专利名称：一种数字航空摄影系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种航空摄影仪器，特别是关于一种获取大幅面影像的数字航空 摄影系统。
尿汉不
当前，遥感技术的全面数字化发展已不再满足于将航空或航天平台拍摄的胶 片扫描录入计算机形成数字影像的作业模式，而是追求从数字数据获取到数据预 处理、存储、应用及管理的完全数字化。尤其是在数据获取端，随着电子技术的
不断发展，超长线阵、超大幅面的CCD传感器将不断被开发出来，促使数字摄影 仪的探测性能(分辨率、成像范围等)不断逼近传统量测机。数字航空摄影系统 是当前国际航空遥感及航空摄影测量领域的一项新型技术和一项重要的发展方 向，是行业技术发展的大趋势，我国对航空或航天数字遥感图像的需求量也在加 大。
现有国际数字航空摄影仪多数采用CCD面阵传感器芯片以及多面阵CCD传感 器外视场拼接技术。但对大幅面影像的获取方法存在以下问题1、航摄基高比 偏低；2、非严格的中心投影方式严重影响数字航空摄影仪的平面和高程精度； 3、多传感器多快门控制曝光不同步的问题，影像难以实现高精度校正与拼接。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种采用单面阵或多面阵成像传感器内 视场拼接技术以获取大幅面数字影像的数字航空摄影系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种数字航空摄影系统，其特 征在于它包括前端一带有可控快门装置的大口径光学镜头和后端一内视场拼接 的数字成像后背，所述内视场拼接数字成像后背包括一单面散射光学器件、 一光 电转换模块、 一多路图像数据存储模块和一总控模块。所述单面散射光学器件置 于所述大口径光学镜头成像面处；所述光电转换模块置于单面散射光学器件之
后，所述光电转换模块包括成像传感器阵列、脉冲发生器、驱动器和A/D转换 器；所述成像传感器阵列包括依次处于所述单面散射光学器件之后光路上的多个 成像传感器镜头和多个与其对应设置的成像传感器芯片，所述成像传感器芯片位 于成像传感器镜头之后的成像焦平面内；所述总控模块包括一核心控制器，与所 述成像传感器阵列数量相应的成像控制器、 一人机界面设备、 一视频切换单元和一大口径镜头快门触发单元；
所述总控模块的核心控制器将控制指令发送给每一所述成像控制器，所述成 像控制器控制每一所述传感器芯片将相对应的所述成像传感器镜头采集到的光信 号转换成为电信号，电信号并行暂存到所述多路数据存储模块中作为数字信号； 所述多路数据存储模块中的数字信号通过所述总控模块的视频切换单元选通，以 图像方式显示在所述总控模块的人机界面设备上，所述人机界面设备再发送控制 指令至所述总控模块的核心控制器。
所述成像传感器阵列还包括一个高速视频图像采集装置，高速视频图像采集 装置拍摄单面散射光学器件所动态呈现的地物影像，所述高速视频图像采集装置 连接所述视频切换单元，实时显示采集到的遥感地物视频影像，达到航空摄影作 业任务监测的目的。
所述成像传感器阵列为一 CCD成像传感器阵列，各所述成像传感器镜头分别 为一CCD传感器镜头，各所述成像传感器芯片分别为一CCD传感器芯片。航空摄 影遥感地物目标经过大口径光学镜头的严格中心投影到单面散射光学器件，并被 CCD成像传感器阵列所采集。CCD成像传感器影像与遥感地物之间满足严格中心 投影的构像关系。
所述成像传感器阵列的光电转换与所述大口径光学镜头的快门触发单元在总 控模块控制下实现高同步或时间间隔连续可调的联动曝光。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明利用大口径镜 头，与独创的内视场拼接的数字成像后背系统相结合技术，因此可以实现大的航 摄基高比以保证成像拼接精度，实现连续可变的航摄基高比以在确定的分辨率下 灵活地确定成像组件或成像系统的物理结构。2、本发明采用独特的内视场拼接 技术，内视场拼接无空白区域，且能够解决现有基于外视场拼接技术的数字航摄 仪中心投影构像不严格问题。3、内视场拼接数字成像系统采用可调节数字成像 传感器阵列设计，能够根据不同的应用要求优化配置传感器阵列以实现数字影像 的分辨率可调节的目的。4、本发明采用大口径光学镜头的可控快门作为所有成 像传感器单元的曝光装置，实现多成像传感器光电转换与大口径光学镜头快门触 发单元在总空模块控制下高同步或曝光时间间隔连续可调，避免多快门曝光控制 不同步的问题。5、本发明涉及的大口径光学镜头，可以使用现有胶片式航空摄 影仪系统的高精度镜头，从而大大降低我国自主研制数字航摄仪的难度，发挥我 国数字成像优势，使数字航摄仪同样满足我国已经制定的航摄仪作业、处理等要 求。
图1是本发明控制流程示意图 图2是本发明成像光路示意图
图3是本发明成像传感器镜头对单面散射光学器件取像的示意图 图4是本发明光电转换模块示意图
图5是本发明多路数据存储模块中的一路数据存储示意图 图6是本发明总控模块控制示意图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一带有可控快门装置的大口径光学镜头1和一内视 场拼接数字成像后背2，大口径光学镜头1位于拍摄前端，该大口径光学镜头可 以采用现有胶片式航摄仪的高精度大口径镜头。内视场拼接数字成像后背2是本 发明成像处理的核心，主要包括单面散射光学器件21、光电转换模块22、多路 数据存储模块23、总控模块24、后续处理模块25。在内视场拼接数字成像系统 2之外，连接有辅助的定位系统3和电源系统4。
如图2所示，单面散射光学器件21是动态显示被摄地物的光学器件，例如 具有满足航射仪要求的单面散射光学性能的毛玻璃，其设置在大口径光学镜头1 的成像面处。大口径光学镜头1用于采集目标地物光线，单面散射光学器件21 用于动态显示大口径光学镜头1所成的影像。
如图2 4所示，光电转换模块22包括CCD成像传感器阵列221、脉冲发生 器222、驱动器223和A/D转换器224。其中成像传感器阵列221又包括多个CCD 成像传感器镜头2211和多个其对应设置的CCD传感器芯片2212，传感器芯片 2212位于成像传感器镜头2211之后的成像焦平面内。成像传感器镜头2211用于 采集部分单面散射光学器件21的影像，并且相邻区域的影像发生一定的重叠； 传感器芯片2212用于实现影像模拟信号的光电转换，输出数字信号。根据不同 航空摄影应用条件下对地面物体分辨率的不同需求，选择成像传感器镜头2211 和传感器芯片2212阵列的数量、组合方式、位置、摄影方向以及与单面散射光 学器件21间间隔等参数，实现对特定遥感地物目标区域的动态影像，进行可变 速、高同步性以及不定时间间隔的采集，进而产生多分辨率、不同几何精度水平 的数字影像。
在成像传感器阵列221中还可以包括一个独立的高速视频图像采集装置 2213，用于独立拍摄单面散射光学器件21上所动态呈现的影像，高速视频图像采集装置2213的位置可以根据位置及摄影要求进行设置，可以与成像传感器镜 头2211主光轴平行或成一定角度，即相对于单面散射光学器件21为正直摄影或 倾斜摄影。
如图5所示，多路数据存储模块23可以采用现有技术的缓存器231、硬盘 232、存储控制器233和读取数据模块234。多路数据存储模块23用于接收、存 储和管理成像传感器输出的数字影像。
如图6所示，每个成像传感器芯片2212的取像操作和多路数据存储模块23 的存储工作由总控模块24控制。总控模块24包括一核心控制器241、若干个 CCD控制器242、 一人机界面设备243、 一视频切换单元244和一大口径镜头快门 触发单元245。视频切换单元244同时与多路数据存储模块23、高速视频图像采 集装置223和人机界面设备243电连接，人机界面设备243包括有键盘和显示 器，以实现图像显示。核心控制器241将控制指令发送给每个控制器242，控制 器242再通过脉冲发生器222和驱动器223对应控制每个传感器芯片2212，每个 传感器芯片2212将相对应的成像传感器镜头2211采集到的光信号转换成电信 号，电信号再通过A/D转换器224转换成数字信号，然后暂存到多路数据存储模 块23中。
本发明提供的数字航空摄影系统对大幅面影像的采集包括以下步骤
1、 进行光信号的采集。如图2所示，当使用本发明对目标地物进行拍摄 时，大口径光学镜头1先将目标地物影像呈现在单面散射光学器件21上，影像 再通过单面散射光学器件21、成像传感器镜头2211和传感器芯片2212三者之间 的光学共扼几何关系，成像于传感器芯片2212的成像面上。这里因为设置了多 个成像传感器镜头2211和多个与之对应的传感器芯片2212，所以每个成像传感 器镜头2211只能采集单面散射光学器件21的部分区域的影像，并且相邻区域的 影像发生一定的重叠，然后分别成像于各自对应的传感器芯片2212上。
2、 转换光信号为数字信号并存储。在拍摄后端，操作人员通过人机界面设 备243选择手动拍摄模式或自动拍摄模式。如果选择自动拍摄模式，以模拟信号 为基础的核心控制器241就会根据定位系统3 (如GPS导航仪或上位机)预先设 置好的位置指令，随时触发一个或多个控制器242和大口径镜头快门触发单元 245，对各单路传感器芯片2212以及大口径光学镜头1的快门进行联动控制，通 过传感器芯片2212的光电转换与镜头快门联动，实现了无级连续变化可调。以 其中的某一路CCD成像系统为例来讲，如果此路控制器242接收到了核心控制器 241的指令，此路控制器242就会通过脉冲发生器222、驱动器223发出触发信号给对应的传感器芯片2212，此时这一路的传感器芯片2212就会将成像传感器 镜头2211采集的光信号转换成电信号。为方便使用和存储，电信号再通过A/D 转换器224转换为14位的数字信号，然后暂存到多路数据存储模块23中。核心 控制器241也可以对高速视频图像采集装置2213进行拍摄控制，拍摄下的图像 数据也暂存到多路数据存储模块23中。
对于暂存的数字图像，如果系统要显示哪一路图像，可以通过人机界面设备 243键入选择，核心控制器241就会对视频切换单元244进行多路VGA信号的切 换与选通，多路数据存储模块23中或高速视频图像采集装置2213中的数字信号 就会通过视频切换单元244在人机界面设备243上显示。通过显示，操作人员判 断所拍摄的图像数据是否留存，如果键盘选择"存储"，核心控制器241就会将 数据导入硬盘232中，等待后续处理。核心控制器241再进行下一拍摄处理。当 所有图像拍摄完成后，操作人员还可以使用人机界面设备243进行"导出"和 "清空"操作，"导出"就是将硬盘232中的图像数据导出到后续处理模块25 中或其它外部存储器中，"清空"则是将硬盘232中存储的图像数据清空，为下 次拍摄腾出存储空间。
如果选择手动拍摄模式，核心控制器241就不会根据定位系统3的位置指令 操作，而是操作人员根据高速视频图像采集装置2213预览图像按下"拍摄" 键，手动触发一个或多个控制器242和大口径镜头快门触发单元245，对各单路 传感器芯片2212以及大口径光学镜头1的快门进行联动控制。核心控制器241 就会执行如上所述的图像数据的显示和存储过程。
后续处理模块25主要包括计算机和图像处理终端，本发明电源系统4是为 整个系统供电的单元，与所有用电模块相连。
上述实施例中，成像传感器种类有很多，例如CM0S、 CCD成像传感器，本发 明仅以CCD成像传感器为例进行描述，但不排除使用其它成像传感器。
权利要求
1、一种数字航空摄影系统，其特征在于它包括前端一带有可控快门装置的大口径光学镜头和后端一内视场拼接数字成像后背；所述内视场拼接数字成像后背包括一单面散射光学器件、一光电转换模块、一多路数据存储模块和一总控模块；所述单面散射光学器件置于所述大口径光学镜头成像面处；所述光电转换模块置于单面散射光学器件之后，包括成像传感器阵列、脉冲发生器、驱动器和A/D转换器；所述成像传感器阵列包括依次处于所述单面散射光学器件之后光路上的多个成像传感器镜头和多个与其对应设置的成像传感器芯片，所述成像传感器芯片位于成像传感器镜头之后的成像焦平面内；所述总控模块包括一核心控制器，与所述成像传感器阵列数量相应的成像控制器、一人机界面设备、一视频切换单元和一大口径镜头快门触发单元；所述总控模块的核心控制器将控制指令发送给每一所述成像控制器，所述成像控制器控制每一所述传感器芯片将相对应的所述成像传感器镜头采集到的光信号转换成电信号，电信号并行暂存到所述多路数据存储模块中作为数字信号；所述多路数据存储模块中的数字信号通过所述总控模块的视频切换单元选通，以图像方式显示在所述总控模块的人机界面设备上，所述人机界面设备再发送控制指令至所述总控模块的核心控制器。
2、 如权利要求l所述的一种数字航空摄影系统，其特征在于所述成像传感 器阵列包括一个高速视频图像采集装置，高速视频图像采集装置拍摄单面散射光 学器件所呈现的动态地物影像，所述高速视频图像采集装置连接所述视频切换单 元，实时显示采集到的遥感地物视频影像。
3、 如权利要求1或2所述的一种数字航空摄影系统，其特征在于所述成 像传感器阵列为一 CCD成像传感器阵列，各所述成像传感器镜头分别为一 CCD传 感器镜头，各所述成像传感器芯片分别为一 CCD传感器芯片。航空摄影遥感地物 目标经过大口径光学镜头严格中心投影到单面散射光学器件，并被CCD成像传感 器阵列所采集。
4、 如权利要求1或2所述的一种数字航空摄影系统，其特征在于所述成像传感器阵列中的各成像传感器的光电转换与所述大口径光学镜头的快门触发单 元在总控模块控制下高同步或曝光时间间隔连续可调。
5、 如权利要求3所述的一种数字航空摄影系统，其特征在于所述成像传感器阵列中的各成像传感器的光电转换与所述大口径光学镜头的快门触发单元在 总控模块控制下高同步或曝光时间间隔连续可调。
全文摘要
本发明涉及一种数字航空摄影系统，包括一带有可控快门的大口径光学镜头和一内视场拼接数字成像后背；内视场拼接数字成像后背包括单面散射光学器件、光电转换模块、多路数据存储模块和总控模块；单面散射光学器件置于大口径光学镜头成像面处；光电转换模块置于单面散射光学器件之后，包括CCD成像传感器阵列、脉冲发生器、驱动器和A/D转换器；成像传感器阵列还包括一个独立的高速视频图像采集装置；总控模块包括一核心控制器、多个成像控制器、人机界面设备、视频切换单元、大口径镜头快门触发单元；成像传感器阵列的光电转换与快门触发单元联动控制。本发明大口径光学镜头可以采用现有胶片式航摄仪的高精度大口径镜头，配置本发明所述数字成像后背，使数字航摄仪满足航摄作业、处理等要求。
文档编号G01C11/02GK101294804SQ20081011530
公开日2008年10月29日 申请日期2008年6月20日 优先权日2008年6月20日
发明者吴亚坤, 张红蕾, 磊 晏, 斌 武, 段晓辉, 沈添天, 斌 罗, 赵世湖, 连宙辉 申请人:北京大学