CN107289911A - 航空全景倾斜摄影装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种航空全景倾斜摄影装置，包括吊舱主体，所述吊舱主体上设置有至少两个下视相机，以及多个倾斜相机，所述至少两个下视相机沿横向排列，所述至少两个下视相机中相邻的下视相机的拍摄区域部分重叠。由于本发明的航空全景倾斜摄影装置具有至少两个沿横向方向排列的下视相机，每进行一次航空倾斜摄影可以获得多条下视航线影像，能够提高拍摄效率，减少飞行次数，降低拍摄成本。至少两个下视相机与多个倾斜相机配合，可以多角度获取城市建筑物侧面纹理，可以更有效、更完整地建立城市三维实景模型。
Description
技术领域
本发明涉及航空摄影技术领域，更具体地说，涉及一种航空全景倾斜摄影装置。
背景技术
航空全景倾斜摄影装置属于航空摄影测量及航空倾斜摄影测量的技术范畴。航空摄影测量是基于航空拍摄影像，以及利用摄影测量技术，生产各种测绘产品，包括数字地面模型，正射影像图以及线划地图。航空倾斜摄影测量是通过拍摄倾斜影像，获得地物的侧面纹理，再通过摄影测量的技术，建立真实的城市三维模型。
航空倾斜摄影作为传统航空摄影测量的突破，通过不同视角的相机组合，拍摄包括地面上的自然物体及人工建筑物。现有的航空倾斜摄影装置一般采用五相机组合的形式，包括一个下视相机及四个倾斜相机。由于相机多，在考虑到系统的体积及重量时，设计的倾斜相机一般就会采用商业化的中画幅相机或全画幅相机。
五相机组合的倾斜相机在作业时拍摄覆盖面积有限，需要通过加大相片之间的重叠度才能达到拍摄的完整。纵向重叠度是根据飞机的飞行速度及相机作业速度而定，按五相机组合一般需要下视相机有80％的纵向重叠度才能满足城市的拍摄要求。旁向重叠是每一条航带和行带之间的重叠，按五相机组合一般需要下视相机有80％的重叠度才能满足城市的拍摄要求。由于中画幅或全画幅相机相对的面阵比较小，拍摄高分辨率的影像又需要低空飞行，这样在大重叠的作业要求下，飞行效率低。这样飞行成本需要成倍的增加，影像数量多而且重复。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空全景倾斜摄像系统，可以通过全新的相机排列方式来提高作业效率，降低成本。
本发明的航空全景倾斜摄影装置包括吊舱主体，所述吊舱主体上设置有至少两个下视相机，以及多个倾斜相机，所述至少两个下视相机沿横向排列，所述至少两个下视相机中相邻的下视相机的拍摄区域部分重叠。
根据本发明所述的航空全景倾斜摄影装置的一实施例，所述下视相机的镜头轴线与竖直方向的夹角小于10度，所述至少两个下视相机中相邻的下视相机的拍摄区域具有30％～60％重叠。
根据本发明所述的航空全景倾斜摄影装置的一实施例，所述至少两个下视相机的镜头轴线处于同一平面内，相邻的两个所述下视相机的镜头轴线向相反方向倾斜或向相对方向倾斜。
根据本发明所述的航空全景倾斜摄影装置的一实施例，所述下视相机的镜头为定焦镜头，所述下视相机的定焦镜头的焦距为20～100mm。
根据本发明所述的航空全景倾斜摄影装置的一实施例，所述多个倾斜相机设置在所述下视相机的周围，所述倾斜相机的镜头轴线与竖直方向的夹角为30～60度。
根据本发明所述的航空全景倾斜摄影装置的一实施例，所述倾斜相机的镜头为定焦镜头，所述倾斜相机的定焦镜头的焦距为35～150mm。
根据本发明所述的航空全景倾斜摄影装置的一实施例，所述下视相机的拍摄区域和与所述下视相机横向相邻的倾斜相机的拍摄区域部分重叠。
根据本发明所述的航空全景倾斜摄影装置的一实施例，所述吊舱主体为一体式结构或分体式结构。
根据本发明所述的航空全景倾斜摄影装置的一实施例，所述吊舱主体为分体式结构，所述吊舱主体包括左吊舱单元和右吊舱单元，所述左吊舱单元和右吊舱单元分别具有一个所述下视相机和多个所述倾斜相机。
根据本发明所述的航空全景倾斜摄影装置的一实施例，所述倾斜相机的数量为8台或8台以上，所述多个倾斜相机分上下两层设置。
实施本发明的航空全景倾斜摄影装置，具有以下有益效果：由于本发明的航空全景倾斜摄影装置具有至少两个沿横向方向排列的下视相机，每进行一次航空倾斜摄影可以获得多条下视航线影像，能够提高拍摄效率，减少飞行次数，降低拍摄成本。至少两个下视相机与多个倾斜相机配合，可以多角度获取城市建筑物侧面纹理，可以更有效、更完整地建立城市三维实景模型。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1a是本发明的航空全景倾斜摄影装置的一实施例的主视示意图；
图1b是图1a所示的航空全景倾斜摄影装置的仰视示意图；
图1c是图1a所示的航空全景倾斜摄影装置的左视示意图；
图2a是两个下视相机同步拍摄形成双影像并构成横向重叠的示意图；
图2b是两个下视相机的拍摄区域部分重叠的示意图；
图2c是两个下视相机同步拍摄形成的影像的示意图；
图3a是两个下视相机的一种排列方式的镜头轴线的示意图；
图3b是两个下视相机的另一种排列方式的镜头轴线的示意图；
图4是图1a所示的航空全景倾斜摄影装置同步拍摄覆盖范围的示意图；
图5是图1a所示的航空全景倾斜摄影装置的十二台相机同步拍摄时的示意图；
图6a是下视相机和与下视相机相邻的倾斜相机的拍摄区域部分重叠的示意图；
图6b是图1a所示的航空全景倾斜摄影装置的下视相机和与下视相机相邻的倾斜相机同步拍摄时形成的影像的示意图；
图7是飞行高度为800米时航空全景倾斜摄影装置的覆盖范围的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
下面详细描述本发明的航空全景倾斜摄影装置的实施例，这些实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
在本发明的航空全景倾斜摄影装置的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“上端”、“下端”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1a至图1b所示，为本发明的航空全景倾斜摄影装置的一实施例的示意图。在该实施例中，航空全景倾斜摄影装置包括吊舱主体1，该吊舱主体1采用分体式结构，吊舱主体1包括左吊舱单元1a和右吊舱单元1b，左吊舱单元1a具有1个下视相机21a和5个倾斜相机31a,右吊舱单元1b则具有1个下视相机21b和5个倾斜相机31b。也就是说，在本实施例中，航空全景倾斜摄影装置一共具有12个相机，其中包括两个下视相机21a、21b，以及10个倾斜相机31a、31b。左吊舱单元1a和右吊舱单元1b可以固定在一起形成一个整体，如图1a至图1c所述；左吊舱单元1a和右吊舱单元1b也可以分开设置在飞行器的两侧。
如图1b所示，本发明的航空全景倾斜摄影装置的两个下视相机21a、21b沿横向排列，在这里，纵向只是指飞行器前进方向，横向是指与纵向垂直的方向，横向和纵向处于同一水平面内。下视相机用于向下拍摄影像，下视相机一般用于生产摄影测量测绘成果，包括了立体测图，线画图，正射影像图等等。两个下视相机21a、21b的拍摄区域部分重叠，参看图2a至图2c，下视相机21a的拍摄区域211与下视相机21b的拍摄区域212部分重叠，重叠区域为213。下视相机21a、21b的镜头可以选用定焦镜头或变焦镜头，优选定焦镜头，定焦镜头的焦距为20～100mm。参看图3a和图3b，下视相机21a、21b的镜头具有一定的倾角，也即下视相机21a、21b的镜头轴线201、202与竖直方向具有一定夹角α，该夹角α优选小于10度，这样可以保障下视相机21a、21b生成正射影像的要求。下视相机21a、21b的镜头轴线201、202可以向相对方向倾斜，如图3a所示；下视相机21a、21b的镜头轴线201、202也可以向相对方向倾斜，如图3b所示；在图1b所示的实施例中，下视相机21a、21b的镜头轴线向相对方向倾斜，下视相机21a、21b也可以称之为对线相机。下视相机21a、21b的镜头轴线优选处于同一平面内，更为优选的是处于与纵向方向垂直的平面内。下视相机21a、21b的拍摄区域211、212优选具有30％～60％重叠，也即重叠区域213的面积为下视相机21a、21b的拍摄区域211、213的面积的30％～60％。
在一个实施例中，下视相机21a、21b采用五千万像素的全画幅相机，镜头的焦距为35mm，下视相机21a、21b的拍摄区域211、212具有50％的重叠，图2c为下视相机21a、21b同步拍摄时产生的影像。采用两个下视相机21a、21b，每进行一次航空拍摄可以产生两条航片，可以减少飞行时间，降低作业成本。
如图1a至图1c所示，倾斜相机31a、31b是通过相机的倾斜设置，与竖直方向构成一定的倾斜角度拍摄，可以用于采集地表物体的侧面纹理，包括各种人工建筑物及自然景物等。倾斜相机31a、31b的镜头轴线与竖直方向的夹角为30～60度。在本实施例中，采用了10台倾斜相机31a、31b，左吊舱单元1a和右吊舱单元1b各5台，在其他实施例中，倾斜相机的数量并不局限于上述数目，可以是多台，优选8台或8台以上，围绕相机的周围设置，同步拍摄时可以实现全景倾斜覆盖。全景覆盖可以根据镜头的视场角度而定相机的数目。倾斜相机的镜头可以选用定焦镜头或变焦镜头，优选定焦镜头，定焦镜头的焦距优选35～150mm。例如,倾斜相机采用中画幅的相机，焦距为55mm定焦镜头，长边视场角度在51.8度左右，同步拍摄时，其全景覆盖需要最少8台相机；倾斜相机采用采用焦距为80mm的定焦镜头，长边视场角度在36.9度左右，同步拍摄时，其全景覆盖需要最少10台相机。如果倾斜相机采用全画幅相机，使用焦距为50mm的定焦镜头，长边视场角为39.2度，则需要10台倾斜相机全景覆盖。参看图4，为本实施例的航空全景倾斜摄影装置同步拍摄覆盖范围的示意图，该航空全景倾斜摄影装置采用了12台全画幅相机，其中两个下视相机21a、21b采用35mm的定焦镜头，10台倾斜相机31a、31b采用50mm的定焦镜头，总数十二台全画幅相机构成航空全景倾斜摄影装置，下视相机21a、21b的拍摄区域211、212,倾斜相机31a、31b的拍摄区域分别为311、312。图5为十二台相机同步拍摄时的示意图。
由于航空全景倾斜摄影装置的相机数目较多，为了使设计更紧凑，航空全景摄影装置的相机可以采用分层或卧式设计。分层设计的好处是把相机横向的宽度减到最小，卧式设计的好处是把相机系统的高度减到最低。在图1a所示的实施例中，倾斜相机31a、31b分两层设置，第一层具有6台倾斜相机31a、31b，第二层具有4台倾斜相机31a、31b。本实施的左吊舱单元1a和右吊舱单元1b可以整体或分体安装，其中分体安装时把整套装置一分为二，各自带有独立的相机同步系统、储存、USB3.0数据接口、POS AVTM系统、电源系统等。
参看图6a和图6b,下视相机21a、21b的拍摄区域211、212和与下视相机21a、21b横向相邻的倾斜相机31a、31b的拍摄区域311、312部分重叠,同步拍摄时可以形成一体化条带拍摄。图6b为本实施例的航空全景倾斜摄影装置的两个下视相机21a、21b以及与两个下视相机21a、21b横向相邻的两个倾斜相机31a、31b同步拍摄时形成的影像的示意图。带状拍摄的应用包括铁路，公路，河流，海岸线，电力线，石油管线等等，采用本实施例的航空全景倾斜摄影装置，同时满足带状飞行要求。如图7所示，为飞行800米高的时候，航空全景倾斜摄影装置的覆盖宽度为2595米。
在进行航空全景倾斜拍摄时，飞行管理系统按照飞行任务范围，规划飞行路径及拍摄位置。在任务执行时通过连接POS AVTM系统提供的导航资料，控制航空全景倾斜摄像装置的相机按飞行规划拍摄相片。相机同步拍摄系统为飞行管理系统发出拍摄信号时控制各个相机同步拍摄。航空全景倾斜摄影装置的下视相机和倾斜相机各自带有独立的相机触发装置，下视相机采用TTL的触发信号，并同时给予倾斜相机曝光信号。每个相机的中心曝光脉冲将返回给双POS AVTM系统，每台POS AVTM系统需要同时接收6个事件信号。每台相机的内置储存为512GB以上，能保障拍摄超过10K张影像的存储。整套系统的内置存储可到达120k张影像。影像资料可通过USB3.0Hub连接外接电脑下载。每台相机有单独USB3.0电缆连线，并通过外界电脑设置相机参数。航空全景倾斜摄影装置采用宽频9-36VDC电源，适用于各种无人机电池，汽车电池，飞机电源等。指示灯包括每套相机中POS AVTM的LED导航状态指示灯、下视相机、倾斜相机指示灯。每组相机的输入/输出界面包括：1组TNC GNSS天线介面，电源输入航空LEMO介面，2组RS232用于GNSS差分介面。
本发明的航空全景倾斜摄影装置的吊舱主体并不局限于上述分体式结构，可以是整体式结构，及下视相机以及倾斜相机都设置在整体式吊舱主体上。吊舱主体内还设置有定向定位系统组合(IMU/GNSS系统或Applanix POS AVTM系统)、飞机安装组件、电控单元、存储单元、飞行管理系统等。
本发明的航空全景倾斜摄影装置的下视相机的数量并不局限于两个，可以是两个或两个以上，至少为两个，下视相机沿横向排列，且相邻的下视相机的拍摄区域部分重叠。当采用三个下视相机时，每进行一次拍摄可以产生三条航片。当下视相机的数目多于两个时，下视相机中相邻的下视相机的拍摄区域具有30％～60％重叠。
本发明的航空全景倾斜摄影装置具有至少两个沿横向方向排列的下视相机，每进行一次航空倾斜摄影可以获得多条下视航线影像，能够提高拍摄效率，减少飞行次数，降低拍摄成本。至少两个下视相机与多个倾斜相机配合，可以多角度获取城市建筑物侧面纹理，可以更有效、更完整地建立城市三维实景模型。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些落入于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，包括吊舱主体，所述吊舱主体上设置有至少两个下视相机，以及多个倾斜相机，所述至少两个下视相机沿横向排列，所述至少两个下视相机中相邻的下视相机的拍摄区域部分重叠。
2.根据权利要求1所述的航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，所述下视相机的镜头轴线与竖直方向的夹角小于10度，所述至少两个下视相机中相邻的下视相机的拍摄区域具有30％～60％重叠。
3.根据权利要求2所述的航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，所述至少两个下视相机的镜头轴线处于同一平面内，相邻的两个所述下视相机的镜头轴线向相反方向倾斜或向相对方向倾斜。
4.根据权利要求1所述的航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，所述下视相机的镜头为定焦镜头，所述下视相机的定焦镜头的焦距为20～100mm。
5.根据权利要求1所述的航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，所述多个倾斜相机设置在所述下视相机的周围，所述倾斜相机的镜头轴线与竖直方向的夹角为30～60度。
6.根据权利要求1所述的航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，所述倾斜相机的镜头为定焦镜头，所述倾斜相机的定焦镜头的焦距为35～150mm。
7.根据权利要求1所述的航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，所述下视相机的拍摄区域和与所述下视相机横向相邻的倾斜相机的拍摄区域部分重叠。
8.根据权利要求1所述的航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，所述吊舱主体为一体式结构或分体式结构。
9.根据权利要求8所述的航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，所述吊舱主体为分体式结构，所述吊舱主体包括左吊舱单元和右吊舱单元，所述左吊舱单元和右吊舱单元分别具有一个所述下视相机和多个所述倾斜相机。
10.根据权利要求1所述的航空全景倾斜摄影装置，其特征在于，所述倾斜相机的数量为8台或8台以上，所述多个倾斜相机分上下两层设置。
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