CN106574835B - 高空航空相机系统 - 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，框架能够附接到在相机孔上方的航空器地板，从而通过相机孔给相机提供在航空器下方的地面的视图。

Description

高空航空相机系统
发明领域
本发明涉及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 inGIS(Wolf等人的)和第六版Manual of Photogrammetry(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，所述框架可附接到在相机孔上方的航空器地板，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。
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。
细节相机的焦距与所述至少一个全景相机的焦距的比例可以在4和8之间。
细节相机的焦距可以在85mm和800mm之间。每个细节相机可以利用具有诸如85mm、105mm、135mm、180mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm或800mm的焦距的现有镜头。
全景相机的焦距可以在10mm和200mm之间。全景相机可以利用具有诸如10.5mm、14mm、16mm、18mm、20mm、21mm、24mm、28mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm或60mm的焦距的现有镜头。
系统可以包括五个细节相机。
细节相机可以具有聚焦在无穷远处的定焦镜头，或可变焦镜头和自动聚焦机构。
全景相机具有聚焦在无穷远处的定焦镜头，或可变焦镜头和自动聚焦机构。
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。
系统可以包括飞行员显示器，计算机被配置为经由驾驶舱显示器向飞行员提供飞行指令。
系统可以包括储存的飞行计划，计算机被配置为以根据飞行计划、航空器的实时位置和航空器的实时速度确定的速率来激发相机。
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HyperCamera相机单元的前视图，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示出的是相机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HyperCamera的详细平面视图。
图15示出的是载有HyperCamera的Cessna 208航空器前视图以及合成的全景和聚合的细节视场。
图16示出的是载有HyperCamera的Cessna 208航空器侧视图以及合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。
附图标记列表
100 相机单元。
110 细节相机。
112 全景相机。
114 细节相机镜头。
116 全景相机镜头。
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。
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。
300 计算机。
302 飞行员显示器。
304 惯性测量单元(IMU)。
306 全球导航卫星系统(GNSS)接收器。
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)。
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。
优选实施方式的详细描述
以下模态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紧凑多分辨率的航空相机系统。其被设计成装载在标准20英寸相机孔上方，如通常被提供通过勘测航空器的地板或机载舱。
在优选的实施方式中，如示出在图1至图5中所示，HyperCamera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，或者甚至是宽角度镜头，只要其比全景镜头116明显的窄。
相机110和112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。
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，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的现有正常的镜头和宽角度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示出的是相机单元100的变形，其利用比较短的180mm的镜头114用于细节相机110和匹配的28mm的镜头116用于全景相机112。
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相比于图8的地面上相同的覆盖区域的更低的操作高度。
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)，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增强的反馈提供给飞行员。在没有IMU306的情况下，GNSS接收器直接连接到计算机300。
计算机储存每个拍摄的GNSS位置(且如果IMU306存在的话，可选地储存IMU方位)。这在后续照片的处理期间用来产生精确的照片镶嵌图。
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。
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)。
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)。
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。
整个本说明书及随后的权利要求，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 (20)

1.一种用于捕获航空图像的系统，所述系统包括至少一个全景相机、多个细节相机以及用于支持所述至少一个全景相机和所述细节相机的框架，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以不同的角度进行安装，使得所述细节相机的视场重叠以形成扩展的横向视场，所述框架能够附接到在相机孔上方的航空器的地板，从而通过所述相机孔给所述至少一个全景相机和所述细节相机提供在所述航空器下方的地面的视图。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括能够附接到所述航空器的所述地板的接装板，所述框架能够附接到所述接装板。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述接装板通过螺栓固定到设置在所述地板中的挂接点来附接到所述地板。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述接装板通过螺栓固定到附接到所述地板的座椅轨道来附接到所述地板。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，每个细节相机有角度地向内朝向所述相机孔的中心，从而最小化适应所述细节相机的视场所需的所述相机孔的尺寸。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述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。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细节相机的焦距在85mm和800mm之间。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细节相机的焦距选自包括以下项的组：85mm、105mm、135mm、180mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm和800mm。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个全景相机的焦距在10mm和200mm之间。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个全景相机的焦距选自包括以下项的组：10.5mm、14mm、16mm、18mm、20mm、21mm、24mm、28mm、35mm、40mm、45mm、50mm、55mm和60mm。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，具有五个细节相机。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细节相机具有聚焦在无穷远处的定焦镜头。
13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述细节相机具有可变焦镜头和自动聚焦机构。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个全景相机具有聚焦在无穷远处的定焦镜头。
15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个全景相机具有可变焦镜头和自动聚焦机构。
16.根据权利要求1所述的系统，还包括计算机系统，所述计算机系统被配置为在飞行期间自动激发所述细节相机，使得连续的细节照片纵向重叠。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括至少一个全球导航卫星系统接收器，所述计算机系统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。
18.根据权利要求17所述的系统，还包括惯性测量单元，所述计算机系统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。
19.根据权利要求16所述的系统，还包括飞行员显示器，所述计算机系统被配置为经由所述飞行员显示器向飞行员提供飞行指令。
20.根据权利要求16所述的系统，还包括储存的飞行计划，所述计算机系统被配置为以根据所述储存的飞行计划、所述航空器的实时位置和所述航空器的实时速度确定的速率来激发所述至少一个全景相机和所述细节相机。
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