CN106461389B - 广域航空相机系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于捕获航空图像的系统，系统包括至少一个相机单元，该相机单元包括至少一个全景相机、多个细节相机以及用于支持相机的框架，每个细节相机比至少一个全景相机具有更长的焦距，每个细节相机在横向上不同的角度进行安装，使得细节相机的视场重叠以形成扩展的横向视场。

Description

广域航空相机系统
发明领域
本发明涉及高效航空相机系统以及用于根据航空照片创建照片镶嵌图(photomosaics)的高效方法。
背景
正射影像的精确的地理参考的照片镶嵌图正代替传统的图片地图而变得越来越普遍，因为它们能够根据航空照片自动地被创建，且因为它们显示了地面上实际上有用的细节。
根据航空照片进行的精确的照片镶嵌图的创建在文献中进行了很好的描述。例如，参见第四版Elements of Photogrammetry with Application in GIS(Wolf等人的)和第六版Manual ofPhotogrammetry(美国摄影测量及遥感学会(ASPRS))。
照片镶嵌图的创建要求同时捕获感兴趣的区域的重叠的航空照片，以确保对感兴趣的区域的完整的覆盖以及确保在图像中存在足够的冗余从而允许精确的光束法平差(bundle adjustment)、正射校正和照片的对齐。
光束法平差是通过其对地面点和相机姿态的冗余估计进行细化的过程。现代光束法平差在(Triggs等人的)“Bundle Adjustment—A Modern Synthesis”中进行了详细描述。
光束法平差可以关于手动识别的地面点的位置进行操作，或越来越关于自动在重叠的照片之间匹配的自动识别的地面特征的位置进行操作。
重叠的航空照片一般是通过在感兴趣的区域上方以蜿蜒的模式导航勘测航空器来进行捕获的。勘测航空器载有航空相机系统，并且蜿蜒飞行模式确保了由相机系统捕获的照片沿着在飞行模式内的飞行线路以及在邻近的飞行线路之间重叠。
用于精确光束法平差的足够的冗余度要求选择至少60％的纵向(向前)重叠(即，在沿着飞行线路的连续的照片之间)和至少40％的横向(侧面)重叠(即，在关于相邻的飞行线路的照片之间)。这通常被称之为60/40重叠。
选定的重叠确定所需的飞行时间和捕获的(以及后续被处理的)照片的数量。因而，在飞行时间和处理时间方面，高度重叠是昂贵的，且重叠的实际选择代表了在成本和照片镶嵌图的精度之间的折衷。
多分辨率相机系统的使用提供了一种强大的方式来降低重叠而不过分折衷精度。多分辨率航空照片的捕获和处理在美国专利号8,497,905和8,675,068(Nixon)中进行了描述，这两个专利的内容通过交叉引用并入本文。多分辨率的照片集允许照片镶嵌图的精度根据在低分辨率全景照片之间的重叠而推导出，但是照片镶嵌图的细节却是根据高分辨率细节照片推导出的。
美国专利号8,497,905和8,675,068(Nixon)描述的是可以附接到小型航空器的外部相机舱(external camera pod)。外部相机舱有两个关键的缺点：舱是高度专用的航空器的，且在舱内的空间是受约束的。专用的航空器的舱限制了对航空器的选择，因而限制了对诸如高度范围的操作参数，而且，反过来，需要大量的设计、测试和论证以努力适应不同的航空器。舱内受约束的空间限制了相机透镜的尺寸因而限制了相机透镜的焦距，从而限制了用于特定目标图像分辨率的操作高度的范围。
发明概要
在第一方面，本发明提供了一种用于捕获航空图像的系统，该系统包括至少一个相机单元，该相机单元包括至少一个全景相机、多个细节相机以及用于支持相机的框架，每个细节相机比所述至少一个全景相机具有更长的焦距，每个细节相机在横向上不同的角度进行安装，使得细节相机的视场重叠以形成扩展的横向视场。
相机单元可以在相机孔上方附接到航空器的地板或航空器载有的舱的地板，从而通过相机孔给相机提供在航空器下方的地面的视图。
系统可以包括可附接到航空器或舱地板的接装板(adapter plate)，所述框架可附接到接装板。例如，接装板可通过螺栓固定到设置到地板的挂接点来附接到地板，或其可以通过螺栓固定到附接到地板的座椅轨道来附接到地板。
系统可以包括多个相机单元，每个相机单元以不同的横向角度进行安装，使得相机单元的扩展的横向视场重叠以形成更大的扩展的横向视场。
每个细节相机可以有角度地向内朝向相机孔的中心，从而最小化适应细节相机的视场所需的相机孔的尺寸。
每个细节相机的焦距与所述至少一个全景相机的焦距的比例在4和8之间。
所述相机单元包括五个细节相机。
每个细节相机可以具有屈光的镜头、反射镜头或折反射镜头。
细节相机的指向可以经由光束操控机构而被时分复用，从而提供更广有效的视场，光束操控机构可以是可操控的反射镜。
系统可以包括被配置为在飞行期间自动激发细节相机使得连续的细节照片纵向重叠的计算机系统。
系统可以包括至少一个全球导航卫星系统(GNSS)接收器，计算机被配置为实时接收并储存来自该至少一个GNSS接收器的位置数据。
系统可以包括惯性测量单元(IMU)，计算机被配置为实时接收并储存来自该IMU的方位数据。
系统可以包括至少一个角运动补偿(AMC)单元，该至少一个AMC单元被配置为矫正航空器的角运动对至少一个相机的影响，从而确保相机随着时间推移指向一个一致的方向。AMC可以通过相机的光路中的可操控的反射镜而被提供。
系统可以包括至少一个前向运动补偿(FMC)机构，该至少一个FMC机构被配置为矫正航空器的前向运动对至少一个相机的影响，从而减少在被相机捕获的照片中的运动模糊。FMC可以通过相机的光路中的可操控的反射镜而被提供。
所述多个细节相机相对于最低点的平均指向选自包括以下项的组：零度或45度。
相机单元相对于最低点的平均指向可以是零度或45度。
至少一个相机的图像传感器可以是倾斜的，以降低在被相机捕获的照片中的透视缩减。
附图简述
根据以下以示例的方式被给出的、结合附图描述的、至少一个优选的但非限制性的实施方式的描述，示例实施方式是明显的。
图1示出的是V5-300HyperCamera单元的前视图，即，面朝向航空器的前部。
图2示出的是相机单元的后视图。
图3示出的是相机单元的顶视图。
图4示出的是相机单元的底部视图。
图5示出的是相机单元的分解视图。
图6示出的是相机的分解视图和相机单元的中心支撑，以及每个相机的视场。
图7从下方示出相机单元，以及其穿过航空器相机孔的孔径的组合的视场。
图8示出的是相机单元的视场以及其五个重叠细节视场。
图9示出的是安装在航空器地板上的座椅轨道上的HyperCamera的接装板。
图10示出的是相机单元、接装板和航空器地板上的座椅的分解视图。
图11示出的是相机的分解视图以及更宽的角度形式的相机单元的中心支撑。
图12示出的是V5-180G HyperCamera单元的全景视场以及更宽的角度形式的相机单元的五个重叠的细节视场。
图13示出的是装载在Cessna 208航空器中的HyperCamera的平面视图。
图14示出的是装载在Cessna 208航空器中的V5-300HyperCamera的详细平面视图。
图15示出的是载有V5-300HyperCamera的Cessna 208航空器前视图以及生成的全景和聚合的细节视场。
图16示出的是载有V5-300HyperCamera的Cessna 208航空器侧视图以及生成的全景和聚合的细节视场。
图17示出的是三个连续的拍摄的重叠视场。
图18示出的是在相邻的飞行路线中的拍摄的重叠视场。
图19示出的是沿着三个相邻的飞行线路的连续的拍摄的重叠的聚合的细节视场。
图20示出的是用于HyperCamera的电源和控制系统的框图。
图21示出的是用于根据多分辨率HyperCamera照片有效创建照片镶嵌图的摄影测量过程。
图22示出的是根据高度和在100mm与600mm之间的相机焦距而变的地面采样距离(GSD)的表格。
图23示出的是根据高度和在700mm与1200mm之间的相机焦距而变的地面采样距离(GSD)的表格。
图24A、24B和24C分别示出的是V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在12,000英尺的高度的全景视场和重叠的细节视场。
图25A、25B和25C分别示出的是V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在12,000英尺的高度的三个连续的拍摄的重叠的视场。
图26A、26B和26C分别示出的是V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在12,000英尺的高度的相邻的飞行线路中的拍摄的重叠的视场。
图27示出的是载有包含两个V5-600HyperCamera单元的V10-600HyperCamera的Cessna 208航空器的前视图，以及生成的全景和聚合的细节视场。
图28示出的是载有包含装载在航空器座舱中的两个V5-600HyperCamera单元的V10-600HyperCamera的Cessna 208航空器的侧视图，以及生成的全景和聚合的细节视场。
图29示出的是载有包含装载在标准Cessna 208的腹部安装的货舱中的两个V5-600HyperCamera单元的V10-600HyperCamera的Cessna 208航空器的侧视图，以及生成的全景和聚合的细节视场。
图30示出的是载有包含三个V5-900相机单元的V15-900HyperCamera的Cessna208航空器的前视图，以及生成的全景和聚合的细节视场。虚线示出的是在相机单元的视场之间的划分。
图31示出的是载有包含三个V5-900相机单元的V15-900HyperCamera的Cessna208航空器的侧视图，以及生成的全景和聚合的细节视场。
图32示出的是载有包含装载在标准Cessna 208的腹部安装的货舱中的三个V5-900相机单元的V15-900HyperCamera的Cessna 208航空器的侧视图，以及生成的全景视场和每个相机单元的聚合的细节视场。
图33A、33B和33C分别示出的是来自V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在24,000英尺的恒定飞行高度的两个相邻的飞行线路的两个重叠的覆盖区域。附图中虚线网格具有1km间隔。
图34A、34B和34C分别示出的是来自V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在36,000英尺的恒定飞行高度的两个相邻的飞行线路的两个重叠的覆盖区域。附图中虚线网格具有1km间隔。
图35A和图35B分别示出的是载有装载在航空器座舱中的五个HyperCamera的Cessna 208航空器的前视图和侧视图：垂直V10-600、右斜R10-600、左斜L10-600、前斜F10-600和后斜B10-600，以及生成的全景视场和每个的聚合的细节视场。
图36示出的是载有装载在标准Cessna 208的腹部安装的货舱中的五个HyperCamera的Cessna 208航空器的侧视图：垂直V10-600、右斜R10-600、左斜L10-600、前斜F10-600和后斜B10-600，以及生成的全景视场和每个的聚合的细节视场。
图37示出的是具有相机的可选的布置的相机单元的底部视图。
图38示出的是被实施为相机阵列的相机单元以及其相应的光轴。
图39示出的是通过可操控的反射镜而被时分复用以产生多个光路的单个相机的相机单元。
图40示出的是通过可操控的反射镜而被时分复用以产生多个光路的单个相机的相机单元的可选配置。
图41示出的是通过可操控的反射镜而被时分复用以产生多个光路的单个相机的相机单元，其中可操控的反射镜用于角运动补偿(AMC)。
图42示出的是涉及相机的视场和分辨率的计算的图解和方程。
图43示出的是涉及相机阵列的视场的计算的图解和方程。
图44示出的是涉及倾斜的相机的分辨率的计算的图解和方程。
附图标记列表
100 相机单元。
110 细节相机体。
112 全景相机体。
114 细节相机镜头。
116 全景相机镜头。
118 专用(如NIR)相机镜头。
120 框架。
122 框架中心支撑。
124 框架侧支撑。
126 框架后部支撑。
128 框架前部支撑。
130 挂接点块。
132 挂接点。
134 安装螺栓(mount bolt)。
140 用于细节相机的底座。
142 用于全景相机的底座。
144 用于细节相机镜头的夹具。
146 用于全景相机镜头的夹具。
150 电源及控制分配箱。
160 细节视场。
162 横向细节视场。
164 纵向细节视场。
170 全景视场。
172 横向全景视场。
174 纵向全景视场。
180 聚合细节视场。
182 横向聚合细节视场。
190 聚合全景视场。
192 横向聚合全景视场。
194 正常的30度视场。
196 1km网格。
200 接装板。
202 座椅轨道紧固件。
210 航空器地板。
212 相机孔。
214 座椅轨道。
216 接装板孔径。
220 飞行方向。
222 飞行路径。
224 拍摄位置
230 航空勘测航空器。
232 航空勘测航空器腹部安装的舱
250 视场角度(β)。
252 焦距(f)。
254 在地面水平以上的高度(a)。
256 图像传感器宽度(s)。
258 幅宽(w)。
260 图像传感器像素间距(p)。
262 地面采样距离(GSD)(g)。
270 聚合的视场角度(γ)。
272 角度相机重叠(ω)。
278 总幅宽(w(N))。
280 相机倾斜角度(θ)。
282 倾斜的相机GSD(g(θ))。
284 倾斜的相机视场。
286 具有倾斜的焦平面GSD(h(θ))的倾斜的相机。
288 具有倾斜的焦平面视场的倾斜的相机。
300 计算机。
302 飞行员显示器。
304 全球导航卫星系统(GNSS)接收器。
306 惯性测量单元(IMU)。
308 模拟数字转换器(ADC)。
310 相机控制单元(CCU)。
320 电池单元。
322 航空器辅助动力。
324 地面动力装置(GPU)。
326 DC-DC转换器
330 角运动补偿(AMC)单元
400 细节照片。
402 全景照片。
404 照片镶嵌图。
410 匹配特征步骤。
412 解析姿态和位置步骤。
414 正射纠正步骤。
416 混合步骤。
510 右斜细节视场。
512 横向右斜细节视场。
514 纵向右斜细节视场。
520 右斜全景视场。
522 横向右斜全景视场。
524 纵向右斜全景视场。
530 左斜细节视场。
532 横向左斜细节视场。
534 纵向左斜细节视场。
540 左斜全景视场。
542 横向左斜全景视场。
544 纵向左斜全景视场。
550 前斜细节视场。
552 横向前斜细节视场。
554 纵向前斜细节视场。
560 前斜全景视场。
562 横向前斜全景视场。
564 纵向前斜全景视场。
570 后斜细节视场。
572 横向后斜细节视场。
574 纵向后斜细节视场。
580 后斜全景视场。
582 横向后斜全景视场。
584 纵向后斜全景视场。
600 相机。
602 相机光轴。
604 可操控的多路复用反射镜。
606 固定的反射镜。
608 可操控的运动补偿反射镜。
优选实施方式的详细描述
以下模式仅通过示例的方式的给出来进行描述，以便提供对优选的实施方式或实施方式的主题的更精确的理解。
HyperCameraTM是适用于容易布置在大型和小型的广泛的航空器中的一系列多分辨率的航空相机系统。相机系统是模块化的，且被设计成在适当的情况下被装载在一个或多个标准的相机孔上方，如通常被提供通过勘测航空器的地板或机载舱。
每个HyperCamera模型通过其指向(P)、其阵列中的相机的数量(N)和相机的焦距(f)来限定，以及通过指示器PN-f来标识。例如，300mm的五个相机的垂直HyperCamera被称之为V5-300模型。
航空相机捕获的细节水平通常是通过地面采样距离(GSD)(即，当被投影到相机的视场内容的地面上时相邻的像素之间的距离)来特征化。
根据图42中的EQ 1，GSD是由相机镜头的焦距252、在地面以上的高度254和图像传感器的像素间距260确定的。
航空成像的效率通常是通过每单位时间捕获的面积(如，每小时平方千米)来特征化的。这与航空器的速度和航空相机系统的视场(FOV)的宽度(被称为幅宽)成比例。
根据图42中的EQ 2，单个相机的幅宽258是通过相机镜头的焦距252、地面以上的高度254和图像传感器的横向尺寸256确定的。高度翻倍，则幅宽翻倍。
根据图42中的EQ 4，单个相机的横向视场250是通过相机镜头的焦距252和图像传感器的横向尺寸256确定的。焦距翻倍，则视场几乎折半。
根据图43中的EQ 7，相机阵列的横向视场270是通过每个相机的视场250、相机的数量和他们的角度重叠272确定的。相机的数量翻倍，则视场几乎翻倍。相机阵列的幅宽278由图43中的EQ 8给出。
航空相机系统的实际视场受航空图像中可接受的倾斜水平限制——如，当被在视场的边缘捕获时有多少被允许倾斜的建筑物。实际视场通常被限制为50度或更小。
对于实际视场给定了限制的情况，通过以更高的速度和/或更高的高度进行飞行可以实现更高的捕获效率(且从而降低捕获成本)。在更高的高度飞行要求更长的焦距来保持相同的GSD。那么，因为每个相机具有狭窄的各自的视场，这就要求更大数量的相机来保持总的视场。
HyperCamera范围包括适于广泛的操作高度并支持一系列GSD和捕获效率的模型。根据目标速度和高度，HyperCamera系统可以被装载在适用于航空成像的任何航空器中。通过示例的方式，这包括(但不限于)活塞式航空器(如Cessna 210)、涡轮螺旋桨航空器(如Cessna 208)、涡扇(喷气)航空器，允许以从低于100节到400节的速度范围、从低高度到超过40,000英尺的高度的航空成像。
航空器可以是常压或加压的，且每个相机孔可以打开或如果适当的话含有光学玻璃窗口。每个相机孔可以可选地由在HyperCamera不进行操作时可以是关闭状态的门保护。
在优选的实施方式中，如示出在图1至图5中所示，V5-300HyperCamera包括并入了五个细节相机110和相对更宽的角度的全景相机112的相机单元100。每个细节相机110具有细节镜头114，而全景相机112具有全景镜头116。
全景镜头116被特征化为比细节镜头114具有显著的更广的角度。虽然其可以是真正的宽角度镜头，但是其也可以是正常的镜头，甚至或者是长焦镜头，只要其比细节镜头114明显的广。同样，虽然细节镜头114可以是真正的长焦镜头，但是其也可以是正常的镜头，或者甚至是广角镜头，只要其比全景镜头116明显的窄。
相机110和112优选是商用现成(COTS)数字SLR(DSLR)相机。COTS相机的使用允许系统容易适于最新的且最好的可用的相机。可选地或附加地，为了提供在COTS相机中不可用的成像特征，诸如，非马赛克RGB成像、多光谱成像和前向运动补偿，专用相机设计也可以被利用。
高分辨率COTS相机是市售的，具有一般从24Mpixeis到36Mpixeis范围的像素计数，供应商诸如Nikon和Canon。36Mpixeis Nikon D800DSLR相机对于本系统来说是特别好的选择。
DSLR相机提供了宽范围的高质量镜头，允许系统被容易地配置成以不同的高度和分辨率进行操作。
系统容易适于相机的混合体。例如，具有较高像素计数的相对更贵的相机可以被实施为全景相机。70Mpixeis DSLR相机被预期为可用于不久的将来，以及70Mpixeis相机对于全景相机将是良好的选择。
在优选的实施方式中，细节相机110的细节镜头114都具有相同的焦距，以及细节相机110都具有相同的像素尺寸。因此，相机单元100实施了两种不同的相机分辨率——全景和细节。这通过使用具有不同焦距的细节镜头114和/或使用具有不同像素尺寸的细节相机110而容易延伸到两个以上的多分辨率。相机单元100还可以并入具有不同分辨率的多个全景相机。
每个细节镜头114和全景镜头116可以是聚焦在无穷远处的定焦镜头或可变焦镜头。在后一种情况下，对应的相机110和/或112并入自动聚焦机构。
每个细节相机110都被螺栓固定到相机底座140，该相机底座140又被螺栓固定到中心支撑122。每个细节相机镜头114还由被螺栓固定到细节相机底座140的夹具144固定。
全景相机被都被螺栓固定到相机底座142，该相机底座142又被螺栓固定到中心支撑122。全景相机镜头116还由被螺栓固定到全景相机底座142的夹具146固定。
相机底座140和142将相机单元100的大部分结构与各个相机模型和镜头尺寸的具体情况分离开来。
中心支撑122被附接到一对侧支撑124a和124b，且每个侧支撑124又被附接到后部支撑126和前部支撑128以形成刚性框架120。
每个侧支撑124经由一组四个螺栓而被附接到挂接点块130，且该挂接点块130又适当地经由另一组四个螺栓而被附接到后部支撑126或前部支撑128。从而，挂接点块130提供了在侧支撑124与后部支撑126和前部支撑128之间的附接机构。
侧支撑124与后部支撑126以及前部支撑128中的每一个具有C形横截面轮廓以最小化重量但最大化刚性，同时中心支撑122被封装成最小化重量但最大化刚性。
每个挂接点块130是实心的，且用作另一个用途是提供在相机单元100和勘测航空器之间附接的点，如以下所述。
除了由钢制成的紧固件除外，所有的部分都是由轻重量的铝制成。
后部支撑126和前部支撑128支持三个电源及控制分配箱150。每个箱150将电力和控制信号分发给一对相机。出于清晰起见，在附图中在箱150和相机110与112之间的电力的和控制的线缆被省略。
在优选的实施方式中，每个细节相机110含有具有适用于在相当高的高度处高分辨率成像的焦距为300mm的镜头114。例如，当使用36Mpixel Nikon D800相机(其具有4.88um像素)时，300mm的镜头地面采样距离(GSD)在60,000英尺为30cm、在40,000英尺为20cm、在20,000英尺为10cm、在16,000英尺为8cm、在12,000英尺为6cm、在8,000英尺为4cm、在4,000英尺为2cm、在2,000英尺为1cm，等等。
假设细节相机110和全景相机112具有相似的像素计数和像素尺寸，则全景相机112理想地含有具有比细节镜头114的焦距短4倍和8倍之间的焦距的镜头116，如以下进一步所述，例如，对于300mm的细节镜头114，用于全景镜头116的适当的焦距其范围在约40mm至75mm。出于说明的目的，本系统利用50mm的全景镜头116。
图6示出的是具有300mm的镜头114的五个细节相机110中的每一个的6.90度的横向视场162，以及具有50mm的镜头116的全景相机112的39.60度的横向视场。
在本说明书中，横向方向是垂直于飞行方向220的方向，而纵向方向是平行于飞行方向220的方向。
如图所示，细节相机横向上分开地成6度倾斜，即，略微小于它们的视场162的6.90度，使得视场162略微重叠。
利用36Mpixel Nikon D800相机，五个细节相机110含有具有大约160Mpixels的像素计数的聚合视场，即不含重叠。
适于用作细节镜头114的现有的远距离摄影镜头可以具有各种焦距，一般包括85mm、105mm、135mm、180mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm或800mm。
在20,000英尺处，Nikon D800相机的400mm的镜头允许GSD为7.4cm，600mm的镜头允许GSD为5.0cm，且800mm的镜头允许GSD为3.7cm。
适于用作全景镜头116的现有的正常的镜头和广角镜头可以具有各种焦距，一般包括10.5mm、14mm、16mm、18mm、20mm、21mm、24mm、28mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm、60mm和70mm。
相机单元100容易经由不同的相机底座140(和142)以及夹具144(和146)而被更改成用于不同模型和尺寸的相机110(和112)以及镜头114(和116)。对于非常长的镜头，更高的中心支撑122可以被使用。
如图6和图7中所示，细节相机向内成角度，以便它们的视场162直接跨越相机单元100的下方，创建其中视场穿过相机孔212的最小直径的机身中部。这使得相机单元100与标准的20英寸的相机孔相兼容，以及相机孔小如约17英寸。
图8示出的是细节相机110和全景相机112到地面上的三维视场160和170的投影。其示出了细节视场160如何在垂直于飞行方向220的方向上重叠的情况。
图9示出的是经由标准的座椅轨道紧固件202而被附接到航空器(在本示例中为Cessna 208)的座椅轨道214的接装板200。接装板具有暴露穿过航空器地板210的相机孔212的孔径216。
图10示出的是相机单元100、接装板200和航空器地板210上的座椅的分解视图。接装板200被设计成将相机单元100附接到特定的航空器，并将相机单元100的设计与航空器的具体情况分离开来。不同的接装板被设计用于每种航空器附接变形，例如，由于不同的座椅轨道间隔，或因为航空器的相机孔的装载包括其自身的挂接点。
四个挂接点132被螺栓固定到接装板，其中每个挂接点132与在其对应的挂接点块134的基座中的凹槽配合。安装螺栓143牢牢地将每个挂接点块134附接到其对应的挂接点132，从而将相机单元100附接到接装板200。
接装板200允许相机单元100容易地经由四个安装螺栓143的装载和移除而被装载在航空器中并且之后从航空器移除。接装板200本身一般容易装载在航空器中并从航空器移除，不要求对航空器进行修改(假设已经装载了适当的相机孔)。外部相机舱的装载一般是更加复杂得多的操作。
图11示出的是V5-180HyperCamera单元100，其利用用于细节相机110的比较短的180mm的镜头114和用于全景相机112的匹配的28mm的镜头116。
当使用36Mpixel Nikon D800相机(其具有4.88um像素)时，则180mm的镜头允许地面采样距离(GSD)在12,000英尺为9.9cm、在10,000英尺为8.3cm、在8,000英尺为6.6cm、在6,000英尺为5cm、在4,000英尺为3.3cm等等。
图11示出的是具有180mm的镜头114的五个细节相机110中的每一个的11.40度的横向视场162，以及具有28mm的镜头116的全景相机112的65.50度的横向视场。
如图所示，细节相机横向上分开地成10.50度倾斜，即，略微小于它们的视场162的11.40度，使得视场162略微重叠。
图12示出的是图10中的细节相机110和全景相机112到地面上的三维视场160和170的投影。其示出了细节视场160如何在垂直于飞行方向220的方向上重叠的情况，以及与较短的镜头相关联的更宽的视场如何导致地面上相同的覆盖区域(即相比于图8的情况)的更低的飞行高度。
图13和图14示出的是载有装载在相机孔上方中心的相机单元100的Cessna 208勘测航空器230的平面视图。附图中还示出了用于控制相机单元100并给相机单元100供电的相机控制单元310(CCU)和电池单元320。这些将在下面更详细地描述。出于清晰，连接CCU310、电池单元320和相机单元100的线缆被省略。
图15示出的是载有HyperCamera的Cessna 208勘测航空器230前视图，并示出了相机单元100的横向全景视场172，以及相机单元100的聚合横向细节视场182。聚合横向细节视场182是五个各自重叠的横向细节视场162的聚合。
图16示出的是载有HyperCamera的Cessna 208勘测航空器230的侧视图，并示出了相机单元100的纵向全景视场174，以及相机单元100的纵向细节视场164。
图17示出的是在飞行方向220上三个连续的拍摄的重叠的全景视场170和聚合细节视场180。聚合细节视场180是五个各自重叠的细节视场160的聚合。按照在图中所示的相机激发速率(即，隐含纵向重叠)时，聚合细节视场180纵向上重叠大约20％，而全景视场170纵向上重叠大约85％。
图18示出的是在相邻的飞行路线中(即，沿相对的方向220飞行)的两个拍摄的重叠视场170和聚合细节视场180。在附图中示出的飞行线路间隔处，聚合细节视场180横向上重叠在20％和25％之间，而全景视场170横向上重叠约40％。
假设细节相机110和全景相机112具有相似的像素计数和像素尺寸，则当细节相机镜头114的焦距相比于全景相机镜头116的焦距的比例是6且有用的镜头组合可以被选定为具有焦距比例在大约4和8之间时，横向全景视场172的尺寸与横向聚合细节视场182的尺寸相似。
图19示出的是沿着通常是蜿蜒的飞行路径222的一部分的三个相邻的飞行线路(即，一般将构成大范围区域勘测的飞行线路的子集)的连续的拍摄的重叠的聚合的细节视场180。出于清晰的目的，对应的全景视场170被省略了。附图还示出了对应于每个聚合细节视场180的拍摄位置224，即，勘测航空器230的位置。
如已经提及的，传统的单分辨率航空勘测通常被操作为具有60/40的重叠，即，60％前向(或纵向)重叠和40％侧(或横向)重叠。利用如图17至图19所示的多分辨率HyperCamera进行操作，全景照片被捕捉为具有比85/40更好的重叠，且细节照片被捕捉为具有在最好的时候仅20/20重叠。
相比于传统的单分辨率航空相机系统和大量的聚合细节像素计数(如，160Mpixel)，关于降低勘测飞行时间和更少的照片进行处理方面，HyperCamera是2倍和3倍之间更有效，如以下详述。HyperCamera仅由于其高(细节)像素计数，还具有比许多航空相机系统更高的效率。
作为捕获全景照片和细节照片的替换，HyperCamera可以用于仅捕获细节照片，具有更高的重叠(如，60/40，而不是20/20)，以允许具有更高空间精度的照片镶嵌图的创建，但是捕获和处理成本更高。在这种情况下，全景相机112可以被省略。
为了分析多分辨率HyperCamera的相对效率，假设多分辨率HyperCamera配置为具有横向重叠X％、纵向重叠Y％、N个细节相机110和M个全景相机112，而出于比较的目的，单分辨率HyperCamera配置为具有横向重叠A％、纵向重叠B％、N个细节相机，且没有全景相机。假设X小于A，如在更大的飞行线路间隔和更短的飞行时间和更少的捕获的细节照片方面所体现的，横向效率上的改进由(1-X)/(1-A)给出。同样，假设Y小于B，如在更大的拍摄间隔和更短的飞行时间和更少的捕获的细节照片方面所体现的，纵向效率上的改进由(1-Y)/(1-B)给出。效率上的总的改进由(1-X)(1-Y)/(1-A)(1-B)给出。这需要扣减捕捉全景照片的开销，即，乘以因子(N/(N+M))。对于X/Y＝20/20，A/B＝60/40，N＝5，且M＝1，净效率改进为2.2。
更大的效率出现在以全景相机112的较低分辨率而不是细节相机110的较高分辨率进行一些摄影测量计算为代价。然而，相比于传统实践中，这至少部分地被全景照片之间的较大的重叠补偿。
图20示出的是用于相机单元100的电源和控制系统的框图。细节相机110和全景相机112经由一组模拟数字转换器308(ADC)而受计算机300控制。
计算机300使用一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)接收器304实时监视勘测航空器230的位置和速度。GNSS接收器可以与各种基于空间的卫星导航系统(包括全球定位系统(GPS)、GLONASS、伽利略和北斗)兼容。
根据储存的飞行计划和航空器的实时位置和速度，计算机300时间上精确地将激发信号经由ADC308提供给相机110和112，以触发相机曝光。如果相机110和/或112并入自动聚焦机构，那么计算机300还将聚焦信号提供给每个这样的相机以在曝光之前触发自动聚焦。
计算机300以相同的速率激发全景相机112和细节相机110。可选地，计算机300可以以与细节相机110不同的速率(即，要么更高的速率，要么更低的速率)来激发全景相机112，以实现在连续的全景照片之间的不同的重叠，即，要么更高的重叠，要么更低的重叠，而与连续的细节照片之间的重叠无关。计算机300可以同时激发相机，或其可以交错激发的定时，如，以实现纵向上照片的不同的对齐，或以降低峰值功率消耗。
飞行计划描述构成勘测的每个飞行线路以及沿每个飞行线路的确保必要的重叠保持在连续的拍摄之间所需的正常相机激发速率。激发速率对航空器下方的地形的海拔高度敏感，即，地形越高，则需要的激发速率越高。这是由计算机300根据航空器的实际地面速度来进行调整的，其可以由于风和航空器的飞行员的操作而与其正常的速度不同。
计算机300还利用飞行计划和实时GNSS位置来经由飞行员显示器302指导飞行员沿着每个飞行线路。
如在图20中所示，来自GNSS接收器的位置数据可选地用来自惯性测量单元306(IMU)的方位信息(翻滚、俯仰和偏航)增强。这允许计算机300将关于飞行员如何紧密地遵循飞行计划的反馈提供给飞行员以及允许对照片的更精确的处理的增强。在没有IMU306的情况下，GNSS接收器直接连接到计算机300。
每个相机110和112将其拍摄本地地储存在例如可移除闪存中。这消除了在HyperCamera系统中对集中储存器的需要以及对在相机和集中储存器之间的高带宽数据通信通道的需要。
每个拍摄的GNSS位置可以被传递到每个相机110和112，以允许相机利用其GNSS位置来标记每个照片。
响应于由IMU 306报告的方位，一个或多个角度运动补偿(AMC)单元330矫正相机的方位，使得它们即使在飞行期间航空器翻滚、俯仰或偏航随着时间推移也保持一致的指向。这确保了所捕获的照片可以被用来创建没有间隙的照片镶嵌图，同时允许在连续的拍摄之间的和相邻的飞行线路之间的重叠被最小化。
AMC 330可以包括其上安装有HyperCamera单元100的具有两个或三个旋转轴(即，翻滚和俯仰，或翻滚、俯仰和偏航)的平台。商用市售的AMC平台包括Leica Geosystem的PAV系列。
可选地，AMC 330可以包括在每个相机(或相机组)的光路中的一个或多个光束操控机构，借此相机的指向通过光束操纵来进行矫正。
随着飞行高度的增加和/或GSD降低，角度运动补偿变得越来越重要。
由于航空器的前向运动引起的运动模糊等于航空器的速度乘以相机的曝光时间。一旦运动模糊变为GSD的重要的部分(或超出了GSD)，则有用的是提供前向运动补偿(FMC)机构来降低或消除运动模糊。FMC可以以多种方式来提供，包括平移或旋转相机的光轴(通过移动图像传感器、或中间的反射镜、或相机本身)、或通过在图像传感器中的像素的相邻行的时间延迟集成(TDI)。
计算机300储存每个拍摄的GNSS位置。其用于照片的后续处理阶段以产生精确的照片镶嵌图。如果IMU 306存在的话，计算机300还储存每个拍摄的方位，并且如果AMC 330存在的话，还基于来自AMC的矫正信息，储存每个拍摄的矫正后的方位。
相机110和112由电池单元320供电。电池单元320提供比由所有连接的组件所需的电压更高的电压，例如，在24V和28V之间，以及每个连接的组件的电压需求是经由DC-DC转换器326所提供的。例如，Nikon D800相机需要小于10V。附加的DC-DC转换器326还提供适当的电压以给计算机300、飞行员显示器302、GNSS接收器304和IMU306供电。出于清晰起见，这些电力连接在图20中被省略。
电池单元320含有12V或14V的电池或单个的24V或28的电池。其含有充电电路，该充电电路允许其从航空器利用适当的辅助电源322涓流充电，允许其一直保持充电。其也可以在地面上从地面动力装置324(GPU)充电。
ADC308和DC-DC转换器326可以装在相机控制单元310(CCU)中。这可以附加地包括USB接口以允许计算机300控制ADC。
给相机110和112提供电力的DC-DC转换器326可以定位于CCU310中或靠近分配箱150中的相机。
由HyperCamera捕获的照片旨在无缝地拼接成照片镶嵌图，以及图21示出的是用于根据多分辨率HyperCamera照片有效创建照片镶嵌图的摄影测量过程。该过程针对由细节相机110捕获的细节照片400和由全景相机112捕获的全景照片402进行操作。
该过程包含四个主要步骤：(1)特征是在照片400和402中的每个中被自动地检测并在照片之间匹配(步骤410)；光束法平差被用于迭代地细化每个特征的真实三维位置的初始估计以及与每个照片相关的相机姿态(三维位置和方向)和相机校准(焦距和径向畸变)(在步骤412)；每个细节照片400根据其相机姿态和地形海拔高度数据进行正射纠正(在步骤414)；以及正射纠正过的照片(正射影像)混合以形成最终的照片镶嵌图404(在步骤416)。
(在步骤414使用的)高度数据可以从(在步骤412期间细化的)三维特征位置获得；和/或可以从照片之间的密集的多视点立体匹配获得(见，例如，美国专利号8,331,615(Furukawa)，其内容通过引用并入本文)；和/或可以从诸如感兴趣的区域的LIDAR勘测的另外的源获得。高度数据可以是光栅或矢量数字高程模型(DEM)的形式、或三维点云的形式、或三维几何模型的形式。其可以包括表面特征，诸如植被和建筑物，或可以描述光秃秃的大地。
照片镶嵌图404的精度根据低分辨率的全景照片402之间的高度重叠而得到的，但是照片镶嵌图404的细节是根据高分辨率的细节照片400得到的。
作为可选项，如以上提及的，勘测可以随细节照片400之间的较高的重叠而飞行，且照片镶嵌图可以仅由细节照片400来创建。
照片镶嵌图一般被储存为图像金字塔，即，其中不同的(双重)变焦水平被预先计算用于以任何变焦水平进行的快速访问。通过低通滤波和二次采样，金字塔中的较低的变焦水平是从较高的变焦水平生成的，从而整个金字塔可以由细节分辨率照片镶嵌图生成。作为可选项，较低的变焦水平可以由自全景照片402创建的照片镶嵌图生成，在这种情况下，全景照片402还被正射纠正并如上所述混合用于细节照片400。
随后通过光束法平差过程细化的(在步骤412)每个照片的相机姿态的初始估计，是来源于每个照片的GNSS位置，以及其IMU导出的方位(如果存在的话)。
用于细节照片400的正射纠正(在步骤414)的地形数据可以基于由光束法平差(在步骤412)获得的3D特征位置，或可以是来源于其他地方(诸如来源于LIDAR航空勘测)的地形数据。
自动检测的地面特征可以用手动识别的地面点增强，其中每个可以具有被精确勘测的现实位置(且然后被称为地面控制点)。
V5-300和V5-180HyperCamera是HyperCamera系列中的两个模型。下面描述，通过利用更长的焦距来操作更高的高度实现更高的效率，以及附加的HyperCamera配置。
图22根据在地面以上的飞行高度(以英尺计)以及从100mm到600mm的镜头焦距(以100mm为增量)列表显示了GSD。其还根据高度列表显示了30度和45度视场的幅宽(以千米计)。此外，其根据焦距列表显示了覆盖这些视场所需的细节相机的数量。
图23还根据从700mm到1200mm的焦距列表显示了GSD。
根据图22和图23中的表格，比较V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera配置的特性是有益的。每个配置具有大约相同的30度的横向视场，但是假定5cm的GSD，对应的幅宽分别是1.6km、3.3km和4.9km(分别对应于飞行高度10,000英尺、20,000英尺和30,000英尺)。最重要的是，相对捕获效率则分别是1x、2x和3x(假定相同的航空器速度)。
30度的V10-600HyperCamera可以使用串联的两个15度的V5-600HyperCamera单元来实现，其中每个单元安装在楔状的接装板200，其导致所需的7.5度的横向倾斜。
45度的V15-600HyperCamera可以使用串联的三个15度的V5-600HyperCamera单元来实现，中间的单元安装平直，而两个外侧的单元中的每一个安装在楔状的接装板200上，其导致所需的15度的横向倾斜。
30度的V15-900HyperCamera可以使用串联的三个10度的V5-900HyperCamera单元来实现，中间的单元安装平直，而两个外侧的单元中的每一个安装在导致所需的10度的横向倾斜的楔状的接装板200上。
可选地或附加地，为了利用楔状以导致所需的横向倾斜，接装板200可以包括一个或多个粗和/或微倾斜调整机构以允许相机单元100的倾斜被标称地调整以及用于补偿航空器地板的倾斜的变化进行的调整。倾斜机构可以包括一个或多个垫片、一个或多个偏置螺丝，等等。
倾斜调整还可以经由角度运动补偿(AMC)单元330的滚动补偿机构(如果存在的话)通过调整相机单元100的预先设置的标称滚动来提供。
图24A、24B和24C分别示出的是V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在16,000英尺的恒定飞行高度的覆盖区域。附图中的虚线网格具有1km的间隔。附图示出了在GSD增加的情况下的相同的幅宽。
图25A、25B和25C分别示出的是V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在16,000英尺的恒定飞行高度的三个连续的覆盖区域。为了确保充足的纵向重叠，拍摄速率随着分辨率的增加而增加。
图26A、26B和26C分别示出的是V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在16,000英尺的恒定飞行高度的相邻的飞行线路中的两个重叠的覆盖区域。
图27示出的是载有包含两个V5-600相机单元的V10-600HyperCamera的Cessna208航空器的前视图，以及生成的全景视场和聚合的细节视场。附图中的虚线示出的是相机单元的视场之间的划分。
图28示出的是载有包含装载在航空器座舱中的两个V5-600相机单元的V10-600HyperCamera的Cessna 208航空器的侧视图，以及生成的全景视场和每个相机单元的聚合的细节视场。
图29示出的是载有包含装载在标准Cessna 208的腹部安装的货舱中的两个V5-600相机单元的V10-600HyperCamera的Cessna 208航空器的侧视图，以及生成的全景视场和每个相机单元的聚合的细节视场。
图30示出的是载有包含三个V5-900相机单元的V15-900HyperCamera的Cessna208航空器的前视图，以及生成的全景视场和聚合的细节视场。虚线示出的是在相机单元的视场之间的划分。
图31示出的是载有包含装载在航空器座舱中的三个V5-900相机单元的V15-900HyperCamera的Cessna 208航空器的侧视图，以及生成的全景视场和每个相机单元的聚合的细节视场。
图32示出的是载有包含装载在标准Cessna 208的腹部安装的货舱中的三个V5-900相机单元的V15-900HyperCamera的Cessna 208航空器的侧视图，以及生成的全景视场和每个相机单元的聚合的细节视场。
图33A、33B和33C分别示出的是来自V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在24,000英尺的恒定飞行高度的两个相邻的飞行线路的两个重叠的覆盖区域。附图中虚线网格具有1km间隔。
图34A、34B和34C分别示出的是来自V5-300、V10-600和V15-900HyperCamera在36,000英尺的恒定飞行高度的两个相邻的飞行线路的两个重叠的覆盖区域。附图中虚线网格具有1km间隔。
一般而言，特定的HyperCamera可以利用多个相同的较小的相机单元100来实现，每个在所需的横向角度进行安装。如图27至图32中所示，各个相机单元100可以沿着航空器的纵向轴进行安装。每个相机单元100的激发可以交错进行以考虑其纵向位置和航空器速度，或在来自不同的相机单元的照片之间的纵向偏移可以在下游处理阶段进行考虑。
HyperCamera设计因此是模块化的，且适于结合一个或多个标准相机孔进行布置。
倾斜的HyperCamera，即具有非垂直的指向(且通常指向为45度)，可以利用经由例如倾斜的接装板200被安装成所需的倾斜角度的一个或多个垂直相机单元100来实现，或利用一个或多个倾斜的相机单元100来实现，其中每个包括在其他垂直定向的框架内的被安装成所需的倾斜角度的相机阵列。
倾斜航空照片具有若干用途。它们可以用来产生倾斜的地理坐标参考的照片镶嵌图以提供对垂直照片镶嵌图的有用的补充。它们可以在摄影测量光束法平差(如以上参照图21所述)与垂直照片一起使用来实现更高的精度，包括更高的高度数据精度。并且它们可以用来给出感兴趣的区域的高程模型或全三维模型的特征，以支持三维可视化和交互。
图35A和图35B分别示出的是载有装载在航空器座舱中的五个HyperCamera的Cessna 208航空器的前视图和侧视图：垂直V10-600、右斜R10-600、左斜L10-600、前斜F10-600和后斜B10-600，以及生成的全景视场和每个的聚合的细节视场。
以与垂直方向偏离的角度280倾斜的相机的倾斜GSD282由图44中的EQ 9给出。垂直GSD262按倾斜角度的正切的平方倍增加。第一正切项是由于较大的倾斜引起的察看距离，而第二正切项是由于倾斜引起的地面的透视缩减。因此倾斜的相机需要具有对应的更长的焦距以匹配垂直相机的GSD。
对于45度的倾斜，垂直GSD增加两倍，意味着45度倾斜的相机需要具有两倍的垂直相机的焦距以匹配垂直相机的GSD。然而，实际上，并没有将垂直相机的GSD和倾斜的相机的GSD匹配的严格的要求，且任何合适的焦距可以用于倾斜的相机。
如果相机的图像传感器被倾斜成平行于地面，则第二正切项消失。倾斜的GSD286则由图44中的EQ 10给定。对于45度的倾斜，垂直GSD262则仅增加二的平方根倍，意味着45度倾斜的传感器倾斜相机需要具有1.4倍的垂直相机的焦距以匹配垂直相机的GSD。
然而，水平面上的较小的GSD伴随有在垂直面上较大的GSD，诸如建筑物的侧面。这又可能促成了在多次通过中捕获倾斜的照片的策略，其中每次通过经由图像传感器的倾斜优化特定的表面方位。
图36示出的是载有装载在标准Cessna 208的腹部安装的货舱中的五个HyperCamera的Cessna 208航空器的侧视图：垂直V10-600、右斜R10-900、左斜L10-900、前斜F10-900和后斜B10-900，以及生成的全景视场和每个的聚合的细节视场。每个倾斜的HyperCamera具有45度指向角。
更一般地，将任何非最低点的相机的图像传感器倾斜成(更加)平行于地面可以用来降低在相机捕获的照片中的视角透视缩减并从而改善GSD。
每个900mm倾斜的HyperCamera具有比600mm垂直的HyperCamera大33％的GSD。1200mm倾斜的HyperCamera将具有和600mm垂直的HyperCamera一样的GSD。850mm倾斜的传感器倾斜的HyperCamera也将具有和600mm垂直的HyperCamera一样的GSD。
图37示出的是相机单元100的底部视图，其中细节相机以可选的“X”图案进行布置以为较长的细节镜头114提供更多的空间，即适应较长的镜头的较大的直径。该布置还为第二低分辨率相机提供空间，该第二低分率相机可以被用于第二全景相机或用于专用光谱相机，诸如近红外(NIR)相机。包括第二全景相机允许相机具有较长的焦距，从而提供更大的分辨率和因此提供照片相机的精度。包括近红外相机允许近红外频段被包括在照片镶嵌图中，从而支持诸如识别植被的应用。
由于细节镜头114的焦距增加，因此纯粹的折射(折光)镜头的尺寸和重量的设计变得重要。具有相同长度的焦距的越轻且物理上越短的镜头可以使用反射设计(即，使用用于聚焦的弯曲的反射镜，要么仅使用反射镜(反射)，要么结合矫正折射元件(反射折射))来实现。其特征为长焦距和大孔径的天文望远镜，一般利用反射设计。经典的现代设计包括Schmidt-Cassegrain盘，和Richey-Chretien，其利用双曲面主镜和次镜。
反射细节镜头114从而可以用于明显降低相机单元100的尺寸和重量，且这特别有益于较长的焦距，诸如900mm和更长。
图38示出的是被实施为扇形布置的相机600阵列的相机单元100以及每个相机的光轴602。这象征性地表示了前述内容中的细节或全景相机阵列，并提供了关于以下描述的背景。每个相机600包括相机体(如110或112)和相机镜头(如114或116)。
图39示出的是通过可操控的反射镜604而被时分复用以产生多个光路的单个相机600的相机单元100。这允许单个相机被用于实现使用时分复用的相机阵列，且从而减少实现HyperCamera所需的物理相机的数量，进而降低每个相机单元100的尺寸、重量和成本。作为可操控的反射镜604的替代，任何适当的光束操控的机构可以被使用。
图40示出的是被实施为通过可操控的反射镜而被时分复用以产生多个光路的单个相机600的相机单元100的可选配置。固定的反射镜606的增加允许相机600被竖直地安装，允许相机单元100具有更小的占用区域。
图41示出的是被实施为通过可操控的反射镜而被时分复用以产生多个光路的单个相机600的相机单元100，其中附加的可操控的反射镜608提供角运动补偿(AMC)。这实现了IMU驱动的AMC单元330。作为可操控的反射镜608的替代，任何合适的光束操纵的机构可以被使用。
可操控的反射镜608可以附加地或可选地用于实施前向运动补偿(FMC)机构。在FMC模式中，反射镜在曝光阶段平滑地向后仰以匹配航空器的向前运动，且在曝光之间又再次前倾。反射镜608的俯仰可以被直接驱动，或可以以适当的速率振荡以提供FMC，其中相机曝光与振荡的向后阶段同步。AMC和FMC还可以由独立的级联的反射镜来提供。
本发明已经参考多个优选的实施方式进行了描述。本领域的普通技术人员将要理解的是存在本发明的许多可选的实施方式，且本发明的范围仅由所附的权利要求限定。
整个本说明书及随附的权利要求，除非上下文有其他要求，否则词语“包括(comprise)”，及其变形“包括(comprise)”或“包括(comprising)”，将被理解为暗示包括所阐述的整数或步骤或整数或步骤的组，而非排斥任何其他的整数或步骤或整数或步骤的组。
本说明书对任何先前的出版物(或来源于其的信息)或已知的任何事物的引用，并非是且不应被当作对该先前出版物(或来源于其的信息)或已知的事物形成本说明书所涉及的努力的领域内的公知常识的认可或认同或任何形式的建议。

Claims (19)

1.一种用于捕获航空图像的系统，所述系统包括：
至少一个相机单元，所述至少一个相机单元包括至少一个细节相机，所述至少一个细节相机被竖直定向地安装至其光路；
第一可操控的反射镜，所述第一可操控的反射镜被配置为时分复用所述至少一个细节相机的指向以实现具有重叠视场的相机的虚拟阵列，从而允许所述至少一个细节相机捕获扩展的视场；
惯性测量单元IMU，所述惯性测量单元被配置为测量航空器的角运动；以及
第二可操控的反射镜，所述第二可操控的反射镜被配置为补偿由所述惯性测量单元测量的所述航空器的角运动，从而确保所述至少一个细节相机随着时间的推移指向一致的方向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个相机单元在相机孔上方能够被附接到航空器的地板和航空器载有的舱的地板中的至少一个，从而通过所述相机孔给所述至少一个细节相机提供在所述航空器下方的地面的视图。
3.根据权利要求1所述的系统，包括多个相机单元，每个相机单元以不同的角度进行安装，使得所述多个相机单元的扩展的视场重叠以形成更大的扩展的视场。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个相机单元包括至少一个全景相机，所述至少一个细节相机比所述至少一个全景相机具有更长的焦距。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述至少一个细节相机的焦距与所述至少一个全景相机的焦距的比例在4和8之间。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个细节相机具有选自包括以下项的组的镜头：屈光镜头、反射镜头和折反射镜头。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括被配置为在飞行期间根据储存的飞行计划和所述航空器的实时位置自动激发所述至少一个细节相机的曝光的计算机。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括至少一个全球导航卫星系统接收器，所述计算机被配置为实时接收并储存来自所述至少一个全球导航卫星系统接收器的位置数据。
9.根据权利要求7所述的系统，其中，所述计算机被配置为实时接收并储存来自所述惯性测量单元的方位数据。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个角运动补偿单元，所述至少一个角运动补偿单元被配置为矫正所述航空器的角运动对所述至少一个细节相机的影响，从而确保所述至少一个细节相机随着时间的推移指向一致的方向。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，角运动补偿通过在所述至少一个细节相机的光路中的可操控的反射镜而被提供。
12.根据权利要求1所述的系统，还包括至少一个前向运动补偿机构，所述至少一个前向运动补偿机构被配置为矫正所述航空器的前向运动对所述至少一个细节相机的影响，从而减少在被所述至少一个细节相机捕获的照片中的运动模糊。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，前向运动补偿通过从包括以下项的组中选择的机制而被提供：平移所述至少一个细节相机的图像传感器，旋转所述至少一个细节相机的图像传感器，平移所述至少一个细节相机，旋转所述至少一个细节相机，旋转在所述至少一个细节相机的光路中的反射镜，以及对在所述至少一个细节相机的图像传感器中的像素的相邻行的时间延迟集成。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，前向运动补偿通过在所述至少一个细节相机的光路中的可操控的反射镜而被提供。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述至少一个细节相机的光路中的所述可操控的反射镜被振荡，且所述至少一个细节相机的曝光与所述振荡同步。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个相机单元相对于最低点的指向选自包括以下项的组：零度或45度。
17.根据权利要求3所述的系统，其中，每个相机单元相对于最低点的指向选自包括以下项的组：零度或45度。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个细节相机的图像传感器是倾斜的，以降低在被所述相机捕获的照片中的透视缩减。
19.根据权利要求14所述的系统，其中，所述至少一个细节相机的光路中的所述可操控的反射镜是所述第二可操控的反射镜。
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