CN102640052A - 具有多检测器阵列的多分辨率数字大幅照相机 - Google Patents

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Abstract

大幅数字照相机具有被配置为收集全色图像数据的主照相机系统和被配置为收集彩色图像数据的两个或更多次照相机系统。次照相机系统中的每一个具有光学系统，该光学系统具有比主照相机系统的光学系统更长的焦距。次照相机系统中的每一个的分辨率也大于主照相机系统的分辨率。由主照相机系统产生的图像的覆盖区的尺寸大于由次照相机系统产生的图像的覆盖区。由主照相机系统产生的图像提供信息来借助于摄影测量三角法执行基于图像的地理参考。由次照相机系统产生的图像提供适用于正射图像产生的高分辨率窄角彩色图像。

Description

具有多检测器阵列的多分辨率数字大幅照相机
背景技术
很大面积（例如全国、大陆或甚至全世界）的光学机载配准（registration）(摄影测量制图)通常很昂贵且耗时。这主要是由于对整个很大面积制图所需要的航行次数造成。
关于这些和其它考虑提出了在本文中做出的公开。
发明内容
在本文中描述了具有多个检测器阵列的多分辨率数字大幅照相机的概念和技术。通过实施本文所提出的概念和技术，提供了具有多个光学系统和检测器阵列的多分辨率大幅数字照相机，其适用于大面积(例如整个国家、大陆或甚至整个世界)的机载光学配准。
根据实施例，在本文中公开了多分辨率大幅数字照相机，其能以不同的摄影比例尺产生图像。本文所提出的大幅数字照相机能产生具有广角几何形态的全色图像，其适用于包括基于图像的地理参考和数字表面建模的摄影测量工作流程。本文所公开的大幅数字照相机也可同时产生多个具有窄角几何形态的彩色图像，其适用于包括正射图像产生的摄影测量工作流程。正射图像为在正射投影中示出地面物体的图像。由于利用本文提出的数字大幅照相机的单次航行能产生广角图像和窄角图像，与先前方案相比，可降低对大面积制图的成本。
根据本文所提出的一个方面，提供一种大幅照相机，其包括主照相机系统和两个或更多的次照相机系统。主照相机系统被配置为收集全色图像数据且次照相机系统被配置为收集彩色图像数据。次照相机系统中的每一个具有光学系统，该光学系统具有比主照相机系统的光学系统更长的焦距。主照相机系统和次照相机系统可安装于适合于在航空器中装设和使用的共同外壳中。
根据其它方面，主照相机系统具有能捕获全色图像数据的电光检测器阵列。次照相机系统中的每一个具有能捕获彩色图像数据的电光检测器阵列。在次照相机系统的每一个中的电光检测器的分辨率大于主照相机系统中电光检测器的分辨率。根据其它方面，次照相机系统的辐射分辨率可大于主照相机系统的辐射分辨率。
根据其它方面，主照相机系统和次照相机系统被配置为使得大幅数字照相机能以提供两种不同覆盖区的两个不同图像比例尺产生图像。由主照相机系统产生的图像与由次照相机系统产生的那些图像相比具有更大的覆盖区且尺寸更大并提供信息来借助于摄影测量三角测量法执行基于图像的地理参考。由次照相机系统产生的图像与由主照相机产生的那些图像相比具有更小的覆盖区且尺寸更小并提供高分辨率窄角彩色图像。由次照相机系统产生的彩色图像可用作高分辨率正射图像产生的源数据集。由次照相机系统生成的图像的覆盖区可被配置为在垂直于航行路径的方向上与主照相机系统的覆盖区重叠。
根据其它方面，大幅数字照相机可被配置为沿着航线生成连续图像序列。大幅照相机还可被配置为使得主照相机系统产生彼此重叠的连续全色图像序列。次照相机系统可被配置为产生彼此重叠且与主照相机系统产生的图像重叠的连续彩色图像序列。连续全色图像之间的重叠可大于连续彩色图像之间的重叠。
提供本发明内容以便以简化形式介绍概念的选择，这些概念将在下文在具体实施方式中进一步展开描述。此发明内容不意欲标识所主张的主题的关键特征或必要特征，也不意欲本发明内容用于限制所主张的主题的范围。而且，所主张的主题并不限于解决在本公开内容的任何部分中提出的任何或所有缺点的实施方式。
附图说明
图1为示出在本文所提出的一实施例中提供的具有多检测器阵列的多分辨率数字大幅照相机的各方面的示意图；
图2为示出在本文所公开的一实施例中提出的大幅数字照相机中主照相机系统的覆盖区与四个次照相机系统的覆盖区重叠的示意图；
图3为示出在本文所公开的一个实施例中提出的大幅数字照相机中的主照相机系统的覆盖区和四个次照相机系统的覆盖区的透视图的透视图解；
图4A为示出自顶向下视图的示意图，该自顶向下视图说明利用在本文所公开的一个实施例中提出的大幅照相机中的主照相机系统拍摄的连续图像序列的覆盖区与利用大幅照相机中的四个次照相机系统拍摄的连续图像序列的覆盖区之间的重叠；
图4B为示出透视图的示意图，该透视图图示利用在本文所公开的一个实施例中提出的大幅照相机中的主照相机系统沿着航线拍摄的连续图像序列的覆盖区与利用大幅照相机中的四个次照相机系统拍摄的连续图像序列的覆盖区之间的重叠；以及
图5为流程图，其示出一个在本文中针对使用在本文所提出的一个实施例中提供的具有多个检测器阵列的多分辨率数字大幅照相机对大面积进行机载光学配准提出的例示性过程。
具体实施方式
下文的详细描述针对于具有多个检测器阵列的多分辨率数字大幅照相机。在下文的详细描述中，参考附图，附图构成本发明的部分且其通过举例说明的方式示出了具体实施例或实例。现参看附图，在所有若干附图中，同样的附图标记指代同样的元件，将提出具有多个检测器阵列的多分辨率数字大幅照相机的各方面。
图1为示出在本文所提出的一个实施例中提供的具有多个光学系统106A-106B和检测器阵列110A-110B的大幅数字照相机100的各方面的示意图。如图1中所示，大幅数字照相机100包括主照相机系统104A和两个或更多个次照相机系统104B-104N。尽管图1示出了两个次照相机系统104B-104N，应了解其它实施例可包括附加次照相机系统104B-104N。举例而言，在下文描述的实施例中，大幅数字照相机100包括四个次照相机系统104B-104N。
根据一个实施例，主照相机系统104A包括具有焦距108A的光学系统106A。次照相机系统104B-104N中的每一个具有光学系统106B，光学系统106B具有比光学系统106A的焦距108A更长的焦距108B。以此方式，次照相机系统104B-104N被配置为产生具有比由主照相机系统104A产生的图像更窄的视场的图像。由主照相机系统104A产生的图像具有比次照相机系统104B-104N所产生的图像更宽的视场。光学系统106A-106B可包括其它常规光学元件来在所需焦距产生合适图像。
根据一个实施方式，主照相机系统104A被配置为具有能捕获全色图像数据112的电光检测器阵列110A。如本领域中已知的那样，诸如电光检测器阵列110A的全色图像传感器对整个可见光谱的全部或者整个可见光谱的大部分敏感。根据实施例，次照相机系统104B-104N中的每一个被配置为具有能捕获彩色图像数据116的电光检测器阵列110B。举例而言，次照相机系统104B-104N可配备有合适的电荷耦合器件(“CCD”)阵列，其被配置为分别捕获彩色图像数据116A-116N。根据实施例，本文所提出的照相机系统为画幅照相机(也被称作分幅照相机)，与利用推扫式传感的照相机相反。
应了解，检测器阵列110A-110B包括个体电光检测器的阵列，电光检测器例如是输出电信号的半导体器件，电信号的大小取决于入射在这样的电光检测器上的光能量的强度。因此，来自阵列110A-110B中的每个电光检测器的信号指示来自被拍照的物体或地形的部分的像素区域的光能量强度，且来自阵列110A-110B中的所有个体电光检测器的信号指示来自被拍照的物体或地形的部分的所有像素区域的光能量强度。因此，来自检测器阵列110A-110B中每一个中的电光检测器的信号一起指示来自被拍照的物体的部分的光能量的图案，因此能从这样的信号产生物体的所述部分的子图像。但首先，放大、数字化、处理并存储信号，如本领域普通技术人员已知的那样。
电光检测器阵列110A-110B由合适导体电连接至控制电路(未图示)，控制电路至少包括微处理器、输入/输出电路、存储器和用于驱动电光检测器阵列110A-110B、从阵列110A-110B取回图像数据且存储图像数据的电源。其它图像处理功能，例如组合图像和/或执行图像显示功能可在大幅数字照相机100内或由其它外部数据处理设备来完成。
根据实施方式，在次照相机系统104B-104N中的电光检测器阵列104B的分辨率大于在主照相机系统104A中电光检测器阵列104A的分辨率。以此方式，大幅数字照相机110可使用广角几何形态来从主照相机系统104产生全色图像文件114，其适用于包括基于图像的地理参考和数字表面建模的摄影测量工作流程。大幅数字照相机110也可使用窄角几何形态从次照相机系统104B-104N同时产生多个更高分辨率彩色图像文件，其适用于包括正射图像产生的摄影测量工作流程。
如在上文中简要描述的那样，主照相机系统104A和次照相机系统104B-104N可安装于共同外壳102中。在此实施例中，前玻璃板120可安装于外壳102内以保护光学系统106A-106B。在替代实施方式中，主照相机系统104A和次照相机系统104B-104N安装于单独外壳中(未图示)。在两种情况下，主照相机系统104A、次照相机系统104B-104N和外壳102被配置为在航空器中安装和使用。
图2是一张示意图，其示出根据本文所公开的一个实施例中的大幅数字照相机100中主照相机系统104A的覆盖区202与次照相机系统104B-104N的覆盖区204A-204B重叠。在此实施例中，大幅数字照相机100包括四个次照相机系统104B-104N，四个次照相机系统104B-104N分别被配置为具有在图2中所图示的覆盖区204A-204D。如在图2中所图示的那样，主照相机系统104A和次照相机系统104B-104N在一个实施例中被配置为使得大幅数字照相机100能以提供两种不同的覆盖区202和204A-204D的两个不同图像比例尺产生重叠图像。根据其它实施例，利用两个主照相机系统104A和四个次照相机系统104B-104N。
根据一个实施例，由主照相机系统104A产生的图像更大。由次照相机系统104B-104N产生的图像与由主照相机系统104A产生的那些图像相比具有更小的覆盖区204A-204D且尺寸更小并提供更高分辨率窄角彩色图像。
如在图2中所示的那样，四个次照相机系统104B-104N可被配置为使得次照相机系统104B-104N的覆盖区204A-204D在垂直于航线400的方向上覆盖主照相机系统104A的覆盖区202。以此方式，四个次照相机系统104B-104N的覆盖区204A-204D在垂直于航线400的方向上覆盖主照相机系统104A的覆盖区202的“条带”。通过以图2所示的方式使覆盖区202与204A-204D重叠，由主照相机系统104A产生的图像的一部分能由次照相机系统104B-104N所产生的图像增强。图3提供了当由主照相机系统104A和四个次照相机系统104B-104N从共同点302拍摄图像时主照相机系统104A的覆盖区200和四个次照相机系统104B-104N的覆盖区204A-204N的透视图。
图4A示出了自顶向下视图，该视图图示了利用本文所公开的一个实施例中大幅数字照相机100中的主照相机系统104A拍摄的连续图像序列的覆盖区204A-202D与利用大幅数字照相机100中的四个次照相机系统104B-104N拍摄的连续图像序列的覆盖区204A-204D之间的重叠。如在上文中简要地讨论那样，大幅数字照相机100可安装于且被配置用于航空器(未图示)中。当航空器根据明确限定的航线400飞行时，大幅数字照相机100可被配置为沿着航线400来捕获图像序列。图4A示出沿着航线400使用主照相机系统104A拍摄的图像序列的覆盖区202A-202D和使用四个次照相机系统104B-104N拍摄的图像序列的覆盖区204A-204D。
如在图4A中所图示的那样，大幅照相机100还可被配置为使得主照相机系统104A产生具有覆盖区202A-202D的连续全色图像序列，其中连续顺序图形彼此重叠。次照相机系统104B-104N可类似地被配置为产生具有覆盖区204A-204D的连续彩色图像序列，其中连续顺序图像彼此重叠并也重叠由主照相机系统104A产生的图像。在连续全色图像的覆盖区之间的重叠可大于在连续彩色图像的覆盖区之间的重叠。
图4B是一张透视示意图，其图示了利用本文所公开的一个实施例中大幅数字照相机100中的主照相机系统104A在若干航线400上拍摄的连续图像序列的覆盖区202A-202D与利用大幅数字照相机100中的四个次照相机系统104B-104N拍摄的连续图像序列的覆盖区204A-204D之间的重叠。如果如图4B中所图示的那样，主照相机系统104A和次照相机系统104B-104N借助于航空摄影测量图像获取沿着多个明确限定的航线产生图像，那么主照相机系统104A的覆盖区202沿着航线在曝光序列中彼此重叠。次照相机系统104B-104N的覆盖区204A-204D也与主照相机系统104A的覆盖区202A-202D和四个次照相机系统104B-104N的覆盖区204A-204D重叠。
沿着航线400，因此产生图像使得由主照相机系统104A产生的图像序列和由次照相机系统104B-104N产生的图像形成重叠图像的持续图像条带。可限定航线使得大幅数字照相机100捕获覆盖整个投影区域的图像。
根据各种实施例，可基本上与主照相机系统104A的图像获取同时触发次照相机系统104B-104N的图像获取，且因此，来自次照相机系统104B-104N的图像可与来自主照相机系统104A的图像在相同位置且利用相同照相机姿态来获取。可替换地，次照相机系统104B-104N的触发可独立于主照相机系统104A，例如，可以以比主照相机系统捕获的图像更高的速率。设想任一实施例以及其任何组合在本文所提出的实施例的范围内。
当主照相机系统104A和次照相机系统104B-104N同时触发时，可使用相同触发事件将次照相机系统104B-104N产生的图像配准到由主照相机系统104产生的图像。此外，可通过使用精确勘查且良好结构化的物体(被称作“校准物体”)来将由次照相机系统104B-104N产生的图像校准为主照相机系统104A的图像。
也可使用传统方法将次照相机系统104B-104N的图像拼接到主照相机系统104B的图像。此外，由主照相机系统104A生成的图像可用于重建物体的三维形式(例如，借助于数字表面模型的城市建筑物)且具有更高几何分辨率的次照相机系统104B的图像可用于提取高分辨率照片纹理，其然后可用于产生正射图像地图。
现参看图5，将提供关于本文针对具有多个光学系统和检测器阵列的大幅数字照相机100所提出的实施例的附加细节。特别地，图5为示出程序500的流程图，其图示了本文针对使用上文所述大幅数字照相机100对大面积进行机载光学配准而提出的一个过程。
程序500始于操作502，其中校准大幅数字照相机100。如上文所讨论的那样，可使用校准物体来校准大幅数字照相机100，使得由次照相机系统104B-104N产生的图像的覆盖区以上文讨论的方式与主照相机系统104A产生的图像的覆盖区重叠。也如在上文中所讨论的那样，大幅数字照相机100可设置于航空器中并用于在航空器沿着明确限定的航线飞行时捕获地面图像。这样的图像可捕获并存储于与大幅数字照相机100集成或者在大幅数字照相机100外部的适当数字存储设备中。
从操作502，程序500进行至操作504，其中从主照相机系统104A接收全色图像文件114。程序然后进行至操作506，其中从次照相机系统104B-104N接收彩色图像文件118A-118N。在已从所有照相机系统104A-104N接收了图像文件时，程序500进行至操作508，其中来自主照相机系统104A的图像文件114与来自次照相机系统104B-104N的图像文件118A-118N共同配准。
从操作508，程序500进行至操作510，其中来自主照相机系统104A的图像文件114用于包括基于图像的地理参考和数字表面建模的摄像测量工作流程中。从操作510，程序500进行至操作512，其中来自次照相机系统104B-104N的图像文件118A-118N用于正射图像产生。程序500从操作512进行至操作514，在那里，程序结束。
基于前文描述，应了解到已在本文中公开了具有多个检测器阵列的多分辨率数字大幅照相机100，其适用于大面积的机载光学配准。也应了解，上文所描述的主题仅以举例说明的方式提供且不应认为是限制的。可以不遵循所图示和描述的实例实施例和应用以及在不偏离所附权利要求所陈述的本发明的真实精神和范围的情况下，对本文描述的主题做出各种修改和变化。

Claims (15)

1.一种大幅分幅照相机，包括：
主照相机系统，其被配置为收集全色图像数据，所述主照相机系统包括具有第一焦距的光学系统；以及
两个或更多次照相机系统，其被配置为收集彩色图像数据，所述次照相机系统中的每一个包括具有第二焦距的光学系统，且其中所述第二焦距大于所述第一焦距。
2.根据权利要求1所述的大幅照相机，其中，所述主照相机系统还包括用于收集所述全色图像数据的具有第一分辨率的电光检测器阵列，其中所述次照相机系统中的每一个还包括用于收集所述彩色图像数据的具有第二分辨率的电光检测器阵列，且其中所述第二分辨率大于所述第一分辨率。
3.根据权利要求2所述的大幅照相机，其中，所述主照相机系统具有覆盖区，其中所述次照相机系统中的每一个具有覆盖区，且其中所述次照相机系统中的每一个的覆盖区小于所述主照相机系统的覆盖区。
4.根据权利要求3所述的大幅照相机，其中，所述次照相机系统的覆盖区重叠，使得所述次照相机系统的覆盖区在垂直于航线的方向上覆盖所述主照相机系统的覆盖区。
5.根据权利要求4所述的大幅照相机，其中，所述大幅照相机被配置为输出包括全色图像数据的一个图像和包括所述彩色图像数据的两个或更多图像。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述次照相机系统中的每一个的辐射分辨率大于所述主照相机系统的辐射分辨率。
7.根据权利要求6所述的大幅照相机，其中，所述主照相机系统和所述两个或更多次照相机系统安装于单个外壳内。
8.根据权利要求7所述的大幅照相机，其中，所述主照相机系统被配置为生成第一图像的连续序列，其中所述次照相机系统中的每一个被配置为生成连续的第二图像序列，其中连续的第一图像彼此重叠，连续的第二图像彼此重叠，且其中所述第一图像的重叠大于所述第二图像的重叠。
9.根据权利要求8所述的大幅照相机，其中，由所述主照相机系统生成的图像适用于包括基于图像的地理参考和数字表面建模的摄影测量工作流程。
10.根据权利要求9所述的大幅照相机，其中，由所述次照相机系统生成的图像适用于包括正射图像产生的摄影测量工作流程。
11.一种大幅分幅照相机，包括：
单个主照相机系统，其被配置为收集全色图像数据，所述主照相机系统包括具有第一焦距的光学系统且被配置为输出包括全色图像数据的第一图像，所述第一图像具有第一覆盖区；以及
两个或更多次照相机系统，其被配置为收集彩色图像数据，所述次照相机系统中的每一个包括具有第二焦距且被配置为输出包括所述彩色图像数据的第二图像的光学系统，所述第二图像具有第二覆盖区，且其中所述第二焦距大于所述第一焦距且所述第二覆盖区小于所述第一覆盖区。
12.根据权利要求11所述的大幅照相机，其中，所述次照相机系统中的每一个的覆盖区重叠，使得所述次照相机系统的覆盖区在垂直于航线的方向上覆盖所述第一覆盖区。
13.根据权利要求12所述的大幅照相机，其中，所述主照相机系统和所述次照相机系统安装于单个外壳内。
14.根据权利要求13所述的大幅照相机，其中，所述主照相机系统还包括用于收集所述全色图像数据的具有第一分辨率的电光检测器阵列，其中所述次照相机系统中的每一个还包括用于收集所述彩色图像数据的具有第二分辨率的电光检测器阵列，且其中所述第二分辨率大于所述第一分辨率。
15.根据权利要求14所述的大幅照相机，其中，所述主照相机系统被配置为生成连续第一图像序列，其中所述次照相机系统中的每一个被配置为生成连续第二图像序列，其中连续的第一图像彼此重叠，连续的第二图像彼此重叠，且其中所述第一图像的重叠大于所述第二图像的重叠。
CN201080053224.9A 2009-11-24 2010-11-23 具有多检测器阵列的多分辨率数字大幅照相机 Active CN102640052B (zh)

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