CN113296349A - 一种航空摄影相机成像时间测定装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航空摄影相机成像时间测定装置及测定方法，属于航空摄影技术领域，其特征在于，高速led显示板包括四排单色发光二极管，其中第一至三排各单色发光二极管按快门速度进位，第四排4个单色发光二极管按五分之一快门速度进位；用于调节发光二极管亮度值的led亮度调节板；控制高速led显示板显示状态、被测移动摄影设备拍照状态的MCU控制板；用于工作模式、参数设置及装置运行状态显示的HMI；根据相机焦距调节长度的成像箱；用于分析相机相片，计算成像时间的计算机。本发明能够提高航空摄影所得每张相片坐标及姿态角的计算准确程度，进而能够提高无人机测绘免相控技术测图精度，实现大比例尺免相控测图。
Description
技术领域
本发明属于航空摄影技术领域，具体涉及一种航空摄影相机成像时间测定装置及测定方法。
背景技术
无人机航空摄影技术是一种新兴的测绘数据采集技术，通过预设地面控制点、无人机高重叠度拍照、后期空三解算等获取地面三维成果。其中，地面控制点的布置费时费力，限制着无人机测图项目进度。如何少布控制点，实现免相控，是测绘界所关注的一个重要课题。
为了实现免相控技术，必须获得成像瞬间相片的准确pos数据(坐标与姿态等数据)。相片pos数据越准确，所需控制点越少，能够进行更大比例尺免相控测图。为了获取相片准确的pos数据，需使用高精度GNSS接收机和IMU芯片，然而从航测设备发出指令到相片成像却有一个时间延迟(以下简称，成像时间)，如果该延迟测量不准确，无论GNSS和IMU精度多高，都会影响相片pos数据的准确程度，使得免相控失败，或者只能进行小比例尺免相控航测。
成像时间测定是否准确，限制着免相控技术的发展，以目前应用较广的油电混固定翼无人机为例，其飞行速度较快约30m/s，若成像时间为50ms，则无人机已飞出150cm，难以达到免相控所需精确的相片pos数据，若成像延迟为10ms，无人机已飞出30cm，仅能满足中、小比例尺免相控要求，即使成像延迟误差缩小到2ms，无人机亦已飞出6cm，仅能满足较大比例尺免相控要求。
成像时间共包括两段延迟时间，一是控制电路延迟，二是相机快门延迟。其中，控制电路延迟，指航测核心MCU发出的信号，通过继电器等电器元件组成的控制电路，到触发相机继电器二次侧导通所用的控制信号延迟时间；相机快门延迟，指触发相机继电器二次侧导通，至相机成像瞬间所用延迟时间。
目前，本领域人员普遍采用以下方法作为相机快门延迟时间确定方法，采用高速可控发光设备作为拍摄对象及时间显示器，使用时，同时给高速发光设备和相机发出指令，高速发光设备根据已设定好的定时器，规则的闪烁计时，而相机成像瞬间，根据相片中高速发光设备中显示要素状态是0或1(熄灭或点亮)，确定快门延迟，理论上能够将快门延迟误差限制在毫秒级。为了确定成像时间，武汉大学发明专利CN201510219198.7提出了一种相机快门延迟时间测量装置及方法，能够将相机快门延迟时间误差缩小到2ms左右，其并未测量控制电路延迟时间，在不使用高速控制电路的航测设备上，使用该方法所测成像延迟，误差将在2-20ms，甚至更高，即使使用高速控制电路，由于在成像时间内，7段数码管所表示的各数字位可能发生变化，无法得到有效测量结果。消除成像时间延迟主流技术手段，还包括，使用相机热靴或pc端口引出相机闪关灯控制信号，并反馈给航测核心MCU，这种方法理论上可以在极低误差(100us以下)下获得相机成像时间，但是在移动摄影领域，特别是无人机航空摄影领域，因为以下几种原因，此方法并不能完全适用：1)相机本身不带有反馈接口，或者反馈接口与快门动作间仍有毫秒级以上误差；2)摄影条件恶劣，系统插拔接口过多，接触不良时有发生，由此可能造成部分相片无法获取pos数据，需重新拍摄；3)尽量缩小体积减轻重量是航空摄影集成系统发展方向，而使用相机反馈线必定需增加集成系统电子器件和引线等。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题，提供一种航空摄影相机成像时间测定装置及测定方法，用于解决现有成像时间测定装置或方法存在的误差较大、所测时间段不完全等问题。
本发明的第一目的是提供一种航空摄影相机成像时间测定装置，包括：
高速led显示板(3)，所述高速led显示板(3)包括四排单色发光二极管，每排单色发光二极管为四个单色发光二极管，并采用二进制编码显示时间，其中第一至三排各单色发光二极管按快门速度进位，第四排4个单色发光二极管按五分之一快门速度进位；
用于调节发光二极管亮度值的led亮度调节板(4)；
控制高速led显示板(3)显示状态、被测移动摄影设备(7)拍照状态的MCU控制板(2)；
用于工作模式、参数设置及装置运行状态显示的HMI(8)；
根据相机焦距调节长度的成像箱(5)，所述成像箱(5)包括外套(9)和内筒(10)，所述外套(9)套接于内筒(10)的外侧；
用于分析相机相片，计算成像时间的计算机(6)；其中：
所述MCU控制板(2)的17个I/O口分别与高速led显示板(3)中发光二极管、被测移动摄影设备(7)拍照控制输入信号接收端口相连；所述HMI(8)与MCU控制板(2)通过RS-232串行总线相连；所述计算机(6)与被测移动摄影设备(7)相连；所述高速led显示板(3)与外套(9)外端相连，发光面朝向成像箱(5)内部，所述被测移动摄影设备(7)镜头朝向成像箱(5)内部与内筒(10)外端相连。
优选地，每个发光二极管处设置有隔离套管(11)。
优选地，所述隔离套管(11)采用铝合金材质，形状为圆筒形，内壁采用碳纳米管吸光涂料涂装，垂直连接于高速led显示板(3)上。
优选地，在第一排单色发光二极管之前增设最少一排单色发光二极管。
优选地，所述被测移动摄影设备(7)的相机快门速度不大于1/1000。
优选地，所述成像箱(5)采用铝合金材质，形状为长方体形，外套和内筒的内壁采用碳纳米管吸光涂料涂装。
优选地，所述MCU控制板(2)包括定时模块。
优选地，工作模式包括所述设置模式，测试模式和测量模式；其中：
设置模式：用于设置基础参数；包括设定高速led显示板(3)各排单色发光二极管进位对应的基础时间，调整成像箱(5)长度使得高速led显示板(3)各排单色发光二极管能够正常成像；
测试模式：用于调整发光二极管亮度状态，直到可根据相片灰度，将快门时间内高速led显示板(3)第四排各单色发光二极管点亮次数识别为五个等级的成像强度；
测量模式：用于测定被测移动摄影设备(7)成像时间。
本发明的第二目的是提供一种航空摄影相机成像时间测定方法，基于上述航空摄影相机成像时间测定装置实现，具体包括如下步骤：
S1：系统上电，打开开关电源(1)与被测移动摄影设备(7)电源；
S2：进入设置模式，设置基本参数；
S3：退出设置模式，进入测试模式；
S4：通过led亮度调节板(4)调整发光二极管亮度状态，直到根据相片灰度，将第四排各单色发光二极管点亮次数识别为五个等级的成像强度为止；
S5：退出测试模式，进入测量模式；
S6：MCU控制板(2)发出拍照指令，令被测移动摄影设备(7)相机拍照，同时开始计时，并启动高速led显示板(3)进位显示；
S7：延迟1s；
S8：重复5次上述步骤S6至S7；
S9：将计算机(6)与被测移动摄影设备(7)相连，读取所拍摄的相片，通过计算机(6)程序，分析计算成像时间。
优选地，所述S2具体方法步骤为：
S2-1：调整成像箱(5)长度，直到高速led显示板(3)各排单色发光二极管能够正常成像；
S2-2：设定相机快门时间五分之一作为发光二极管进位周期；
S2-3：设定没拍发光二极管状态，具体方法是，每排发光二极管根据二极管亮灭共分10种状态，分别为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001；
S2-4：设定各排发光二极管进位方法，具体方法为，第一排、第二排、第三排之间按照十进制进位，分别表示以1个快门时间为基的百位、十位、个位，均为快门时间整数倍；
S2-5：对相机拍摄所得前三排发光二极管亮度进行分级，具体方法是，将相机拍照所得前三排发光二极管亮度等级分为“零”级、“零+”级、“一”级，分别代表在相机成像的快门时间内该发光二极管长灭、亮灭或灭亮一次、常亮；
S2-6：设定相机成像快门时间内前三排发光二极管变化过程中相机成像中间态，具体方法是当前三排某一排发光二极管进位过程中被相机拍照，则二极管进位过程与中间态对应关系为：
0000向0001转变，相片成像对应中间态为零、零、零、零+；
0001向0010转变，相片成像对应中间态为零、零、零+、零+；
0010向0011转变，相片成像对应中间态为零、零、一、零+；
0011向0100转变，相片成像对应中间态为零、零+、零+、零+；
0100向0101转变，相片成像对应中间态为零、一、零、零+；
0101向0110转变，相片成像对应中间态为零、一、零+、零+；
0110向0111转变，相片成像对应中间态为零、一、一、零+；
0111向1000转变，相片成像对应中间态为零+、零+、零+、零+；
1000向1001转变，相片成像对应中间态为一、零、零、零+；
1001向0000转变，相片成像对应中间态为零+、零、零、零+；
S2-7：将第四排发光二极管对应像素亮度等级分为0、1、2、3、4共5个主亮度等级，分别代表成像快门时间内，该位置发光二极管灭、点亮五分之一快门时间、点亮五分之二快门时间、点亮五分之三快门时间、点亮五分之四快门时间，根据其点亮时间范围，将像素亮度等级分为4个辅亮度等级0+、1+、2+、3+，分别对应发光二极管点亮时间不足五分之一、不足五分之二、不足五分之三、不足五分之四；
S2-8：设定相机成像快门时间内第四排发光二极管变化过程中相机成像中间态，具体方法是，在相机成像快门时间内，第四排发光二极管状态转变过程被相机拍照，则对应上述10种标准状态，第四排发光二极管变化过程中相机成像中间态以像素亮度等级表示为：
0000向0101转变，对应像素亮度等级为0、1+、2、2+；
0001向0110转变，对应像素亮度等级为0、2+、2+、2；
0010向0111转变，对应像素亮度等级为0、3+、3、2+；
0011向1000转变，对应像素亮度等级为0+、4、2+、2+；
0100向1001转变，对应像素亮度等级为1+、3+、2、2+；
0101向0000转变，对应像素亮度等级为2、2+、2、2+；
0110向0001转变，对应像素亮度等级为2、1+、1+、2+；
0111向0010转变，对应像素亮度等级为2、0+、1、2+；
1000向0011转变，对应像素亮度等级为1+、0、1+、2+；
1001向0100转变，对应像素亮度等级为0+、0+、2、2+；
所述S4具体步骤为：
S4-1：通过led亮度调节板(4)，调整各发光二极管亮度状态以及被测移动摄影设备(7)相机光圈和ISO；
S4-2：设定MCU控制板(2)的定时器为测试定时器，MCU控制板(2)发出拍照指令，令被测移动摄影设备(7)相机拍照，同时开始计时并令高速led显示板(3)显示
S4-3：延迟1s；
S4-4：将测试定时器时间设置为五分之一快门时间，开始计时并令高速led显示板(3)显示，测试定时器溢出后，MCU控制板(2)发出拍照指令，令被测移动摄影设备(7)相机拍照；
S4-5：延迟1s；
S4-6：将测试定时器时间设置为五分之二快门时间，开始计时并令高速led显示板(3)显示，测试定时器溢出，MCU控制板(2)发出拍照指令，令被测移动摄影设备(7)相机拍照，延迟1s，以此类推，直到第五次拍照后结束；
S4-7：将计算机(6)与被测移动摄影设备(7)相连，通过计算机(6)显示五次拍照结果，根据相片中显示要素发光二极管的灰度，判断是否能够将高速led显示板(3)第四排各单色发光二极管点亮次数转换为五个等级，若不能，循环S4过程，若能，测试模式结束。
所述S9具体分析计算方法步骤为：
S9-1：计算第一排发光二极管对应的以快门时间为基数的百数位x1，具体方法为：
对于第一排发光二极管，若其显示为中间态，认为其状态为该中间态转变后对应的下一标准状态，若其显示为标准状态，认为其状态即为该标准状态，将该状态对应二进制数转换为十进制，即为对应的以快门时间为基数的百数位x1；
S9-2：计算第二排发光二极管对应的以快门时间为基数的十数位x2，具体方法为：
对于第二排发光二极管，若其显示为中间态，认为其状态为该中间态转变后对应的下一标准状态，若其显示为标准状态，认为其状态即为该标准状态，将该状态对应二进制数转换为十进制，即为对应的以快门时间为基数的十数位x2；
S9-3：计算第三排发光二极管对应的以快门时间为基数的个数位x3，具体方法为：
对于第三排发光二极管，若其显示为中间态，认为其状态为该中间态转变后对应的下一标准状态，若其显示为标准状态，认为其状态即为该标准状态，将该状态对应二进制数转换为十进制，即为对应的以快门时间为基数的个数位x3；
S9-4：计算以快门时间为精度的成像时间T1，公式为：
T1＝(x1*100+x2*10+x3)*t；
式中t为相机快门时间；
S9-5：计算以五分之一快门时间为精度的成像时间T，具体方法为：
根据相片上第四排发光二极管对应像素亮度等级，计算以五分之一快门时间为精度的成像时间T2为：
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0、1+、2、2+或2、2+、2、2+时，T2＝T1；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0、2+、2+、2或2、1+、1+、2+时，T2＝T1+t/5；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0、3+、3、2+或2、0+、1、2+时，T2＝T1+t*2/5；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0+、4、2+、2+或1+、0、1+、2+时，T2＝T1+t*3/5；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为1+、3+、2、2+或0+、0+、2、2+时，T2＝T1+t*4/5；
S9-6：计算最终成像时间，公式为T＝T2-t*1/2。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明可用于航空摄影等利用相机类传感器通过移动获取空间地理信息类的测量系统中，精确测定从控制器发出指令到相机成像所用时间，并将误差数量级限定在五分之一快门时间，由此，结合高精度GNSS接收机和IMU，可以获取相片的高精度pos数据。
例1，某航空摄影系统使用的相机快门速度为1/1000，使用普通成像时间测量装置，误差最小为1ms，使用本发明误差为200μs；
例2，某航空摄影系统使用的相机快门速度为1/2000，使用普通成像时间测量装置，误差最小为1ms，使用本发明误差为100μs。
附图说明
图1本发明优选实例的电路框图；
图2本发明优选实例中成像箱的结构示意图；
图3本发明优选实例中高速led显示板的结构示意图；
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”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1至图3所示，本发明的技术方案为：
一种航空摄影相机成像时间测定装置，主要包括开关电源1、MCU控制板2、高速led显示板3、led亮度调节板4、成像箱5、计算机6、被测移动摄影设备7、HMI8。其中：
所述开关电源1分别与MCU控制板2及led亮度调节板4相连，为两者提供DC 12V直流电源；
所述被测移动摄影设备7，包括航空摄影专业相机，航空摄影专业相机具有拍照控制信号接收端口，相机快门速度小于等于1/1000；
所述高速led显示板3包括4排单色发光二极管，每排4个单色发光二极管12，并采用二进制编码显示时间，其中第一至三排各单色发光二极管按快门速度进位，第四排4个单色发光二极管按五分之一快门速度进位，每个发光二极管使用隔离套管11相隔，防止发光时相互影响，对于被测移动摄影设备7成像时间过长的，可在第一排之前增设最少一排单色发光二极管；
所述隔离套管采用铝合金材质，形状为圆筒形，内壁采用碳纳米管吸光涂料涂装，竖直连接于高速led显示板高度要高于发光二极管高度；
所述led亮度调节板与高速led显示板相连，用于调节发光二极管亮度值；
所述MCU控制板具备18个高速I/O口，具备一个RS-232通信接口，具备电源输入接口，核心处理器为ARM单片机；
所述MCU控制板提供17个I/O口分别与高速led显示板中发光二极管及被测移动摄影设备拍照控制输入信号接收端口相联，控制高速led显示板显示，及被测移动摄影设备拍照；
所述成像箱采用铝合金材质，形状为长方体形，内壁采用碳纳米管吸光涂料涂装，抽屉式设计，共两层，包括外套9和内筒10，可根据相机焦距调节长度；
所述高速led显示板与外套外端相连，发光面朝向成像箱内部，所述被测移动摄影设备镜头朝向成像箱内部与内筒外端相连，高速led显示板及被测移动摄影设备与成像箱连接后，将所有漏光缝隙用黑色吸光布堵死；
所述计算机6与被测移动摄影设备相连，用于分析相机相片，计算成像时间；
所述HMI与MCU控制板通过RS-232串行总线相连，用于工作模式、参数设置及装置运行状态显示。
本发明在测定成像时间时，不仅可以根据相片中高速led显示板上作为显示要素的发光二极管等的点亮或熄灭两个状态来进行判断，同时，可对显示要素在相片中成像亮度进行亮度等级划分，综合考虑每个显示要素成像亮度等级，确定成像时间。
测量模式用于具体实施测定移动摄影设备成像时间；
所述MCU控制板具备定时器功能；
对于被测移动摄影设备相机快门速度为1/1000或更快时，高速led显示板各排内发光二极管均按快门速度以二进制进位，每排设有0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001共10种标准状态，第一排、第二排、第三排之间按照十进制进位，分别表示以1个快门时间为基的百位、十位、个位，均为快门时间整数倍；相机拍照所得前三排发光二极管亮度等级可分为零级、零+级、一级，分别代表在相机成像的快门时间内该发光二极管长灭、亮灭或灭亮一次、常亮；在相机成像快门时间内，前三排内各排发光二极管状态或有相邻标准状态间转变，在相片上对应位置呈现亮度等级不同的中间态，例，若相机快门打开时，前三排中某一排标准状态为0000，在快门时间内变为0001，则对应中间态为零、零、零、零，以此类推，对应上述10种标准状态间转变的中间态依次分别为：
0000向0001转变，相片成像对应中间态为零、零、零、零+；
0001向0010转变，相片成像对应中间态为零、零、零+、零+；
0010向0011转变，相片成像对应中间态为零、零、一、零+；
0011向0100转变，相片成像对应中间态为零、零+、零+、零+；
0100向0101转变，相片成像对应中间态为零、一、零、零+；
0101向0110转变，相片成像对应中间态为零、一、零+、零+；
0110向0111转变，相片成像对应中间态为零、一、一、零+；
0111向1000转变，相片成像对应中间态为零+、零+、零+、零+；
1000向1001转变，相片成像对应中间态为一、零、零、零+；
1001向0000转变，相片成像对应中间态为零+、零、零、零+；
上述相片成像对应各排中间态强度等级排列情况各不相同，可据此推导前三排显示对应的以快门时间为基的时间；
所述高速led显示板第四排发光二极管按五分之一快门时间起算，在相机成像过程的快门时间内，每个发光二极管最多点亮五分之四快门时间，且点亮时间与相片中对应位置像素亮度等级呈正相关性，将第四排发光二极管对应像素亮度等级分为0、1、2、3、4共5个主亮度等级，分别代表成像快门时间内，该位置发光二极管灭、点亮五分之一快门时间、点亮五分之二快门时间、点亮五分之三快门时间、点亮五分之四快门时间，由于并非每个发光二极管点亮时间均为五分之一快门时间整数倍，根据其点亮时间范围又可将像素亮度等级分为4个辅亮度等级0+、1+、2+、3+，分别对应发光二极管点亮时间不足五分之一、不足五分之二、不足五分之三、不足五分之四；在相机成像快门时间内，第四排发光二极管必有状态转变，在相片上对应位置呈现亮度等级不同的中间态，若相机快门打开时，第四排标准状态为0000，在快门关闭前共经过5次标准状态转变，变为0101，则根据像素亮度等级划分，对应亮度等级为0、1+、2、2+，以此类推，对应上述10种标准状态，转变结果以像素亮度等级表示为：
0000向0101转变，对应像素亮度等级为0、1+、2、2+；
0001向0110转变，对应像素亮度等级为0、2+、2+、2；
0010向0111转变，对应像素亮度等级为0、3+、3、2+；
0011向1000转变，对应像素亮度等级为0+、4、2+、2+；
0100向1001转变，对应像素亮度等级为1+、3+、2、2+；
0101向0000转变，对应像素亮度等级为2、2+、2、2+；
0110向0001转变，对应像素亮度等级为2、1+、1+、2+；
0111向0010转变，对应像素亮度等级为2、0+、1、2+；
1000向0011转变，对应像素亮度等级为1+、0、1+、2+；
1001向0100转变，对应像素亮度等级为0+、0+、2、2+；
上述相机成像快门时间内，对应对应像素亮度等级情况各不相同，据此，可推导第四排发光二极管对应的以五分之一快门时间为基的时间，且可将成像时间测量误差限定在五分之一快门速度；
本发明提供一种移动摄影设备成像时间测定装置，装置共有三个工作模式，设置模式，测试模式和测量模式。
所述各模式，在装置上电后，从HMI中进行选择设置。
设置模式在每次使用该装置，测试使用不同焦距、光圈、快门速度等快门速度相机的被测移动摄影设备前均需进行，用于设定高速led显示板各排单色发光二极管进位对应的基础时间；调整成像箱长度使得高速led显示板各排单色发光二极管能够正常成像；设置模式打开时，高速led显示板各排单色发光二极管均点亮，通过HMI设置高速led显示板前三排单色发光二极管进位所用快门时间，及第四排发光二极管进位所用一定占比快门时间。
测试模式在每次使用该装置，测试使用不同相机的被测移动摄影设备均需进行，用于调整发光二极管亮度状态，直到可通过计算机软件算法将快门时间内高速led显示板第四排各单色发光二极管点亮次数识别为五个等级的成像强度。
测试模式使用方法：
打开开关电源与被测移动摄影设备电源，系统上电后，通过led亮度调节板，调整高速led显示板各发光二极管亮度状态以及被测移动摄影设备相机光圈和ISO，设定MCU控制板2的定时器为测试定时器，MCU控制板发出拍照指令，令被测移动摄影设备相机拍照，同时开始计时并令高速led显示板显示，延迟一段时间(大于相机允许拍照间隔时间)，将测试定时器时间设置为五分之一快门时间，开始计时并令高速led显示板显示，测试定时器溢出后，MCU控制板发出拍照指令，令被测移动摄影设备相机拍照，延迟一段时间，将测试定时器时间设置为五分之二快门时间，开始计时并令高速led显示板显示，测试定时器溢出，MCU控制板发出拍照指令，令被测移动摄影设备相机拍照，以此类推，直到第五次拍照后结束；将计算机与被测移动摄影设备相连，通过计算机显示五次拍照结果，根据相片中显示要素发光二极管的灰度，判断是否能够将高速led显示板第四排各单色发光二极管点亮次数转换为五个等级，若不能，循环步骤S4过程，若能，测试模式结束。
在设置模式与测试模式基础上，进入测量模式，MCU控制板发出拍照指令，令被测移动摄影设备相机拍照，同时开始计时，并令高速led显示板显示，延迟一段时间(大于相机允许拍照间隔时间)，重复3次以上上述过程，将计算机与被测移动摄影设备相连，读取所拍摄的相片，通过计算机程序进行分析，分析内容及方法如下：
对于第一排发光二极管，若其显示为中间态，认为其状态为该中间态转变后对应的下一标准状态，若其显示为标准状态，认为其状态即为该标准状态，将该状态对应二进制数转换为十进制，即为对应的以快门时间为基数的百数位，设为x1；
对于第二排发光二极管，若其显示为中间态，认为其状态为该中间态转变后对应的下一标准状态，若其显示为标准状态，认为其状态即为该标准状态，将该状态对应二进制数转换为十进制，即为对应的以快门时间为基数的十数位，设为x2；
对于第三排发光二极管，若其显示为中间态，认为其状态为该中间态转变后对应的下一标准状态，若其显示为标准状态，认为其状态即为该标准状态，将该状态对应二进制数转换为十进制，即为对应的以快门时间为基数的个数位，设为x3；
设快门时间为t，根据上述高速led显示板(3)前三排发光二极管成像结果，对应的成像时间可精确到与快门时间相同数量级，所得以快门时间为精度的成像时间时间T1为
T1＝(x1*100+x2*10+x3)*t
对于第四排发光二极管，根据相片上发光二极管对应像素亮度等级，对应的成像时间可精确到与五分之一快门时间相同数量级，所得以五分之一快门时间为精度的成像时间T2为：
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0、1+、2、2+或2、2+、2、2+时，T2＝T1；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0、2+、2+、2或2、1+、1+、2+时，T2＝T1+t/5；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0、3+、3、2+或2、0+、1、2+时，T2＝T1+t*2/5；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0+、4、2+、2+或1+、0、1+、2+时，T2＝T1+t*3/5；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为1+、3+、2、2+或0+、0+、2、2+时，T2＝T1+t*4/5；
上述时间T为MCU控制板向高速led显示板及被测移动摄影设备发出启动信号，直至相机快门关闭所用时间，一般航空摄影测量时，成像时间可在此基础上减去二分之一快门时间。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种航空摄影相机成像时间测定装置，其特征在于，包括：
高速led显示板(3)，所述高速led显示板(3)包括四排单色发光二极管，每排单色发光二极管为四个单色发光二极管，并采用二进制编码显示时间，其中第一至三排各单色发光二极管按快门速度进位，第四排4个单色发光二极管按五分之一快门速度进位；
用于调节发光二极管亮度值的led亮度调节板(4)；
控制高速led显示板(3)显示状态、被测移动摄影设备(7)拍照状态的MCU控制板(2)；
用于工作模式、参数设置及装置运行状态显示的HMI(8)；
根据相机焦距调节长度的成像箱(5)，所述成像箱(5)包括外套(9)和内筒(10)，所述外套(9)套接于内筒(10)的外侧；
用于分析相机相片，计算成像时间的计算机(6)；其中：
所述MCU控制板(2)的17个I/O口分别与高速led显示板(3)中发光二极管、被测移动摄影设备(7)拍照控制输入信号接收端口相连；所述HMI(8)与MCU控制板(2)通过RS-232串行总线相连；所述计算机(6)与被测移动摄影设备(7)相连；所述高速led显示板(3)与外套(9)外端相连，发光面朝向成像箱(5)内部，所述被测移动摄影设备(7)镜头朝向成像箱(5)内部与内筒(10)外端相连。
2.根据权利要求1所述的航空摄影相机成像时间测定装置，其特征在于，每个发光二极管处设置有隔离套管(11)。
3.根据权利要求2所述的航空摄影相机成像时间测定装置，其特征在于，所述隔离套管(11)采用铝合金材质，形状为圆筒形，内壁采用碳纳米管吸光涂料涂装，垂直连接于高速led显示板(3)上。
4.根据权利要求1所述的航空摄影相机成像时间测定装置，其特征在于，所述被测移动摄影设备(7)的相机快门速度不大于1/1000。
5.根据权利要求1所述的航空摄影相机成像时间测定装置，其特征在于，所述成像箱(5)采用铝合金材质，形状为长方体形，外套和内筒的内壁采用碳纳米管吸光涂料涂装。
6.根据权利要求1所述的航空摄影相机成像时间测定装置，其特征在于，所述MCU控制板(2)包括定时模块。
7.根据权利要求1所述的航空摄影相机成像时间测定装置，其特征在于，工作模式包括所述设置模式，测试模式和测量模式；其中：
设置模式：用于设置基础参数；包括设定高速led显示板(3)各排单色发光二极管进位对应的基础时间，调整成像箱(5)长度使得高速led显示板(3)各排单色发光二极管能够正常成像；
测试模式：用于调整发光二极管亮度状态，直到可根据相片灰度，将快门时间内高速led显示板(3)第四排各单色发光二极管点亮次数识别为五个等级的成像强度；
测量模式：用于测定被测移动摄影设备(7)成像时间。
8.一种航空摄影相机成像时间测定方法，其特征在于，基于上述权利要求1-7任一项所述的航空摄影相机成像时间测定装置实现，具体包括如下步骤：
S1：系统上电，打开开关电源(1)与被测移动摄影设备(7)电源；
S2：进入设置模式，设置基本参数；
S3：退出设置模式，进入测试模式；
S4：通过led亮度调节板(4)调整发光二极管亮度状态，直到根据相片灰度，将第四排各单色发光二极管点亮次数识别为五个等级的成像强度为止；
S5：退出测试模式，进入测量模式；
S6：MCU控制板(2)发出拍照指令，令被测移动摄影设备(7)相机拍照，同时开始计时，并启动高速led显示板(3)进位显示；
S7：延迟1s；
S8：重复5次上述步骤S6至S7；
S9：将计算机(6)与被测移动摄影设备(7)相连，读取所拍摄的相片，通过计算机(6)程序，分析计算成像时间。
9.根据权利要求8所述的航空摄影相机成像时间测定方法，其特征在于：
所述S2具体方法步骤为：
S2-1：调整成像箱(5)长度，直到高速led显示板(3)各排单色发光二极管能够正常成像；
S2-2：设定相机快门时间五分之一作为发光二极管进位周期；
S2-3：设定没拍发光二极管状态，具体方法是，每排发光二极管根据二极管亮灭共分10种状态，分别为0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001；
S2-4：设定各排发光二极管进位方法，具体方法为，第一排、第二排、第三排之间按照十进制进位，分别表示以1个快门时间为基的百位、十位、个位，均为快门时间整数倍；
S2-5：对相机拍摄所得前三排发光二极管亮度进行分级，具体方法是，将相机拍照所得前三排发光二极管亮度等级分为“零”级、“零+”级、“一”级，分别代表在相机成像的快门时间内该发光二极管长灭、亮灭或灭亮一次、常亮；
S2-6：设定相机成像快门时间内前三排发光二极管变化过程中相机成像中间态，具体方法是当前三排某一排发光二极管进位过程中被相机拍照，则二极管进位过程与中间态对应关系为：
0000向0001转变，相片成像对应中间态为零、零、零、零+；
0001向0010转变，相片成像对应中间态为零、零、零+、零+；
0010向0011转变，相片成像对应中间态为零、零、一、零+；
0011向0100转变，相片成像对应中间态为零、零+、零+、零+；
0100向0101转变，相片成像对应中间态为零、一、零、零+；
0101向0110转变，相片成像对应中间态为零、一、零+、零+；
0110向0111转变，相片成像对应中间态为零、一、一、零+；
0111向1000转变，相片成像对应中间态为零+、零+、零+、零+；
1000向1001转变，相片成像对应中间态为一、零、零、零+；
1001向0000转变，相片成像对应中间态为零+、零、零、零+；
S2-7：将第四排发光二极管对应像素亮度等级分为0、1、2、3、4共5个主亮度等级，分别代表成像快门时间内，该位置发光二极管灭、点亮五分之一快门时间、点亮五分之二快门时间、点亮五分之三快门时间、点亮五分之四快门时间，根据其点亮时间范围，将像素亮度等级分为4个辅亮度等级0+、1+、2+、3+，分别对应发光二极管点亮时间不足五分之一、不足五分之二、不足五分之三、不足五分之四；
S2-8：设定相机成像快门时间内第四排发光二极管变化过程中相机成像中间态，具体方法是，在相机成像快门时间内，第四排发光二极管状态转变过程被相机拍照，则对应上述10种标准状态，第四排发光二极管变化过程中相机成像中间态以像素亮度等级表示为：
0000向0101转变，对应像素亮度等级为0、1+、2、2+；
0001向0110转变，对应像素亮度等级为0、2+、2+、2；
0010向0111转变，对应像素亮度等级为0、3+、3、2+；
0011向1000转变，对应像素亮度等级为0+、4、2+、2+；
0100向1001转变，对应像素亮度等级为1+、3+、2、2+；
0101向0000转变，对应像素亮度等级为2、2+、2、2+；
0110向0001转变，对应像素亮度等级为2、1+、1+、2+；
0111向0010转变，对应像素亮度等级为2、0+、1、2+；
1000向0011转变，对应像素亮度等级为1+、0、1+、2+；
1001向0100转变，对应像素亮度等级为0+、0+、2、2+；
所述S4具体步骤为：
S4-1：通过led亮度调节板(4)，调整各发光二极管亮度状态以及被测移动摄影设备(7)相机光圈和ISO；
S4-2：设定MCU控制板(2)的定时器为测试定时器，MCU控制板(2)发出拍照指令，令被测移动摄影设备(7)相机拍照，同时开始计时并令高速led显示板(3)显示；
S4-3：延迟1s；
S4-4：将测试定时器时间设置为五分之一快门时间，开始计时并令高速led显示板(3)显示，测试定时器溢出后，MCU控制板(2)发出拍照指令，令被测移动摄影设备(7)相机拍照；
S4-5：延迟1s；
S4-6：将测试定时器时间设置为五分之二快门时间，开始计时并令高速led显示板(3)显示，测试定时器溢出，MCU控制板(2)发出拍照指令，令被测移动摄影设备(7)相机拍照，延迟1s，以此类推，直到第五次拍照后结束；
S4-7：将计算机(6)与被测移动摄影设备(7)相连，通过计算机(6)显示五次拍照结果，根据相片中显示要素发光二极管的灰度，判断是否能够将高速led显示板(3)第四排各单色发光二极管点亮次数转换为五个等级，若不能，循环S4过程，若能，测试模式结束。
所述S9具体分析计算方法步骤为：
S9-1：计算第一排发光二极管对应的以快门时间为基数的百数位x1，具体方法为：
对于第一排发光二极管，若其显示为中间态，认为其状态为该中间态转变后对应的下一标准状态，若其显示为标准状态，认为其状态即为该标准状态，将该状态对应二进制数转换为十进制，即为对应的以快门时间为基数的百数位x1；
S9-2：计算第二排发光二极管对应的以快门时间为基数的十数位x2，具体方法为：
对于第二排发光二极管，若其显示为中间态，认为其状态为该中间态转变后对应的下一标准状态，若其显示为标准状态，认为其状态即为该标准状态，将该状态对应二进制数转换为十进制，即为对应的以快门时间为基数的十数位x2；
S9-3：计算第三排发光二极管对应的以快门时间为基数的个数位x3，具体方法为：
对于第三排发光二极管，若其显示为中间态，认为其状态为该中间态转变后对应的下一标准状态，若其显示为标准状态，认为其状态即为该标准状态，将该状态对应二进制数转换为十进制，即为对应的以快门时间为基数的个数位x3；
S9-4：计算以快门时间为精度的成像时间T1，公式为：
T1＝(x1*100+x2*10+x3)*t；
式中t为相机快门时间；
S9-5：计算以五分之一快门时间为精度的成像时间T，具体方法为：
根据相片上第四排发光二极管对应像素亮度等级，计算以五分之一快门时间为精度的成像时间T2为：
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0、1+、2、2+或2、2+、2、2+时，T2＝T1；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0、2+、2+、2或2、1+、1+、2+时，T2＝T1+t/5；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0、3+、3、2+或2、0+、1、2+时，T2＝T1+t*2/5；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为0+、4、2+、2+或1+、0、1+、2+时，T2＝T1+t*3/5；
第四排发光二极管对应像素亮度等级为1+、3+、2、2+或0+、0+、2、2+时，T2＝T1+t*4/5；
S9-6：计算最终成像时间，公式为T＝T2-t*1/2。
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