CN108286961A - 一种拼接式航空倾斜摄影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拼接式航空倾斜摄影系统，摄影系统包括：挂载舱，其可拆卸地连接航空器，挂载舱上设有支撑框架；摄影机构，其设在支撑框架上；摄影机构包括多个倾斜相机，每一倾斜相机均以不同的角度进行安装，使得多个倾斜相机在预设位置的拍摄区域之间相互重叠，形成扩展的拼接图像；控制模块，其设在支撑框架上；拼接图像为矩阵式拼接图像。本发明采用矩阵式扩展的拼接图像，其同一位置拍摄面积大，拍摄效率高，节省拍摄作业的时间；整个拍摄系统结构简单可靠，角度定位精度高，对倾斜相机的要求低，实现了多角度自由拍摄；拍摄的拼接图像方便处理，有利于提高后期建模的效率和模型的精度。

Description

一种拼接式航空倾斜摄影系统

技术领域

本发明涉及一种拼接式航空倾斜摄影系统。

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。

中国专利2017100622249公开了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。

中国专利2014800800293公开了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。

中国专利201010562117.0公开了一种基于移轴原理的拼接成像系统，包括至少一个成像镜头，所述至少一个成像镜头设置于同一平面上，且具有相同的焦距和视场；以及设置于每一所述成像镜头的焦平面上的至少一个成像器件；其中，每一所述成像镜头被设置为其光轴垂直于其焦平面，且每一所述成像器件被设置为在其焦平面内具有预置的移轴量。

现有技术的缺陷在于：目前使用的航空倾斜摄影装置普遍采用多个内置相机，通过不同角度的摆放，实现多个角度拍摄，以获取地面的全景图像。所需内置相机数量多，摄影装置体积和重量大，成本高。

因此，如何提供一种可以实现多角度自由拍摄，适用范围广泛、效率高的倾斜摄影系统，成为业内需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种拼接式航空倾斜摄影系统，其结构简单可靠，角度定位精度高，拍摄效率高，对倾斜相机的要求低，实现了多角度自由拍摄。

为了实现上述目的，本发明提供了一种拼接式航空倾斜摄影系统，其包括：

挂载舱，其可拆卸地连接航空器，挂载舱上设有支撑框架；

摄影机构，其设在支撑框架上；摄影机构包括多个倾斜相机，每一倾斜相机均以不同的角度进行安装，使得多个倾斜相机在预设位置的拍摄区域之间相互重叠，形成扩展的拼接图像；

控制模块，其设在支撑框架上。

本发明中，通过设置多个倾斜相机，来获得同一拍摄位置扩展的拼接图像，拼接图像的覆盖面积较大，可以很大程度上提高拍摄的效率。

根据本发明的另一种具体实施方式，拼接图像为矩阵式拼接图像。例如四行五列或者四行四列，采用矩阵式的拍摄方式，可以获得和原始图像具有相近的纵横比例的拼接图像，符合后期建模的需求。

根据本发明的另一种具体实施方式，倾斜相机的镜头为定焦镜头，焦距为20mm-150mm。具体可以选择为：20mm、21mm、22mm、24mm、25mm、28mm、30mm、32mm、35mm、40mm、50mm、55mm、58mm、60mm、85mm、90mm、100mm、105mm、135mm、150mm；本方案中，倾斜相机的焦距根据飞行的高度、需要的精度要求等条件进行选择。

根据本发明的另一种具体实施方式，多个倾斜相机的相邻的拍摄区域之间具有10％-15％的重叠。在同一个预设位置进行拍摄时，相邻的拍摄区域之间拍摄的图像相互重叠，可以提高扩展的拼接图像的关联度和准确度，重叠的拼接图像可以等效得到一个范围成倍加大的正摄影像和充足的倾斜影像，从而提升航空倾斜摄影拍摄效率和建模效率。

根据本发明的另一种具体实施方式，拼接图像包括十二个拍摄区域，其呈三行四列或者四行三列进行排布。其中，拼接图像的整体拍摄区域关于航空器的飞行方向对称。

根据本发明的另一种具体实施方式，摄影机构包括四台倾斜相机，支撑框架上设有转动舱，四台倾斜相机相对设置于转动舱中。四台倾斜相机完成十二个拍摄区域的拍摄，每台相机在同一个预设位置完成三个拍摄区域的拍摄，本方案中通过转动舱实现拍摄区域之间的切换，以完成每个倾斜相机三个连续的拍摄方向的图像获取。

根据本发明的另一种具体实施方式，转动舱包括第一舱体、第二舱体，第一舱体中设有两台倾斜相机；第二舱体中设有两台倾斜相机；第一舱体围绕第一转轴转动，第二舱体围绕第二转轴转动；第一转轴、第二转轴平行设置。本方案中，为了节省安装空间，将四台倾斜相机，分为两组，即实现了安装的稳定性，又提高了结构强度，例如，拼接图像呈四行三列分布，第一舱体中的两台倾斜相机分别对应第一列中外侧的两个拍摄区域，通过第一舱体的转动，进而拍摄第二列中外侧的两个拍摄区域，最后拍摄第三列中外侧的两个拍摄区域；此时，第二舱体中的两台倾斜相机分别对应第一列中内侧的两个拍摄区域，通过第二舱体的转动，进而拍摄第二列中内侧的两个拍摄区域，最后拍摄第三列中内侧的两个拍摄区域；完成十二个拍摄区域的图像获取。

根据本发明的另一种具体实施方式，第一转轴、第二转轴的转动角度一致，第一舱体的转动范围覆盖了三个连续的拍摄区域，第二舱体的转动范围覆盖了三个连续的拍摄区域，从而实现在同一个拍摄位置，第一舱体、第二舱体转动两次即可完成十二个拍摄区域的图像获取，以形成扩展的拼接图像。

根据本发明的另一种具体实施方式，摄影机构包括十二台倾斜相机，支撑框架上设有载板；十二台倾斜相机阵列设置于载板上。每一台倾斜相机对应一个拍摄区域，当航空器飞行过程中，直接进行拍摄，以获得扩展的拼接图像。特别是在高空拍摄时，由于预设拍摄位置之间的间隔较小，通过少于拍摄平面的倾斜相机数进行拍摄时间，可能出现倾斜相机动作频繁以及倾斜相机运动后的抖动等因素带来的影响，本方案相机无需动作即可完成预设位置扩展的拼接图像的拍摄。

根据本发明的另一种具体实施方式，载板上对应倾斜相机设有相机孔。载板设有牢固固定相机的位置，避免相机发生位移带来对拍摄的不利影响，倾斜相机通过相机孔获得拍摄的视角范围，以完成拍摄。

根据本发明的另一种具体实施方式，相邻的预设拍摄位置获得的扩展的拼接图像之间也有重叠，重叠度为70％—90％，此重叠度范围可满足大部分目标区域建模需求。根据目标区域的复杂程度应尽量选择小的重叠度，以提升拍摄效率。例如对于目标区域是稀疏低矮房屋的航空倾斜摄影选择70％重叠率，对于目标区域是是密集高楼的航空倾斜选择90％重叠率。

本发明中，第一舱体、第二舱体上均设有舵机，控制模块与舵机相连接，以实现控制第一舱体、第二舱体的转动。同时，控制模块与倾斜相机电连接，进一步控制倾斜相机进行拍摄，在控制模块的控制下，完成预设航线内的多个预设拍摄位置的拼接图像获取。

本发明中，根据需要作业的要求，预先设定相机的焦距和精度，在进行拍摄区域中的物体海拔高低较接近的图像时间，可以很好的还原拍摄区域中物体的原始状态，图像的整洁度高，有利于建模。

本发明相比传统倾斜相机布局设置，有效的减轻整个装置的重量和体积，有利于航空摄影，可以适应更多航空器载具；提高作业效率，比传统五镜头作业效率提高超过一倍以上；适用高精度航摄，其高效作业方式可以满足更高精度的航摄作业要求。

本发明中的摄影系统拍摄得到的图像整洁度高、建模精度高，可以广泛应用于土地管理、城市规划、城市管理与建设等多种领域，可以提高更新速度、降低野外的工作量，能够满足大范围、全覆盖、准确度要求高的基础空间信息数据需求的场合。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

1、采用矩阵式扩展的拼接图像，其同一位置拍摄面积大，拍摄效率高，节省拍摄作业的时间；

2、整个拍摄系统结构简单可靠，角度定位精度高，对倾斜相机的要求低，实现了多角度自由拍摄；

3、拍摄的拼接图像方便处理，有利于提高后期建模的效率和模型的精度。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是实施例1的航空摄影系统的拼接图像示意图；

图2是摄影系统的整体结构示意图；

图3是图2的仰视图；

图4是摄影机构的结构示意图；

图5是第一舱体中两台倾斜相机的布局示意图；

图6是第二舱体中两台倾斜相机的布局示意图；

图7是实施例2的结构示意图，其显示了十二台倾斜相机。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种拼接式航空倾斜摄影系统，如图1－6所示，其包括：挂载舱1、摄影机构2、第一舱体3、第二舱体4、控制模块3。

其中，挂载舱1可拆卸地连接航空器，在挂载舱1设有连接件11、支撑框架12、顶部载板13，连接件11设在顶部载板13的上方，以用于快速实现与航空器的连接；支撑框架12设在顶部载板13的下方，控制模块5设在顶部载板13上。

摄影机构2设在支撑框架12上，其包括四台倾斜相机，四台倾斜相机之间可以互换，根据需要作业的区域不同，确定四台倾斜相机的焦距和精度，例如飞行高度为135m，选用焦距为35mm的倾斜相机。每一台倾斜相机均以不同的角度进行安装，使得多个倾斜相机在预设位置的拍摄区域之间相互重叠，形成扩展的拼接图像；其中，四台倾斜相机分别为第一相机21、第二相机22、第三相机23、第四相机24。

如图1所示，在同一个位置的拍摄十二张图像，十二张图像相对于飞行方向呈四行三列分布，且获得的相邻的图像之间有重叠，例如10％的重叠，相邻倾斜相机之间拍摄的图像相互重叠，可以提高扩展的拼接图像的关联度和准确度，有利于图像的拼接及后期的处理，重叠的拼接图像可以等效得到一个范围成倍加大的正摄影像，从而提升航空倾斜摄影拍摄效率。

如图2所示，在支撑框架12设有第一舱体3、第二舱体4，第一相机21、第二相机22固定在第一舱体3中，第一舱体3可以围绕第一转轴141进行连续的摆动，在第一舱体3的底部设有第一开口142，可以为第一相机21、第二相机22提供拍摄需要的视场空间。第三相机23、第四相机24固定在第二舱体4中，第二舱体4可以围绕第二转轴151进行连续的摆动，在第二舱体4的底部设有第二开口152，可以为第三相机23、第四相机24提供拍摄需要的视场空间。其中，第一转轴141上设有第一舵机143、第二转轴151上设有第二舵机153，第一舵机143、第二舵机153均安装在支撑框架12上，为了保持转动的精度和转动过程的平稳性，第一转轴141、第二转轴151与支撑框架12连接的位置设有轴承，以减少转动过程的摩擦力，通过控制模块5控制第一舵机143、第二舵机153进行转动，进而实现第一舱体3、第二舱体4中四台倾斜相机的倾角的改变。

第一相机21、第二相机22的布局如图5所示，第一相机21、第二相机22相对于中心轴L1对称，第一相机21的光轴G1与中心轴L1的夹角为11°，第二相机22的光轴G2与中心轴L1的夹角也为11°。

第三相机23、第四相机24的布局如图6所示，第三相机23、第四相机24相对于中心轴L2对称，其中，中心轴L1和中心轴L2均在垂直于航空器飞行方向的竖直面D1中，且中心轴L1和中心轴L2相互平行。第三相机23的光轴G3与中心轴L2的夹角为33°，第四相机24的光轴G4与中心轴L2的夹角也为33°。

本实施例中，第一转轴、第二转轴的转动角度一致，第一舱体的转动范围覆盖了三个连续的拍摄区域，第二舱体的转动范围覆盖了三个连续的拍摄区域，从而实现在同一个拍摄位置，第一舱体、第二舱体转动两次即可完成十二个拍摄区域的图像获取，以形成扩展的拼接图像。在同一个位置拍摄时(这里的同一位置并不是指航空器停止飞行，而是在第一相机、第二相机的拍摄间隔较小，航空器行走的距离可以忽略不计，整个拍摄过程，航空器匀速飞行)，第一相机、第二相机拍摄对应图1中间两行的六个图像，第三相机、第四相机拍摄对应图1上、下两行的六个图像。

本实施例控制模块与四台倾斜相机通讯连接，从而控制倾斜相机进行拍摄，在控制模块的控制下，完成预设航线内的多个预设拍摄位置的拼接图像获取。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，如图7所示，摄影机构包括十二台倾斜相机6，在支撑框架7上设有载板71，十二台倾斜相机6阵列设置在载板71上；相应的，在载板71上对应倾斜相机6的位置设有相机孔72。十二台倾斜相机6分别对应十二个拍摄位置，从而完成扩展的拼接图像的拍摄。

本实施例中每一台倾斜相机对应一个拍摄区域，在航空器飞行过程中，直接对预设拍摄位置进行拍摄，以获得扩展的拼接图像。特别是在高空拍摄时，由于预设拍摄位置之间的间隔较小，通过少于拍摄平面的倾斜相机数进行拍摄时间，可能出现倾斜相机动作频繁以及倾斜相机运动后的抖动等因素带来的影响，本方案相机无需动作即可完成预设位置扩展的拼接图像的拍摄。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种拼接式航空倾斜摄影系统，其特征在于，所述摄影系统包括：

挂载舱，其可拆卸地连接航空器，所述挂载舱上设有支撑框架；

摄影机构，其设在所述支撑框架上；所述摄影机构包括多个倾斜相机，每一所述倾斜相机均以不同的角度进行安装，使得多个所述倾斜相机在预设位置的拍摄区域之间相互重叠，形成扩展的拼接图像；

控制模块，其设在所述支撑框架上。

2.如权利要求1所述的摄影系统，其特征在于，所述拼接图像为矩阵式拼接图像。

3.如权利要求2所述的摄影系统，其特征在于，所述倾斜相机的镜头为定焦镜头，焦距为20mm-150mm。

4.如权利要求2所述的摄影系统，其特征在于，多个所述倾斜相机的相邻的拍摄区域之间具有10％-15％的重叠。

5.如权利要求2所述的摄影系统，其特征在于，所述拼接图像包括十二个拍摄区域，其呈三行四列或者四行三列进行排布。

6.如权利要求5所述的摄影系统，其特征在于，所述摄影机构包括四台所述倾斜相机，所述支撑框架上设有转动舱，四台所述倾斜相机相对设置于所述转动舱中。

7.如权利要求6所述的摄影系统，其特征在于，所述转动舱包括第一舱体、第二舱体，所述第一舱体中设有两台所述倾斜相机；所述第二舱体中设有两台所述倾斜相机；所述第一舱体围绕第一转轴转动，所述第二舱体围绕第二转轴转动；所述第一转轴、所述第二转轴平行设置。

8.如权利要求7所述的摄影系统，其特征在于，所述第一转轴、所述第二转轴的转动角度一致。

9.如权利要求5所述的摄影系统，其特征在于，所述摄影机构包括十二台所述倾斜相机，所述支撑框架上设有载板；十二台所述倾斜相机阵列设置于所述载板上。

10.如权利要求9所述的摄影系统，其特征在于，所述载板上对应所述倾斜相机设有相机孔。