CN111526283B - 一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统，解决现有航拍相机的曝光时间上限阈值难以确定，导致航拍图像质量较低的问题。该方法包括：步骤一、获取航拍相机参数；步骤二、获取载机飞行参数；步骤三、计算航拍相机曝光时间上限阈值；步骤四、获取不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值。该航拍相机曝光时间上限阈值获取系统中，POS模块用于提供载机飞行参数，相机参数设置模块用于设置航拍相机参数；数据处理模块用于采集载机飞行参数和航拍相机参数，并将获取的数据进行处理，得到航拍相机曝光时间上限阈值；传输模块将航拍相机曝光时间上限阈值输出至航拍相机，电源模块为整个系统供电。

Description

一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统
技术领域
本发明属于航空成像领域，具体涉及一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统。
背景技术
航拍相机在拍照时会存在像移问题，即由于航拍相机与拍摄目标存在相对运动，拍摄目标在曝光时间内在探测器上所成像的位置会移动。当像移量过大(即当曝光时内相对运动量过大)时会引起图像模糊及拖尾效应，造成成像质量下降。
成像质量是航拍相机重要指标，而像移是影响成像质量的重要因素。在没有额外增加像移补偿装置和/或机构的情况下，通过缩减拍摄时的曝光时间可以有效减小像移量，从而保证成像质量。但过分减小曝光时间可能会造成拍摄的图像较暗，造成目标细节的丢失，同时降低了航拍相机的光照度适应范围。另外，在不同的飞行和拍摄条件下，曝光时间是否超出获得清晰图像的曝光时间上限阈值是一个变量，航拍相机的曝光时间上限阈值与载机的运动速度、姿态、拍摄距离以及配装的镜头焦距等都有直接关系，造成航拍相机的曝光时间上限阈值难以确定，导致航拍图像质量较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统，解决现有航拍相机的曝光时间上限阈值难以确定，导致航拍图像质量较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法，包括以下步骤：
步骤一、获取航拍相机参数；
所述航拍相机参数包括图像探测器的像元尺寸Δ和相机配装镜头焦距f；
步骤二、获取载机飞行参数；
所述载机飞行参数包括飞行速度v、载机飞行高度h和相机倾角θ；
步骤三、计算航拍相机曝光时间上限阈值；
将步骤一获取的航拍相机参数和步骤二获取的载机飞行参数进行如下处理，得到航拍相机曝光时间上限阈值tmax；
Figure GDA0002884597380000021
步骤四、获取不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值；
重复步骤一至步骤三，获取不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值，并将不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值输出给航拍相机，航拍相机在上限阈值范围内进行曝光拍摄，获取高质量航拍图像。
进一步地，步骤一中，通过一个16位编码开关获取图像探测器的像元尺寸，其中高8位为整数位，低8位为小数位，实现0～255.99609375um的像元尺寸范围，基本可以覆盖目前所有的图像探测器像元尺寸；通过另一个16位编码开关获取相机配装镜头焦距，其中高12位为整数位，低4位为小数位，实现0～4095.9375mm的焦距范围，可以适应大多数航拍相机的镜头焦距。
同时，本发明还提供了一种航拍相机曝光时间上限阈值获取系统，包括POS模块、相机参数设置模块、数据处理模块、传输模块和电源模块；所述POS模块用于提供载机飞行参数，所述载机飞行参数包括飞行速度v、载机飞行高度h和相机倾角θ；所述相机参数设置模块用于预先设置航拍相机参数，所述航拍相机参数包括相机配装镜头焦距f和图像探测器的像元尺寸Δ；所述数据处理模块分别与POS模块、相机参数设置模块连接，用于实时采集当前载机飞行参数和航拍相机参数，并将获取的数据通过公式(3)进行处理，得到当前飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值tmax；
Figure GDA0002884597380000022
所述传输模块与数据处理模块连接，并将数据处理模块得到的航拍相机曝光时间上限阈值输出至航拍相机；所述电源模块分别与POS模块、相机参数设置模块、数据处理模块、传输模块连接，为整个系统供电。
进一步地，所述相机参数设置模块为编码开关。
进一步地，所述数据处理模块与POS模块为RS422通讯方式。
进一步地，所述传输模块与航拍相机为RS422通讯方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明提供一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统，使得航拍相机以更佳的曝光时间拍摄而非一味缩减曝光时间，从而获得清晰的高质量航拍图像。
2.本发明提供一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统，可以根据飞行实时数据自动更新航拍相机的曝光时间上限值，无需人为干预或提前设定。
3.本发明提供一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统，使得航拍相机可以适应不同的载机平台，如无人机、有人机、热气球等。
4.本发明提供一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统，使得航拍相机可以适应不同的载机运动速度、拍摄距离以及配装的镜头焦距等。
附图说明
图1为本发明航拍相机曝光时间上限阈值获取系统的组成框图；
图2为本发明航拍相机曝光时间上限阈值获取方法的航拍几何光学物像关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
本发明提出了一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统，该方法可实时计算不同载机平台、飞行条件以及配装不同镜头时航拍相机的曝光时间上限阈值，获得高质量的航拍图像。
如图1所示，本发明提供的航拍相机曝光时间上限阈值获取系统包括POS模块(导航定位定向模块，简称POS模块)、相机参数设置模块、数据处理模块、传输模块和电源模块。其中POS模块提供载机飞行参数(包括飞行速度v、载机飞行高度h和相机倾角θ等)；相机参数设置模块为编码开关，用于预先设置航拍相机参数，航拍相机参数包括相机配装镜头焦距f和图像探测器的像元尺寸Δ；数据处理模块分别与POS模块、相机参数设置模块连接，实时采集当前载机飞行参数和航拍相机参数，并将这些参数进行运算，得到当前飞行条件下的航拍相机的曝光时间上限阈值；传输模块与数据处理模块连接，并将计算的结果输出至航拍相机；电源模块分别与POS模块、相机参数设置模块、数据处理模块、传输模块连接，为整个系统供电。
RS422协议简单，接口方便，是一种在各个领域广泛应用的全双工通讯方式。因此，本发明系统的传输模块与航拍相机的优选通讯方式为RS422，数据处理模块与POS模块的优选通讯方式为RS422。
根据几何光学物像关系，如图2所示，成像靶面上的像移量x为：
Figure GDA0002884597380000041
其中，v为飞行速度，h为飞行高度，t为航拍相机的曝光时间，x为t曝光时间内产生的像移量。
相机下视拍摄时，曝光时间内产生的像移量x≤1/2像元尺寸，可认为图像是清晰的。此时，曝光时间上限值需满足：
Figure GDA0002884597380000042
其中，Δ为图像探测器的像元尺寸(pixel size)；
当飞机倾斜或相机横滚拍摄时，曝光时间上限值需满足：
Figure GDA0002884597380000043
基于上述原理，本发明提供的航拍相机曝光时间上限阈值获取方法，包括以下步骤：
步骤一、获取航拍相机参数；
航拍相机参数包括图像探测器的像元尺寸Δ和相机配装镜头焦距f；图像探测器的像元尺寸Δ通过一个16位编码开关获取，单位为um，其中高8位为整数位，低8位为小数位，可实现0～255.99609375um的像元尺寸范围；相机配装镜头焦距f通过另一个16位编码开关获取，单位为mm，其中高12位为整数位，低4位为小数位，可实现0～4095.9375mm的焦距范围；
步骤二、获取载机飞行参数；
数据处理模块通过与POS模块实时交互，获取载机飞行参数，载机飞行参数包括飞行速度v、载机飞行高度h、相机倾角θ等；
步骤三、计算航拍相机曝光时间上限阈值；
将步骤一获取的航拍相机参数和步骤二获取的载机飞行参数按照式(3)进行实时计算，得到航拍相机曝光时间上限阈值tmax；
Figure GDA0002884597380000051
步骤四、获取不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值；
重复步骤一至步骤三，获取不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值，并将不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值输出给航拍相机；航拍相机在该上限阈值范围内进行曝光拍摄，获取清晰的高质量航拍图像。
本发明提供的航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统使得航拍相机以更佳的曝光时间拍摄而非一味缩减曝光时间，从而获得清晰的高质量航拍图像。同时，该系统和方法可以根据飞行实时数据自动更新航拍相机的曝光时间上限值，无需人为干预或提前设定。
本发明提供的航拍相机曝光时间上限阈值获取方法及获取系统使得航拍相机可以适应不同的载机平台，如无人机、有人机、热气球等。此外，该系统和方法使得航拍相机可以适应不同的载机运动速度、拍摄距离以及配装的镜头焦距等。

Claims (6)

1.一种航拍相机曝光时间上限阈值获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、获取航拍相机参数；
所述航拍相机参数包括图像探测器的像元尺寸Δ和相机配装镜头焦距f；
步骤二、获取载机飞行参数；
所述载机飞行参数包括飞行速度v、载机飞行高度h和相机倾角θ；
步骤三、计算航拍相机曝光时间上限阈值；
将步骤一获取的航拍相机参数和步骤二获取的载机飞行参数进行如下处理，得到航拍相机曝光时间上限阈值tmax；
Figure FDA0002884597370000011
步骤四、获取不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值；
重复步骤一至步骤三，获取不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值，并将不同飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值传输给航拍相机，航拍相机在上限阈值范围内进行曝光拍摄，获取高质量航拍图像。
2.根据权利要求1所述的航拍相机曝光时间上限阈值获取方法，其特征在于：步骤一中，通过一个16位编码开关获取图像探测器的像元尺寸，其中高8位为整数位，低8位为小数位，实现0～255.99609375um的像元尺寸范围；通过另一个16位编码开关获取相机配装镜头焦距，其中高12位为整数位，低4位为小数位，实现0～4095.9375mm的焦距范围。
3.一种航拍相机曝光时间上限阈值获取系统，其特征在于：包括POS模块、相机参数设置模块、数据处理模块、传输模块和电源模块；
所述POS模块用于提供载机飞行参数，所述载机飞行参数包括飞行速度v、载机飞行高度h和相机倾角θ；
所述相机参数设置模块用于预先设置航拍相机参数，所述航拍相机参数包括相机配装镜头焦距f和图像探测器的像元尺寸Δ；
所述数据处理模块分别与POS模块、相机参数设置模块连接，用于实时采集当前载机飞行参数和航拍相机参数，并将获取的数据通过公式(3)进行处理，得到当前飞行条件下的航拍相机曝光时间上限阈值tmax；
Figure FDA0002884597370000021
所述传输模块与数据处理模块连接，并将数据处理模块得到的航拍相机曝光时间上限阈值输出至航拍相机；
所述电源模块分别与POS模块、相机参数设置模块、数据处理模块、传输模块连接，为整个系统供电。
4.根据权利要求3所述的航拍相机曝光时间上限阈值获取系统，其特征在于：所述相机参数设置模块为编码开关。
5.根据权利要求3或4所述的航拍相机曝光时间上限阈值获取系统，其特征在于：所述数据处理模块与POS模块为RS422通讯方式。
6.根据权利要求5所述的航拍相机曝光时间上限阈值获取系统，其特征在于：所述传输模块与航拍相机为RS422通讯方式。
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