CN203758509U - 一种基于无人机平台的四相机大幅面遥感载荷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于无人机平台的四相机大幅面遥感载荷系统，其特征在于：它包括第一相机、第二相机、第三相机、第四相机、刚性平台和同步曝光控制系统；第一相机设置在刚性平台前部，第四相机设置在刚性平台后部，第二相机设置在第一相机与第四相机之间的刚性平台的左中部，第三相机设置在第一相机与第四相机之间的刚性平台右中部；且第四相机的主光轴竖直向下，第一相机的主光轴朝第四相机的主光轴前下方向倾斜13.48°，第二相机的主光轴朝第四相机的主光轴右下方向倾斜20°，第三相机的主光轴朝第四相机的主光轴左下方向倾斜20°；同步曝光控制系统也设置在刚性平台上，同步曝光控制系统分别连接并控制第一相机、第二相机、第三相机和第四相机。本实用新型可以广泛用于航空拍摄领域。

Description

一种基于无人机平台的四相机大幅面遥感载荷系统

技术领域

本实用新型是关于一种遥感载荷系统，特别是关于一种基于无人机平台的四相机大幅面遥感载荷系统。

背景技术

目前，航空航测主要分为基于有人驾驶飞机承载的大飞行平台与大幅面的测量相机航测和基于无人机（Unmanned Aerial Vehicle，简称UAV）与普通数码相机组合构件的低空航测。其中，基于有人驾驶飞机承载的大飞行平台与大幅面的测量相机航测，由于技术原因直接生产大幅面的测量相机仍存在一定困难，并且大幅面的测量相机体积庞大、价格不菲、对搭载平台要求较为苛刻，其搭载平台是需要有人驾驶的大飞行平台，而有人驾驶的大飞行平台需要解决对起飞降落场地需求、空域管制等一系列问题。基于无人机和普通数码相机组合构件的低空航测因其具有低空飞行、费用低、机动灵活性强等优点，当前正处于快速发展的成长期，作为一项新兴技术被社会广泛认可和推广。

然而，目前市场上大多数无人机航拍系统都是在无人机上搭载一台普通数码相机，相机幅面大小一般在3000(像素)x4000(像素)～4000(像素)x5000(像素)左右，幅面小。若想要从单幅影像中获得较大范围的地面覆盖图像就必然要求增加航高，然而增加航高势必导致拍摄精度降低，这是一对矛盾统一体。通过实践可知，若保证在一定影像比例尺精度的情况下拍摄，目前采用的单相机系统，在航拍作业时需要布设更多的航线以及更多曝光站点，因此航拍作业效率非常低。因此，有必要设计一种将相机拍摄幅面扩大的基于无人机平台遥感载荷系统。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供能够通过四个按照设定原则放置的相机拍摄一个大幅面的单投影中心的虚拟影像的一种基于无人机平台的四相机大幅面遥感载荷系统。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种基于无人机平台的四相机大幅面遥感载荷系统，其特征在于：它包括第一相机、第二相机、第三相机、第四相机、刚性平台和同步曝光控制系统；所述第一相机设置在所述刚性平台前部，所述第四相机设置在所述刚性平台后部，所述第二相机设置在所述第一相机与所述第四相机之间的所述刚性平台的左中部，所述第三相机设置在所述第一相机与所述第四相机之间的所述刚性平台右中部；且所述第四相机的主光轴竖直向下，所述第一相机的主光轴朝所述第四相机的主光轴前下方向倾斜13.48°，所述第二相机的主光轴朝所述第四相机的主光轴右下方向倾斜20°，所述第三相机的主光轴朝所述第四相机的主光轴左下方向倾斜20°；所述同步曝光控制系统也设置在所述刚性平台上，所述同步曝光控制系统分别连接并控制所述第一相机、所述第二相机、所述第三相机和所述第四相机。

所述第一相机、所述第二相机、所述第三相机和所述第四相机均采用数码相机。

所述第一相机和所述第四相机镜头的中心点连线与所述第二相机和所述第三相机镜头的中心点连线正交，且所述第一相机和所述第四相机、所述第二相机和所述第三相机分别关于交点中心对称。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本实用新型采用四台普通非量测数码相机组合而成，四台相机紧密分布排列，且其中前部相机、左部相机和右部相机的主光轴各自成一定角度倾斜，相机主光轴竖直向下，从而保证了获取影像具有一定重叠度，进而可以经过几何纠正和影像拼接过程的处理，合成一个单投影中的虚拟影像。同时通过设置在刚性平台上的同步曝光控制系统控制四台相机拍摄图像同时曝光，既可以经过几何纠正和影像拼接过程的处理，合成一个单投影中的虚拟影像，又可以多度重叠覆盖拍摄面积，使得在等同飞行航高的条件下，航带影像的高质量地面覆盖宽度增加1.5倍以上，从而达到有效提高飞行作业效率的目的。本实用新型搭载在低空飞行的无人飞行器平台上进行低空飞行测图作业，由于本实用新型采用普通的相机因此成本较低、且四个相机同时拍摄图片可以实现高效率、高精度地完成航拍作业。本实用新型可以广泛用于航空拍摄领域。

附图说明

图1是本实用新型的四相平面机布局示意图

图2是本实用新型的四相平面机三维透视示意图

图3是本实用新型的四相机主光轴方向侧视图

图4是本实用新型的四相机镜头拍摄原始影像示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。需要说明的是，下文中的“前部”定义为无人机飞行器前进的方向。

如图1、图2所示，本实用新型包括第一相机1、第二相机2、第三相机3、第四相机4、刚性平台5和同步曝光控制系统6。

其中，第一相机1设置在刚性平台5前部，第四相机4设置在刚性平台5后部，第二相机2设置在第一相机1与第四相机4之间的刚性平台5的左中部，第三相机3设置在第一相机1与第四相机4之间的刚性平台5右中部，第一相机1和第四相机4镜头的中心点连线（X轴）与第二相机2和第三相机3镜头的中心点连线（Y轴）正交，且第一相机1和第四相机4、第二相机2和第三相机3分别关于交点中心对称。同时，第四相机4的主光轴（Z轴）竖直向下，第一相机1的主光轴朝前下方向倾斜13.48°，第二相机2的主光轴朝右下方向倾斜20°，第三相机3的主光轴朝左下方向倾斜20°。同步曝光控制系统6也设置在刚性平台5上，同步曝光控制系统6分别连接并控制第一相机1、第二相机2、第三相机3和第四相机4同步曝光。本实用新型装置设置在基于无人机飞行器平台上。

上述实施中，第一相机1、第二相机2、第三相机3和第四相机4全部采用型号为RIOCOH GR LENS A1228mm F2.5的数码相机。

本实用新型工作时：

1）使用常规摄影测量相机检校方法分别检校四台相机，通过室内或室外检校场的摄影测量，用内定向和畸变差方程可求解出相机内参数矩阵和畸变向量，上述校验方法均为本领域技术人员常用的摄影测量相机检校方法，故不再详述；

2）如图3所示，从视场角、幅面、多度重叠、系统自检校因素方面设计相机倾斜角度和方向，对四台相机分别以主光轴（以第四相机4的主光轴z为标准）各自成一定角度组装集成在一个刚性平台5上。因此，第一相机1与主光轴z左侧所成角度为13.48°，第二相机2与主光轴z左侧所成角度为20°，第三相机3与主光轴z右侧所成角度为20°。四台相机的投影中心在同一个水平面上。通过同步曝光控制系统6实现四相机之间“同步曝光”；

3）如图4所示，经过同步曝光控制系统6接收到的拍摄命令传递给与之相连的四个相机，对完成组装四相机每次同步曝光拍摄的四张影像需要转换成一张等效的虚拟中心投影的等效影像，其中，点虚线为第一相机1拍摄的图像范围，双点画线为第二相机2拍摄的图像范围，短虚线为第三相机3拍摄的图像范围，单点画线为第四相机4拍摄的图像范围。在虚拟影像生成过程中：首先，将各自倾斜影像几何纠正生成“水平影像”。然后，利用水平影像重叠区域同名点匹配技术建立影像之间的相互关系，最后将各个水平影像投影变换到最终的虚拟影像上。对于虚拟等效影像，也必须要通过对检校场摄影的方法求解虚拟等效中心投影的相关参数。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种基于无人机平台的四相机大幅面遥感载荷系统，其特征在于：它包括第一相机、第二相机、第三相机、第四相机、刚性平台和同步曝光控制系统；

所述第一相机设置在所述刚性平台前部，所述第四相机设置在所述刚性平台后部，所述第二相机设置在所述第一相机与所述第四相机之间的所述刚性平台的左中部，所述第三相机设置在所述第一相机与所述第四相机之间的所述刚性平台右中部；且所述第四相机的主光轴竖直向下，所述第一相机的主光轴朝所述第四相机的主光轴前下方向倾斜13.48°，所述第二相机的主光轴朝所述第四相机的主光轴右下方向倾斜20°，所述第三相机的主光轴朝所述第四相机的主光轴左下方向倾斜20°；所述同步曝光控制系统也设置在所述刚性平台上，所述同步曝光控制系统分别连接并控制所述第一相机、所述第二相机、所述第三相机和所述第四相机。

2.如权利要求1所述的一种基于无人机平台的四相机大幅面遥感载荷系统，其特征在于：所述第一相机、所述第二相机、所述第三相机和所述第四相机均采用数码相机。

3.如权利要求1或2所述的一种基于无人机平台的四相机大幅面遥感载荷系统，其特征在于：所述第一相机和所述第四相机镜头的中心点连线与所述第二相机和所述第三相机镜头的中心点连线正交，且所述第一相机和所述第四相机、所述第二相机和所述第三相机分别关于交点中心对称。