置处；第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第三全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

物方场景光经第四全色镜头透射后得到第八光信号，第八光信号传输至第四全色数字后背组，第四全色数字后背组将第八光信号转换为第八电信号，并将第八电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第八电信号转换为第八转换光信号，并将第八转换光信号传输至数据存储单元；其中，第四全色数字后背组在第四全色镜头的焦面位置处；第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第四全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

如图2所示，4个全色镜头采用相同的光学设计参数，相同的镜头结构设计参数；4个全色镜头光轴平行，光轴中心为定点构成正方形。

4个多光谱镜头光轴中心为定点构成的正方形和4个全色镜头光轴中心为定点构成的正方形，两个正方形相差45度角(如图3所示)。

M行N列个全色数字后背相同，每个后背像元数均为m×n。

4个全色镜头对应的4个全色数字后背组位置可互换。

信号转换单元包括第一信号转换器、第二信号转换器、第三信号转换器、第四信号转换器、·····第

信号转换器和；其中[]表示向上取整数。

第一信号转换器接收4个数字后背的电信号，4路同步曝光数字后背的电信号并行输入到信号转换器，信号转换器串行输出光信号；

第二信号转换器接收4个数字后背的电信号，4路同步曝光数字后背的电信号并行输入到信号转换器，信号转换器串行输出光信号；

…….

第

信号转换器接收4个数字后背的电信号，4路同步曝光数字后背的电信号并行输入到信号转换器，信号转换器串行输出光信号。其中[]表示向上取整数；

第

信号转换器接收剩余数字后背的电信号，剩余路同步曝光数字后背的电信号并行输入到信号转换器，信号转换器串行输出光信号。其中[]表示向上取整数；

信号转换器包含控制芯片、存储芯片和电光信号转换芯片。控制芯片为FPGA或DSP等常用芯片；存储芯片为SDRAM等常用芯片；电光信号转换芯片功能为将电信号转换为光纤信号输出；

数字后背的电信号为Camera Link格式或USB3.0格式等常用信号格式。

主控计算机向信号转换器控制芯片发送控制指令，接收信号转换器控制芯片的反馈信息；

数据存储单元接收信号转换器输出的光纤信号，经数据存储单元中光电信号转换芯片将光信号转换为电信号，存储在数据存储盘阵中。

进一步的全色镜头对应的数字后背个数特征关系在于：如图4全色镜头对应数字后背成像后，按特定的拼接位置关系共对应M×N(M行N列)个数字后背，将M×N个数字后背分为四组：组1数字后背编号(i，j),其中i mod 4＝1或3(i mod 4＝1表示i除以4余数为1)，j mod 4＝1或3；组2数字后背编号(i，j),其中i mod 4＝1或3，j mod 4＝0或2；组3数字后背编号(i，j),其中i mod 4＝0或2，j mod 4＝1或3；组4数字后背编号(i，j),其中i mod 4＝0或2，j mod 4＝0或2。4组数字后背和四组全色镜头分别对应安装，且位置可互换。

电子学管控单元和数据存储单元实现相机***控制和数据存储功能。其中，电子学管控单元主要包括主控计算机和信号转换器，主控计算机接收和处理信息指令，每4个数字后背对应1个信号转换器，信号转换器实现同步并行接收的4路电子学图像数据信号转换为串行输出的1路光纤图像数据信号，光纤图像数据信号输出至数据存储单元，完成数据存储。

如图5所示，4路同步曝光电子学图像数据信号同时输入到信号转换器，电子学图像数据信号为Camera Link格式或USB3.0格式等常用信号格式。信号转换器中控制芯片控制及同时接收4路信号，并将其存储在存储芯片中，控制芯片为FPGA或DSP等常用芯片。控制芯片接收主控计算机指令，将4路信号依次串行输出至电光信号转换器件，电光信号转换器件功能为将电信号转换为光纤信号输出，依次串行输出的光信号传输至数据存储器的光电信号转换器件，光电信号转换器件功能为将光信号转换为电信号，存储到数据存储盘阵。

针对该相机***检校，提出一种大幅面测绘相机***的检校方法，包含多光谱相机检校和全色相机检校。相机检校流程如图6。多光谱相机检校为常规检校方法，可采用精密测角法等。

该全色相机检校方法包括如下步骤：

步骤一：在第一全色镜头、第二全色镜头、第三全色镜头和第四全色镜头4个全色镜头焦面处分别建立虚拟成像网格，如图7。虚拟成像网格为M行N列，对应网格像元数为[M(m-Δm)+Δm]×[N(n-Δn)+Δn]。

其中M为参与拼接全色数字后背个数的行数，N为参与拼接全色数字后背个数的列数，m为全色数字后背像元数行数，n为全色数字后背像元数列数，Δm为拼接中水平方向重叠像元数，Δn为拼接中垂直方向重叠像元数。

每个全色相机焦面处部分为“真实”像元，“真实”的数字后背像元数需重新命名，如第(A，B)个数字后背，即在第A行B列处数字后背，其在全色相机焦面处其首像元命名为((A-1)m-(A-2)Δm+1,(B-1)n-(B-2)Δm+1)。

步骤二：对4个全色镜头焦面处全色数字后背的像元重新命名。如图7所示，全色镜头焦面处第A行B列处的全色数字后背像元数重新命名如下，其像元(i,j)重新命名为((A-1)m-(A-2)Δm+i,(B-1)n-(B-2)Δn+j)。其中i为原像元行数，j为原像元列数；

步骤三：对4个全色相机分别进行单相机内方位元素检校，获取全色单相机畸变、主点、主距参数。第一全色相机主点(x₁₀,y₁₀)、主距f₁；第二全色相机主点(x₂₀,y₂₀)、主距f₂；第三全色相机主点(x₃₀,y₃₀)、主距f₃；第四全色相机主点(x₄₀,y₄₀)、主距f₄。

步骤四：对第1个全色相机、第2个全色相机、第3个全色相机和第4个全色相机4个全色相机分别建立像空间坐标系S_i-x_iy_iz_i，其中i＝1,2,3,4表示第i个全色相机；坐标系S_i-x_iy_iz_i中，坐标原点为各全色相机摄站点S_i，与第i个全色相机全色数字后背像元横向平行的轴为x_i轴，与第i个全色相机全色数字后背像元纵向平行的轴为y_i轴，与第i个全色相机主光轴平行的轴为z_i轴，如图8所示。

步骤五：建立虚地面辅助坐标系O-XYZ,其中，O为第1个全色相机摄站点S₁在地面竖直投影，与第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁的x₁轴平行的轴为X轴，与第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁的y₁轴平行的轴为Y轴，与第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁的z₁轴平行的轴为Z轴。

步骤六：分别求取第2个全色相机、第3个全色相机、第4个全色相机相对第1个全色相机的相对外方位角元素。获得得到第2个全色相机、第3个全色相机、第4个全色相机相对第1个全色相机的旋转矩阵为R_i，i＝2,3,4。R_i表示为：

其中a_i1、a_i2、a_i3、b_i1、b_i2、b_i3、c_i1、c_i2、c_i3为旋转矩阵参数。

步骤七：以第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁为虚拟相空间坐标系，第2个全色相机、第3个全色相机和第4个全色相机焦面位置处的全色数字后背组的像元向S₁-x₁y₁z₁进行虚拟影像单中心投影转换。转换公式如下：

其中，i＝2、3、4，第i个全色相机的S_i-x_iy_iz_i坐标系中待转换点坐标(x_i,y_i)，x_i为S_i-x_iy_iz_i坐标系中像素横坐标、y_i为S_i-x_iy_iz_i坐标系中像素纵坐标；(x_i,y_i)转换到第1个全色相机的S₁-x₁y₁z₁坐标系中坐标(x₀,y₀)，x₀为S₁-x₁y₁z₁坐标系中像素横坐标、y₀为S₁-x₁y₁z₁坐标系中像素纵坐标；

X_i为第i个全色相机的摄站点S_i在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的横坐标，Y_i为第i个全色相机的摄站点S_i在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的纵坐标，Z_i为第i个全色相机的摄站点S_i在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的竖坐标；

Z₁为第1个全色相机的摄站点S₁在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的竖坐标；

f_i为第i个全色相机的主距，f₁为第1个全色相机的主距。

本发明采用了主光轴平行的多镜头多成像器件内外视场混合拼接成像体制，可以实现超大幅面航测相机***，提高航空测绘相机的作业效率和精度；本发明的镜头光轴中心正方形排列，优化全色和多高光谱的结构布局，最大程度减少结构外包络尺寸，提高结构空间利用率；本发明采用并串信号转换，电光、光电信号转换等方式，减少相机***线缆数量，优化结构布局和便于工程实现；本发明确定全色相机检校流程和给出虚拟单中心影像的转换方法，实现近似单中心影像输出，与现有航测数据处理软件接口相适应。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种大幅面测绘相机***，其特征在于包括：镜头单元、数字后背焦面单元、电子学管控单元和数据存储单元；其中，

所述镜头单元包括第一多光谱镜头、第二多光谱镜头、第三多光谱镜头、第四多光谱镜头、第一全色镜头、第二全色镜头、第三全色镜头和第四全色镜头；

所述数字后背焦面单元包括第一多光谱数字后背、第二多光谱数字后背、第三多光谱数字后背、第四多光谱数字后背、第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组；

所述电子学管控单元包括信号转换单元和主控计算机；其中，信号转换单元和主控计算机相连接；

第一多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第一光信号传输至第一多光谱数字后背；第一多光谱数字后背将第一光信号转换为第一电信号，并将第一电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第一电信号转换为第一转换光信号，并将第一转换光信号传输至数据存储单元；其中，第一多光谱数字后背在第一多光谱镜头的焦面位置处；

第二多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第二光信号传输至第二多光谱数字后背；第二多光谱数字后背将第二光信号转换为第二电信号，并将第二电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第二电信号转换为第二转换光信号，并将第二转换光信号传输至数据存储单元；其中，第二多光谱数字后背在第二多光谱镜头的焦面位置处；

第三多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第三光信号传输至第三多光谱数字后背；第三多光谱数字后背将第三光信号转换为第三电信号，并将第三电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第三电信号转换为第三转换光信号，并将第三转换光信号传输至数据存储单元；其中，第三多光谱数字后背在第三多光谱镜头的焦面位置处；

第四多光谱镜头将物方场景光分光后得到的第四光信号传输至第四多光谱数字后背；第四多光谱数字后背将第四光信号转换为第四电信号，并将第四电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第四电信号转换为第四转换光信号，并将第四转换光信号传输至数据存储单元；其中，第四多光谱数字后背在第四多光谱镜头的焦面位置处；

物方场景光经第一全色镜头透射后得到第五光信号，第五光信号传输至第一全色数字后背组，第一全色数字后背组将第五光信号转换为第五电信号，并将第五电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第五电信号转换为第五转换光信号，并将第五转换光信号传输至数据存储单元；其中，第一全色数字后背组在第一全色镜头的焦面位置处；

物方场景光经第二全色镜头透射后得到第六光信号，第六光信号传输至第二全色数字后背组，第二全色数字后背组将第六光信号转换为第六电信号，并将第六电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第六电信号转换为第六转换光信号，并将第六转换光信号传输至数据存储单元；其中，第二全色数字后背组在第二全色镜头的焦面位置处；

物方场景光经第三全色镜头透射后得到第七光信号，第七光信号传输至第三全色数字后背组，第三全色数字后背组将第七光信号转换为第七电信号，并将第七电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第七电信号转换为第七转换光信号，并将第七转换光信号传输至数据存储单元；其中，第三全色数字后背组在第三全色镜头的焦面位置处；

物方场景光经第四全色镜头透射后得到第八光信号，第八光信号传输至第四全色数字后背组，第四全色数字后背组将第八光信号转换为第八电信号，并将第八电信号输出至信号转换单元，信号转换单元将第八电信号转换为第八转换光信号，并将第八转换光信号传输至数据存储单元；其中，第四全色数字后背组在第四全色镜头的焦面位置处。

2.根据权利要求1所述的大幅面测绘相机***，其特征在于：第一多光谱镜头的光轴、第二多光谱镜头的光轴、第三多光谱镜头的光轴和第四多光谱镜头的光轴平行；每个光谱镜头的光轴中心的连线构成第一正方形。

3.根据权利要求2所述的大幅面测绘相机***，其特征在于：第一全色镜头的光轴、第二全色镜头的光轴、第三全色镜头的光轴和第四全色镜头的光轴平行；每个全色镜头的光轴中心的连线构成第二正方形；第二正方形与第一正方形相差45度角。

4.根据权利要求1所述的大幅面测绘相机***，其特征在于：第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第一全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

5.根据权利要求1所述的大幅面测绘相机***，其特征在于：第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第二全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

6.根据权利要求1所述的大幅面测绘相机***，其特征在于：第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第三全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

7.根据权利要求1所述的大幅面测绘相机***，其特征在于：第一全色数字后背组、第二全色数字后背组、第三全色数字后背组和第四全色数字后背组共有M行N列个后背，其中，第四全色数字后背组的数字后背编号(i，j)满足

mod表示取余数运算，其中i＝1，2……，M；j＝1，2……，N。

8.一种全色相机检校方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：在第一全色镜头、第二全色镜头、第三全色镜头和第四全色镜头4个全色镜头焦面处分别建立虚拟成像网格，虚拟成像网格为M行N列，对应网格像元数为[M(m-Δm)+Δm]×[N(n-Δn)+Δn]；

其中，M为参与拼接全色数字后背个数的行数，N为参与拼接全色数字后背个数的列数，m为全色数字后背像元数行数，n为全色数字后背像元数列数，Δm为拼接中水平方向重叠像元数，Δn为拼接中垂直方向重叠像元数；

步骤二：对4个全色镜头焦面位置处的全色数字后背组的像元重新命名；

步骤三：对每个全色镜头相对应的全色相机分别进行单相机内方位元素检校，获取全色单相机的主点和主距；其中，第一全色镜头对应的第1个全色相机主点(x₁₀,y₁₀)、主距f₁；第二全色镜头对应的第2个全色相机主点(x₂₀,y₂₀)、主距f₂；第三全色镜头对应的第3个全色相机主点(x₃₀,y₃₀)、主距f₃；第四全色镜头对应的第4个全色相机主点(x₄₀,y₄₀)、主距f₄；

步骤四：对第1个全色相机、第2个全色相机、第3个全色相机和第4个全色相机4个全色相机分别建立像空间坐标系S_i-x_iy_iz_i，其中i＝1,2,3,4表示第i个全色相机；坐标系S_i-x_iy_iz_i中，坐标原点为各全色相机摄站点S_i，与第i个全色相机全色数字后背像元横向平行的轴为x_i轴，与第i个全色相机全色数字后背像元纵向平行的轴为y_i轴，与第i个全色相机主光轴平行的轴为z_i轴；

步骤五：建立虚地面辅助坐标系O-XYZ,其中，O为第1个全色相机摄站点S₁在地面竖直投影，与第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁的x₁轴平行的轴为X轴，与第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁的y₁轴平行的轴为Y轴，与第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁的z₁轴平行的轴为Z轴；

步骤六：得到第2个全色相机、第3个全色相机、第4个全色相机相对第1个全色相机的旋转矩阵为R_i，i＝2,3,4；

步骤七：以第1个全色相机像空间坐标系S₁-x₁y₁z₁为虚拟相空间坐标系，第2个全色相机、第3个全色相机和第4个全色相机焦面位置处的全色数字后背组的像元向S₁-x₁y₁z₁进行虚拟影像单中心投影转换。

9.根据权利要求8所述的全色相机检校方法，其特征在于：在步骤六中，旋转矩阵为R_i为：

其中，a_i1、a_i2、a_i3、b_i1、b_i2、b_i3、c_i1、c_i2、c_i3为旋转矩阵参数。

10.根据权利要求8所述的全色相机检校方法，其特征在于：在步骤七中，转换公式如下：

其中，i＝2、3、4，第i个全色相机的S_i-x_iy_iz_i坐标系中待转换点坐标(x_i,y_i)，x_i为S_i-x_iy_iz_i坐标系中像素横坐标、y_i为S_i-x_iy_iz_i坐标系中像素纵坐标；(x_i,y_i)转换到第1个全色相机的S₁-x₁y₁z₁坐标系中坐标(x₀,y₀)，x₀为S₁-x₁y₁z₁坐标系中像素横坐标、y₀为S₁-x₁y₁z₁坐标系中像素纵坐标；X_i为第i个全色相机的摄站点S_i在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的横坐标，Y_i为第i个全色相机的摄站点S_i在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的纵坐标，Z_i为第i个全色相机的摄站点S_i在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的竖坐标；Z₁为第1个全色相机的摄站点S₁在虚地面辅助坐标系O-XYZ中的竖坐标；f_i为第i个全色相机的主距，f₁为第1个全色相机的主距。

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