CN110657782A - 一种新型单镜头立体测绘装置及测绘方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型单镜头立体测绘装置及测绘方法，包括可转动的平面反射镜以及成像探测器，光学镜头设置在平面反射镜以及成像探测器之间，两个星敏感器分别设置在平面反射镜和相机镜筒上。在初始测量时刻，相机前视θ₁度，对A区域成像，并保持该角度继续飞行，完成对AB区域的角度为θ₁的测绘；中间测量时刻，转动平面反射镜，调整相机为前视θ₂度，再次对A区域成像，保持该角度再次成像到B，结束测量，得到AB区域两个角度的图像用于后期处理。本发明的特点是可使用轻量化的单镜头测绘相机实现高定位精度的、可变基高比的灵活测绘，特别适用于高定位精度的轻小型立体测绘卫星。

Description

一种新型单镜头立体测绘装置及测绘方法

技术领域

本发明属于航天测绘技术领域，涉及一种适用于对地观测的可变基高比立体测绘技术，特别是涉及一种新型单镜头立体测绘装置及测绘方法。

背景技术

测绘相机的主要功能是对地表进行立体摄影，获取地物的多维图像数据，利用测绘处理技术对图像数据进行处理，精确测定地形、地貌、地物的形状、大小、空间位置等信息，生成支持战场作战和经济建设的各种保障性产品。

随着航天遥感器技术的迅速发展，对测绘相机的轻量化和灵活性的要求不断提高。

目前的测绘方案中，以“资源三号”为代表的三镜头三线阵成像方式的精度最高，地面分辨率为两米，可以绘制1:5万的大比例尺图像。但是三镜头三线阵成像方式有着先天不足，该方案由前视、正视和后视三个相同的相机组成，有着大量的重量冗余，不利于相机小型化。

另一方面，基高比也是立体测绘技术中的重要指标之一，其定义是摄影基线B与摄影航高H之比，用于确定立体观测的交会角大小。当基高比过大时，地物受阴影和遮拦的影响较大，不适合用于陡峭地物(包括城市)的三维测量；当基高比过小时，地物侧面的纹理特征不清晰。

美国商业测绘卫星IKONOS-2和法国的SPOT卫星拥有单镜头实现立体测绘的能力。它们是通过卫星姿态摆动的方式改变对地面的测绘角度，实现立体测绘，验证了单镜头立体测绘的可能性，增加了测绘的灵活性。

然而，整星摆动改变测绘角度的测绘方法要求卫星频繁地改变姿态来完成对地面不同角度的扫描。因此采用整星摆动方法对卫星燃料的消耗严重，极大地缩短卫星的在轨寿命。

发明内容

针对上述情况，为了解决现有技术缺陷，本发明目的在于提供一种新型单镜头立体测绘技术，该技术可以实现高定位精度、可变基高比和轻量化，适用于高定位精度的轻小型立体测绘卫星。

本发明的技术方案是：

一种新型单镜头立体测绘装置，包括可转动的平面反射镜以及成像探测器，光学镜头设置在平面反射镜以及成像探测器之间，第一星敏感器设置与平面反射镜的反射面相反的另一面上，第二星敏感器设置在相机镜筒上；光线通过可转动的平面反射镜折转由光学镜头会聚，最终聚焦在成像探测器上。

在上述的一种新型单镜头立体测绘装置，所述的光学镜头是折射式镜头或者折射式镜头或者折返式镜头或者反射式镜头。

在上述的一种新型单镜头立体测绘装置，成像探测器是线阵TDI探测器或者面阵CMOS探测器。

在上述的一种新型单镜头立体测绘装置，可转动的平面反射镜能够在设定的角度范围内转动，从而改变相机对地面的测绘角度θ。

在上述的一种新型单镜头立体测绘装置，相机采用不同的测绘角度θ₁和θ₂扫描同一地面区域，得到该区域的立体测绘图像，测绘角度θ₁和θ₂能够采用不同的组合角度，从而实现可变基高比的立体测绘。

一种新型单镜头立体测绘方法，其特征在于，包括：

在初始测量时刻，相机前视θ₁度，对A区域成像，并保持该角度继续飞行，完成对AB区域的角度为θ₁的测绘；中间测量时刻，转动平面反射镜，调整相机为前视θ₂度，再次对A区域成像，保持该角度再次成像到B，结束测量，得到AB区域两个角度的图像用于后期处理。

所述测绘过程使用平面反射镜来改变测绘角度，角度切换时间快。

所述的相机采用前视成像，需要的平面反射镜大小比后视成像的小，有利于轻量化。

所述的测绘角度θ₁和θ₂可以根据任务需要在设定的角度范围内任意选择，从而实现可变基高比的立体测绘。

所述的新型单镜头立体测绘方法能够有效实现在一个轨道周期内多次、多角度地对同一目标进行探测。

所述的星敏感器组件分别测定光学镜头的光轴指向角度和反射镜的工作角度，从而精确测定相机对地的测绘角度，消除反射镜的机械转动误差，提高相机的定位精度。

本发明与现有技术相比有如下有益效果：

1.本发明通过引入可转动的平面反射镜，使测绘相机对地面的测绘角度灵活可变，既可以根据不同特征的地物，实现可变基高比的立体测绘，又可以实现一次过境，对目标区域多角度测绘。

2.本发明仅使用单镜头就可实现立体测绘功能，有利于新型测绘相机的轻小型化设计，为测绘卫星的小型化设计提供了新的思路及技术支持。

附图说明

图1为背景技术中资源三号卫星示意图。

图2为本发明新型单镜头立体测绘相机的核心结构示意图。

图3为本发明方案采用两个角度测绘的实施例工作示意图。

图4为本发明方案采用多个角度测绘的实施例工作示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的一种具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其它方式来实施，因此，本发明不受以下公开的具体实施例的限制。

如图2所示为本发明的核心结构示意图，由图可知本发明所述的新型单镜头立体测绘装置包括：可转动的平面反射镜1、光学镜头2、成像探测器3、星敏感器A 4、星敏感器B5。光线通过可转动的平面反射镜1折转与光学镜头2会聚，最终聚焦在成像探测器3上。

所述的可转动的平面反射镜1可以在22.5°≤α≤45°范围内转动，从而改变相机对地面的测绘角度θ，使θ在0到45°之间变化。

相机采用不同的测绘角度θ₁和θ₂扫描同一地面区域，得到该区域的立体测绘图像。

所述的测绘角度θ₁和θ₂可以采用不同的组合角度，从而实现可变基高比的立体测绘。

所述的θ₁＝45°时，相机对地面进行前视45°扫描；θ₂＝0时，相机对地面进行正视扫描。其工作过程如图3所示：

初始时刻，相机处于前视45°工作状态，卫星位于位置①，此时相机对地面A区域成像；随着卫星向前飞行，相机保持前视45°工作状态对地面扫描成像，一直持续到卫星飞到位置②处，此时相机完成了对AB段的第一次扫描；卫星位于位置②时，转动反射镜，相机转换到正视工作状态，相机再次对星下点A区域成像；卫星继续向前飞行，相机保持正视工作状态完成AB段的第二次扫描。

相机的两次扫描分别得到AB段不同角度的图像，对两个角度的图像进行后期处理，从而得到AB段的三维立体图像。

所述的可变基高比的单镜头立体测绘相机能够实现在一个轨道周期内多次、多角度地对同一目标进行探测。其工作过程如图4所示：

一开始，相机保持前视θ₁工作状态，完成对敏感区域θ₁的成像；之后，相机转动平面反射镜，保持前视θ₂工作状态再次对敏感区域成像；然后，相机再次转动平面反射镜，保持前视θ₃工作状态继续对敏感区域成像；最后，相机调整为正视工作状态，完成对敏感区域的扫描。

所述的星敏感器A 4用来测定可转动反射镜的工作角度α的值，星敏感器B 5用来测定光学镜头的光轴6的方向，从而精确测定相机对地的光轴7的指向，提高相机的定位精度。

以上所述仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种新型单镜头立体测绘装置，其特征在于，包括可转动的平面反射镜以及成像探测器，光学镜头设置在平面反射镜以及成像探测器之间，第一星敏感器设置与平面反射镜的反射面相反的另一面上，第二星敏感器设置在相机镜筒上；光线通过可转动的平面反射镜折转由光学镜头会聚，最终聚焦在成像探测器上。

2.根据权利要求1所述的一种新型单镜头立体测绘装置，其特征在于，所述的光学镜头是折射式镜头或者折射式镜头或者折返式镜头或者反射式镜头。

3.根据权利要求1所述的一种新型单镜头立体测绘装置，其特征在于，成像探测器是线阵TDI探测器或者面阵CMOS探测器。

4.根据权利要求1所述的一种新型单镜头立体测绘装置，其特征在于，可转动的平面反射镜能够在设定的角度范围内转动，从而改变相机对地面的测绘角度θ。

5.根据权利要求1所述的一种新型单镜头立体测绘装置，其特征在于，相机采用不同的测绘角度θ₁和θ₂扫描同一地面区域，得到该区域的立体测绘图像，测绘角度θ₁和θ₂能够采用不同的组合角度，从而实现可变基高比的立体测绘。

6.一种采用权利要求1所述的新型单镜头立体测绘装置的测绘方法，其特征在于，包括：

在初始测量时刻，相机前视θ₁度，对A区域成像，并保持该角度继续飞行，完成对AB区域的角度为θ₁的测绘；中间测量时刻，转动平面反射镜，调整相机为前视θ₂度，再次对A区域成像，保持该角度再次成像到B，结束测量，得到AB区域两个角度的图像用于后期处理；

所述测绘过程使用平面反射镜来改变测绘角度，角度切换时间快；

所述的相机采用前视成像，需要的平面反射镜大小比后视成像的小，有利于轻量化；

所述的测绘角度θ₁和θ₂可以根据任务需要在设定的角度范围内任意选择，从而实现可变基高比的立体测绘。

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