WO2013191583A2 - Способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2013191583A2
WO2013191583A2 PCT/RU2013/000483 RU2013000483W WO2013191583A2 WO 2013191583 A2 WO2013191583 A2 WO 2013191583A2 RU 2013000483 W RU2013000483 W RU 2013000483W WO 2013191583 A2 WO2013191583 A2 WO 2013191583A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
angle
photodetectors
frame
photodetector
earth
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000483
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013191583A3 (ru
Inventor
Александр Николаевич БАРЫШНИКОВ
Владимир Сергеевич БЕЗОБРАЗОВ
Александр Алексеевич ГРИБАЧ
Василий Петрович ИВАНОВ
Сергей Петрович МАКСИМЯК
Original Assignee
Baryshnikov Aleksandr Nikolaevich
Bezobrazov Vladimir Sergeevich
Gribach Aleksandr Alekseevich
Ivanov Vasiliy Petrovich
Maksimyak Sergey Petrovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baryshnikov Aleksandr Nikolaevich, Bezobrazov Vladimir Sergeevich, Gribach Aleksandr Alekseevich, Ivanov Vasiliy Petrovich, Maksimyak Sergey Petrovich filed Critical Baryshnikov Aleksandr Nikolaevich
Priority to EP13807562.7A priority Critical patent/EP2866090A4/en
Priority to US14/406,523 priority patent/US20150185006A1/en
Priority to CA2876186A priority patent/CA2876186A1/en
Publication of WO2013191583A2 publication Critical patent/WO2013191583A2/ru
Publication of WO2013191583A3 publication Critical patent/WO2013191583A3/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B37/00—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe
    • G03B37/04—Panoramic or wide-screen photography; Photographing extended surfaces, e.g. for surveying; Photographing internal surfaces, e.g. of pipe with cameras or projectors providing touching or overlapping fields of view
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G01C11/025—Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures by scanning the object
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B15/00—Special procedures for taking photographs; Apparatus therefor
    • G03B15/006—Apparatus mounted on flying objects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/73—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing the exposure time
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/90—Arrangement of cameras or camera modules, e.g. multiple cameras in TV studios or sports stadiums

Definitions

  • the invention relates to remote sensing of the Earth, in particular to aerial photography of the earth's surface and can be used for photogrammetry, monitoring vast spaces and extended objects, large-scale topographic surveys and design and survey works.
  • the known method does not allow for large-scale shooting and requires a large amount of manual work.
  • a known method of large-scale aerial photography including the installation of a filming device over a given point on the surface, scheduled shooting of a given scale. Next, lower the shooting device to the height of the shooting on an enlarged scale, which ensures reliable recognition of the reference point in a digital image. Move the camera to horizontal plane so that the reference point falls into the field of view of the filming device. Shoot the reference point of the surface. Then they move to the next point on the surface at a distance that provides the necessary overlap of the digital image of a given scale. Perform processing of survey materials (RF Patent JVT "2207504, 2001).
  • a known method of obtaining an image of the earth's surface including obtaining a full-color image of a portion of the surface of the Earth and obtaining a color image of the same surface of a portion of a smaller area, but better resolution, suitable for subsequent orthorectification.
  • a device for implementing this method comprises two optical-electronic photodetectors fixed in the housing, one of which has a wide-angle lens, and the second has a long-focus lens, the optical axes of which are located vertically and parallel to each other (Publication of US application Jfe 201 1/0122300, 201 1 g.).
  • the closest technical solution to the proposed one is a method of obtaining an image of the earth’s surface from a moving carrier, including photographing the observed surface with several optoelectronic photodetectors with partial overlap of subframes received from each photodetector, which together form a central projection frame in the form of a strip oriented with the long side across the direction of movement of the carrier , sequential receipt of these frames as the media moves with their partial overlapping and the subsequent combination of frames into a single image.
  • the known method is implemented in a device including a fixing device, in which at least two optoelectronic photodetectors are mounted electrically connected to the units for receiving, processing and storing the received data (Publication of application US No. 201 1/0122223, 201 1 g).
  • the disadvantages of the known method and device are the low shooting performance, the difficulty of obtaining the final image, the low quality of the resulting images, due to low aperture optics with a large field of view, the presence of geometric aberrations that distort the images at the edges.
  • the non-synchronization of shooting by different photodetectors in a known device leads to the need to either measure the motion parameters of the medium with very high spatial accuracy (at least not less than 1 / 2-1 / 4 of the pixel projection onto the shooting surface), or to stabilize the spatial position filming system in the world coordinate system (SC) for the shooting period.
  • SC world coordinate system
  • the objectives of the present invention are to increase shooting performance, reduce labor costs and improve the quality of the resulting images.
  • the technical results achieved by the invention include increasing the width of the capture when photographing the surface without increasing the angle of the field of view of the lens, minimizing the change in the angle of observation of the terrain when moving between adjacent frames of the route, reducing the exposure time when shooting, reducing the likelihood of obtaining a blurry image.
  • the tasks and technical results obtained are achieved by the proposed method, namely, that subframes are obtained by photographing the surface at an angle to the vertical, successively increasing to the ends of the strip, and when receiving subframes during photographing, all photodetectors are exposed simultaneously, while receiving a central projection frame the ratio of the bandwidth of the frame to its length is maintained within the range of 1: 5 ... 100, and the frequency of exposure of photodetectors is coordinated with the movement spruce, providing overlap between adjacent frames of the central projection of not more than 50%.
  • the method is implemented by means of a device characterized in that the photodetectors are fixed in a fixing device so that the projections of their optical axes on a vertical plane are at an angle to the vertical, unidirectionally changing from the photodetector to the photodetector by an amount less than the projection of the angle of view of the photodetector on the specified plane, this projection of the optical axes of these photodetectors on another vertical plane perpendicular to the first, make up an angle of no more than 50% of the pr the projection angle of the field of view of the photodetector on that plane.
  • wide coverage is meant the choice of the aspect ratio of the sides of the output frame so that the side of the frame oriented across the movement of the medium is substantially larger than the side oriented in the direction of movement of the medium.
  • the output frame of this circuit remains, despite its wide coverage, a homocentric central projection frame.
  • Figure 2 shows a General diagram of the device, side view. The best embodiment of the invention
  • the device includes a fixing device 1, in which optical-electronic photodetectors 2 are mounted, the optical axes of which 3 are located at an angle to the vertical and have different angles of inclination 6.
  • the projections of these angles on the vertical plane 7 unidirectionally change from the photodetector to the photodetector by an amount smaller than the angle of the field of view 5 of the photodetector 2.
  • the photodetectors 2 can be arranged randomly, but at the same time they are logically linked to each other by this condition. In particular, as a conditionally initial, a photodetector with any angle of deviation of the optical axis from the vertical can be selected.
  • the next photodetector can be located in a fixing device independent of the conditionally initial, but it is connected with it by the condition of increasing or decreasing the angle of inclination by an amount smaller than the angle of the field of view of this photodetector.
  • the third photodetector can also be fixed in the fixing device 1 independently of the others, but it, in turn, is connected with the second photodetector by the indicated dependence, and so on increasing or decreasing until the ratio of the bandwidth of the overall frame 4 to the length 1: 5 .. .one hundred.
  • each subframe created by each photodetector 2 together form a central projection frame 4 in the form of a strip with overlapping between subframes.
  • the overlap between subframes is provided by the specified condition for changing the angle of inclination of the optical axis of the photodetectors.
  • the method is implemented by the claimed device as follows.
  • the device is placed on a carrier, for example, an airplane, so that the vertical plane 7, the projection of the tilt angles of the optical axes of the photodetectors 2 by which they change by an amount smaller than the angle of the field of view of the photodetectors, is perpendicular to the direction of flight of the aircraft.
  • the relationship of the tilt angles 6 of the optical axes of the photodetectors and the angle of the field of view 5 creates a guaranteed overlap of the subframes received by the photodetectors to enable correlation processing of the subframes when forming the output frame, which is based on the presence of spatial (angular) overlap between the subframes, data on the focal length of the optoelectronic photodetector lenses 2 and their mutual angular position 6.
  • the amount of overlap should be sufficient so that with a high probability in not overlapping subframes, objects (contours) were found whose pixel dimensions and contrast are sufficient for their mutual identification (search for points common to adjacent subframes).
  • a central projection frame sewn from subframes has the form of a long strip oriented with the long side across the direction of media movement with a ratio of width to length 1: 5 ... 100. This ratio was obtained empirically in the process of choosing the optimal frame sizes and the overlapping values of neighboring frames by media path in order to obtain a sufficient number of common binding points for the correct stitching of frames in the output image.
  • a minimum of 30 common binding points is required for proper frame stitching. This amount is usually detected and reliably determined when the ratio of the width to the length of the strip is not less than 1: 5. Otherwise, with a lower ratio, the whole frame can be occupied by objects that do not have prominent points. For example, a field or a lake. It should be borne in mind that the width of the frame strip should be narrow enough, corresponding to a small viewing angle. This is necessary for reliable recognition of points common to adjacent frames, since at large angles the same objects on adjacent frames, selected as data points, visible at different or large viewing angles can have different characteristics, which significantly reduces the likelihood of their identification. Exceeding the upper limit of the ratio, as already mentioned above, leads to significant and difficult to correct distortions at the edges of the frame strip.
  • a device for implementing the method contains 18 optoelectronic photodetectors with lenses and digital matrices located behind them (aspect ratio 4: 3), one matrix behind each lens. Lenses have a focal length of 50 mm.
  • the angle of the field of view corresponding to one photodetector in the device is 5.6 degrees.
  • the full transverse angle of the field of view of the device is 100.3 degrees.
  • the full longitudinal angle of the field of view of the device is 4.5 degrees.
  • the photodetectors synchronously exhibit a shutter speed of 0.2 ms.
  • the flight is carried out at the relative flight altitude, at which a real resolution of 30 cm / pixel is provided, is 3.05 km.
  • the linear frame size in the direction “across the flight” at a given flight altitude is 7.44 km.
  • the linear frame size in the direction of "flight” is 0, 24 km.
  • the ratio of the frame bandwidth to the length is 1: 31.
  • the shooting performance is 446.4 km / h.
  • a device for implementing the method comprises 6 optoelectronic photodetectors with lenses and digital arrays located behind them.
  • Lenses have a focal length of 16 mm.
  • the field of view angle corresponding to one photodetector in the device is 17.5 degrees.
  • the total transverse angle of the field of view of the device is 104.8 degrees.
  • the full accountable longitudinal angle of the field of view of the device (taking into account the deviation of the optical axes) is 14 degrees.
  • the relative flight altitude at which real resolution of 30 cm / pixel is provided is 0.98 km.
  • the linear frame size in the direction “across the flight” at a given flight altitude is 2.53 km.
  • the linear frame size in the direction of "flight” is 0, 24 km.
  • the ratio of the frame bandwidth to the length is 1: 10.5.
  • Photodetectors exhibit simultaneously with a delay time of 0.1 ms.
  • the shooting performance is 121.4 km / h.
  • a device for implementing the method comprises 10 optoelectronic photodetectors with lenses and digital arrays located behind them. Three matrices behind each lens with aspect ratio every 4: 3. Lenses have a focal length of 100 mm. The angle of the field of view corresponding to one photodetector in the device is 8.4 degrees. The full transverse angle of the field of view of the device is 83.5 degrees. The total used longitudinal angle of the field of view of the device (taking into account the deviation of the optical axes) is 2.3 degrees.
  • the linear frame size in the direction “across the flight” at a given flight altitude is 1 1,08 km.
  • the linear frame size in the direction of "flight” is 0, 24 km. Thus, the ratio of the frame bandwidth to the length is 1: 46. Photodetectors exhibit simultaneously with a exposure time of 0.25 ms.
  • the shooting performance is 930.7 km / h.
  • the method is implemented with a device similar to example 3, but the number of photodetectors is increased to 18, and the aspect ratio of the frame is 1: 100.
  • Productivity at a flight altitude of 8.5 km and a speed of 830 km / h is 2390 km / h.
  • the method is implemented with a device analogously to example 2, but the number of photodetectors is reduced to 4, and the aspect ratio of the frame is 1: 5.
  • Productivity at a flight altitude of 0.8 km and a speed of 300 km / h is 43.2 km / h.
  • the proposed method and device provide high shooting performance while improving the quality of the output image.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя и применяемое устройство относятся к дистанционному зондированию Земли, в частности к аэрофотосъемке земной поверхности и могут быть использованы для фотограмметрии, мониторинга обширных пространств и протяженных объектов, крупномасштабных топографических съемок и проектно-изыскательских работ. Способ заключается в фотографировании поверхности под углом к вертикали, последовательно увеличивающимся к концам кадра, ориентированного длинной стороной поперек полета. При получении субкадров, формирующих кадр центральной проекции все фотоприемники экспонируют одновременно, а отношение ширины полосы кадра к ее длине поддерживают в пределах 1:5100. Устройство содержит фотоприемники, которые закреплены в фиксирующем приспособлении таким образом, что проекции их оптических осей на вертикальную плоскость находятся под углом к вертикали, однонаправлено изменяющимся от фотоприемника к фотоприемнику на величину меньше проекции угла поля зрения фотоприемника на указанную плоскость. При этом проекции оптических осей указанных фотоприемников на другую вертикальную плоскость, перпендикулярную первой, составляют между собой угол не более 50% от проекции угла поля зрения фотоприемника на эту плоскость. Это обеспечивает высокую производительность съемки при одновременном улучшении качества выходного изображения.

Description

Способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя и устройство для его осуществления
Область техники
Изобретение относится к дистанционному зондированию Земли, в частности к аэрофотосъемке земной поверхности и может быть использовано для фотограмметрии, мониторинга обширных пространств и протяженных объектов, крупномасштабных топографических съемок и проектно- изыскательских работ.
Предшествующий уровень техники
Известен способ авиасъемки наземных объектов, который заключается в получении синхронного изображения на мониторах фотоприемника и видеоаппаратуры, выборе изображения, по которому будут ориентироваться при ведении регистрации наблюдаемых объектов, и выборе на изображении цели - объекта наблюдения для регистрации. Посредством ручного манипулятора, который позволяет устанавливать положение регистрирующего устройства вдоль и поперек оси самолета в пределах заданных углов наблюдения, наводят курсор на мониторе фотоприемника на выбранную цель и нажатием кнопки на рукоятке манипулятора осуществляют фотосъемку (Патент РФ ^«2298150, 2005 г).
Известный способ не позволяет осуществлять широкомасштабную съемку и требует большого объема ручной работы.
Известен способ крупномасштабной аэрофотосъемки, включающий установку съемочного устройства над заданной точкой поверхности, плановую съемку заданного масштаба. Далее опускают съемочное устройство на высоту съемки увеличенного масштаба, обеспечивающее уверенное распознавание реперной точки на цифровом снимке. Перемещают съемочное устройство в горизонтальной плоскости так, чтобы реперная точка попала в поле зрения съемочного устройства. Выполняют съемку реперной точки поверхности. Затем перемещаются в следующую точку поверхности на расстояние, обеспечивающее необходимое перекрытие цифрового снимка заданного масштаба. Выполняют обработку материалов съемки (Патент РФ JVT" 2207504, 2001 г.).
Недостатком способа является крайне низкая производительность и высокая трудоемкость съемки.
Известен способ получения изображения земной поверхности, включающий получение полноцветного изображения участка поверхности Земли и получение цветного изображения той же поверхности участка меньшей площади, но лучшего разрешения, подходящего для последующего ортотрансформирования. Устройство для реализации этого способа содержит два, закрепленных в корпусе, оптико-электронных фотоприемника, один из которых имеет широкоугольный объектив, а второй - длиннофокусный объектив, оптические оси которых расположены вертикально и параллельны друг другу (Публикация заявки США Jfe 201 1/0122300, 201 1 г.).
Данные способ и устройство имеют низкую производительность съемки, требуют больших вычислительных ресурсов автоматизированных систем обработки получаемой информации.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому служит способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя, включающий фотографирование наблюдаемой поверхности несколькими оптико-электронными фотоприемниками с частичным перекрытием получаемых от каждого фотоприемника субкадров, совместно образующих кадр центральной проекции в виде полосы, ориентированной длинной стороной поперек направления движения носителя, последовательное получение указанных кадров по мере движения носителя с их частичным перекрытием между собой и последующее объединение кадров в единое изображение.
Известный способ реализован в устройстве, включающем фиксирующее приспособление, в котором закреплены не менее двух оптико-электронных фотоприемников, электрически связанных с блоками приема, обработки и хранения полученных данных (Публикация заявки США N° 201 1/0122223, 201 1 г.).
Недостатками известных способа и устройства выступают низкая производительность съемки, сложность получения конечного изображения, низкое качество получаемых изображений, обусловленное низкой светосилой оптики с большим углом поля зрения, наличие геометрических аберраций, искажающих снимки на краях. Кроме того, несинхронность съемки разными фотоприемниками в известном устройстве приводит к необходимости либо измерения параметров движения носителя с весьма высокой пространственной точностью (по крайней мере, не меньшей, чем 1/2-1/4 проекции пиксела на съемочную поверхность), либо стабилизации пространственного положения съемочной системы в мировой системе координат (СК) на осуществляемый период съемки. На практике это приводит к необходимости размещения аэрофотосъемочной системы на стабилизированной, с использованием гироскопических сенсоров, платформе и, как следствие, - к достаточно существенному ограничению эксплуатационных характеристик съемочной системы (остаточной геометрической плановой ошибке, «смазу» при съемке и т.п.). Раскрытие изобретения
Задачами настоящего изобретения служат повышение производительности съемки, снижение трудозатрат и повышение качества получаемых изображений. Техническими результатами, достигаемыми изобретением выступают увеличение ширины захвата при фотографировании поверхности без увеличения угла поля зрения объектива, минимизация изменения ракурса наблюдения объекта местности при переходе между смежными кадрами маршрута, снижение времени экспозиции при съемке, снижение вероятности получения смазанного изображения.
Поставленные задачи и получаемые технические результаты достигаются предлагаемым способом, заключающимся в том, что субкадры получают, фотографируя поверхность под углом к вертикали, последовательно увеличивающимся к концам полосы, причем при получении субкадров в процессе фотографирования все фотоприемники экспонируют одновременно, при этом при получении кадра центральной проекции отношение ширины полосы кадра к ее длине поддерживают в пределах 1 : 5...100, а периодичность экспонирования фотоприемников согласовывают с движением носителя, обеспечивая перекрытие между соседними кадрами центральной проекции не более 50%. Способ реализуют посредством устройства, характеризующегося тем, что фотоприемники закреплены в фиксирующем приспособлении таким образом, что проекции их оптических осей на вертикальную плоскость находятся под углом к вертикали, однонаправлено изменяющимся от фотоприемника к фотоприемнику на величину меньше проекции угла поля зрения фотоприемника на указанную плоскость, при этом проекции оптических осей указанных фотоприемников на другую вертикальную плоскость, перпендикулярную первой, составляют между собой угол не более 50% от проекции угла поля зрения фотоприемника на эту плоскость.
Указанные отличительные признаки существенны.
Признак одновременности экспонирования всех фотоприемников при получении каждого кадра обусловлен необходимостью исключить влияние параметров движения носителя на формирование выходного (конечного) изображения из множества входных, по крайней мере, в суммарном интервале экспонирования всех фотоприемников системы. Требование синхронности экспонирования необходимо также для обеспечения полноценной калибровки устройства, которой невозможно добиться в противном случае, что следует из неопределенности зависимости положения съемочного устройства в пространстве от момента съемки, что, в свою очередь, является следствием неопределенности закона движения носителя в пространстве. Данная неопределенность присуща, в частности, всем передвигающимся в атмосфере летательным аппаратам.
Из требования широкозахватности кадра с указанным соотношением сторон получаемой полосы кадра непосредственно следует минимальное изменения ракурса наблюдения объекта местности при переходе между смежными кадрами по маршруту, что, в свою очередь, облегчает автоматизацию поиска точек связывания смежных кадров и последующее решение задачи фототриангуляции. Под «широкозахватностью» понимается выбор соотношения размерности сторон выходного кадра таким образом, чтобы сторона кадра, ориентированная поперек движения носителя, была существенно больше стороны, ориентированной по направлению движения носителя. Одновременно с этим выходной кадр данной схемы остается, несмотря на широкозахватность, гомоцентрическим кадром центральной проекции. Это позволяет в полной мере применить при обработке общедоступный и развитый математический аппарат кадровой фотограмметрии, а также исключить необходимость восстановления закона движения носителя на всем протяжении съемки. Минимизация ракурсного изменения, с одной стороны, облегчает построение корреляционного автомата, обеспечивающего отождествление изображений отдельных объектов в зонах внутримаршрутного перекрытия при съемке, обычно называемого поиском точек связывания. При последующей фотограмметрической обработке координаты найденных точек в СК кадров используются для построения модели фототриангуляции и ее расчета, итогом которого являются значения параметров внешнего ориентирования устройства в момент съемки.
При этом выход за нижнюю границу указанного соотношения длины и ширины полосы кадра приводит к существенному снижению производительности съемки, а выход за верхнюю границу к заметным геометрическим искажениям и трудности учета и компенсации проекционных искажений. Перекрытие между кадрами по маршруту носителя не более 50% обеспечивает высокую степень отождествления изображений наблюдаемых объектов, что обеспечивает высокую точность сшивки отдельных кадров в единое полотно при условии поддержания высокой производительности съемки. Наклон оптических осей фотоприемников дает возможности реализовать широкозахватность устройства без увеличения угла поля зрения объективов в оптико-электронном фотоприемнике, что приводит к полноценному использованию преимуществ оптики с узким утлом поля зрения. Изменение проекции оптических осей фотоприемников на вертикальную плоскость от фотоприемника к фотоприемнику на величину меньше угла поля зрения фотоприемника обеспечивает гарантированное перекрытие между соседними субкадрами в полосе кадра для точной сшивки субкадров, а номинирование угла наклона осей в перпендикулярной плоскости представляет собой условие, обеспечивающие отсутствие пропущенных при съемке участков поверхности между кадрами по маршруту при максимальном 50% перекрытии соседних кадров. Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлена общая схема устройства, вид в плане.
На фиг.2 изображена общая схема устройства, вид сбоку. Лучший вариант осуществления изобретения
Устройство включает фиксирующее приспособление 1 , в котором закреплены оптико-электронные фотоприемники 2, оптические оси которых 3 расположены под углом к вертикали и имеют разные углы наклона 6. Проекции указанных углов на вертикальную плоскость 7 однонаправлено изменяются от фотоприемника к фотоприемнику на величину меньшую угла поля зрения 5 фотоприемника 2. Причем фотоприемники 2 могут быть расположены случайным образом, но при этом они логически увязаны между собой указанным условием. В частности, в качестве условно начального может быть выбран фотоприемник с любым углом отклонения оптической оси от вертикали. Следующий фотоприемник может быть расположен в фиксирующем приспособлении независимого от условно начального, но он связан с ним условием увеличения или уменьшения угла наклона на величину меньшую угла поля зрения этого фотоприемника. Третий фотоприемник также может быть закреплен в фиксирующем приспособлении 1 независимо от других, но он, в свою очередь, связан со вторым фотоприемником указанной зависимостью, и так далее по нарастающей или убывающей до обеспечения соотношения ширины полосы общего кадра 4 к длине 1 : 5...100. Проекции оптических осей указанных фотоприемников на другую вертикальную плоскость 8, расположенную перпендикулярную первой, составляют между собой разные углы, например 9 и 10, не более 50% от проекции угла поля зрения 5 фотоприемников на эту плоскость. Таким образом, каждый субкадр, создаваемый каждым фотоприемником 2 совместно образуют кадр 4 центральной проекции в виде полосы с перекрытием между субкадрами. Перекрытия между субкадрами обеспечиваются указанным условием изменения угла наклона оптической оси фотоприемников. Промышленная применимость
Способ реализуют посредством заявленного устройства следующим образом.
Устройство размещают на носителе, например, самолете таким образом, чтобы вертикальная плоскость 7, проекции углов наклона оптических осей фотоприемников 2 на которую изменяются на величину меньшую угла поля зрения фотоприемников, была перпендикулярна направлению полета самолета. Взаимосвязь углов наклона 6 оптических осей фотоприемников и угла поля зрения 5 создает гарантированное перекрытие получаемых фотоприемниками субкадров для обеспечения возможности корреляционной обработки субкадров при формировании выходного кадра, которое основывается на наличии пространственного (углового) перекрытия между субкадрами, данных о фокусном расстоянии объективов оптико-электронных фотоприемников 2 и их взаимном угловом положении 6. Величина перекрытия должна быть достаточной для того, чтобы с высокой вероятностью в зоне перекрытия субкадров обнаружились объекты (контуры), чьи пиксельные размеры и контраст достаточны для их взаимной идентификации (поиска общих для смежных субкадров точек).
В процессе полета фотоприемники периодически экспонируют, согласовывая периодичность фотографирования со скоростью самолета, высотой полета и углом поля зрения фотоприемников таким образом, чтобы обеспечивалось не более чем 50% перекрытие между соседними кадрами по маршруту самолета. При получении каждого кадра фотоприемники экспонируют одновременно. Сшиваемый из субкадров кадр центральной проекции имеет вид длинной полосы, ориентированный длинной стороной поперек направления движения носителя с отношением ширины к длине 1 : 5...100. Данное соотношение получено эмпирически в процессе выбора оптимальных размеров кадра и величины перекрытия соседних кадров по маршруту движения носителя с целью получения достаточного количества общих точек связывания для корректной сшивки кадров в выходное изображение. Минимально необходимо 30 общих точек связывания для правильной сшивки кадров. Такое количество обычно обнаруживается и надежно определяется при отношении ширины к длине полосы не менее 1 :5. В противном случае, при меньшем соотношении весь кадр могут занять объекты, не имеющие выделяющихся точек. Например, поле или озеро. При этом надо иметь в виду, что ширина полосы кадра должна быть достаточно узкой, соответствующей небольшому углу визирования. Это необходимо для уверенного распознавания общих для смежных кадров точек, так как при больших углах одни и те же объекты на смежных кадрах, выбираемые в качестве данных точек, видимые под разными или большими углами визирования могут иметь разные характеристики, что существенно снижает вероятность их отождествления. Превышение верхнего предела соотношения, как уже указывалось выше, приводит к значительным и трудно исправимым искажениям на краях полосы кадра.
Примеры, иллюстрирующие способ
Пример 1
Устройство для реализации способа содержит 18 оптико-электронных фотоприемников с объективами и расположенными за ними цифровыми матрицами (соотношение сторон 4:3), по одной матрице за каждым объективом. Объективы имеют фокусное расстояние 50 мм. Угол поля зрения, соответствующий одному фотоприемнику в составе устройства равен 5,6 град. Полный поперечный угол поля зрения устройства составляет 100,3 град. Полный продольный угол поля зрения устройства - 4,5 град.
В процессе полета по заданному маршруту фотоприемники синхронно экспонируют с временем выдержки 0,2 мс. Полет осуществляют при относительной высоте полета, на которой обеспечивается реальное разрешение 30 см/пиксел, - 3,05 км. Линейный размер кадра в направлении «поперек полета» при данной высоте полета, составляет 7,44 км. Линейный размер кадра в направлении «по полету» составляет 0, 24 км. Таким образом, отношение ширины полосы кадра к длине составляет 1 : 31. При скорости самолета 500 км/час и 50% перекрытии между смежными кадрами, производительность съемки составляет 446,4 км /час.
Пример 2
Устройство для реализации способа содержит 6 оптико-электронных фотоприемников с объективами и расположенными за ними цифровыми матрицами. По одной матрице за каждым объективом с соотношением сторон 4:3. Объективы имеют фокусное расстояние 16 мм. Угол поля зрения, соответствующий одному фотоприемнику в составе устройства равен 17,5 град. Полный поперечный угол поля зрения устройства составляет 104,8 град. Полный учитываемый продольный угол поля зрения устройства (с учетом отклонения оптических осей) - 14 град. Относительная высота полета, на которой обеспечивается реальное разрешение - 30 см/пиксел, - 0,98 км. Линейный размер кадра в направлении «поперек полета» при данной высоте полета, составляет 2,53 км. Линейный размер кадра в направлении «по полету» составляет 0, 24 км. Таким образом, отношение ширины полосы кадра к длине составляет 1 : 10,5. Фотоприемники экспонируют одновременно с временем выдержки 0,1 мс.
При скорости самолета 400 км/час и 50% перекрытии между смежными кадрами, производительность съемки составляет 121,4 км /час.
Пример 3
Устройство для реализации способа содержит 10 оптико-электронных фотоприемников с объективами и расположенными за ними цифровыми матрицами. По три матрицы за каждым объективом с соотношением сторон каждой 4:3. Объективы имеют фокусное расстояние 100 мм. Угол поля зрения, соответствующий одному фотоприемнику в составе устройства равен 8,4 град. Полный поперечный угол поля зрения устройства составляет 83,5 град. Полный используемый продольный угол поля зрения устройства (с учетом отклонения оптических осей) - 2,3 град. Относительная высота полета, на которой обеспечивается реальное разрешение - 30 см/пиксел, - 6,1 1 км. Линейный размер кадра в направлении «поперек полета» при данной высоте полета, составляет 1 1,08 км. Линейный размер кадра в направлении «по полету» составляет 0, 24 км. Таким образом, отношение ширины полосы кадра к длине составляет 1 : 46. Фотоприемники экспонируют одновременно с временем выдержки 0,25 мс.
При скорости самолета 700 км/час и 50% перекрытии между смежными кадрами, производительность съемки составляет 930,7 км /час.
Пример 4
Способ реализуют с устройством аналогично примеру 3, но количество фотоприемников увеличено до 18, а соотношение сторон кадра составляет 1 : 100. Производительность при высоте полета 8,5 км и скорости 830 км/час составляет 2390 км /час.
Пример 5
Способ реализуют с устройством аналогично примеру 2, но количество фотоприемников уменьшено до 4, а соотношение сторон кадра составляет 1 :5. Производительность при высоте полета 0,8 км и скорости 300 км/час составляет 43,2 км /час. Предложенные способ и устройство обеспечивают высокую производительность съемки при одновременном улучшении качества выходного изображения.

Claims

Формула изобретения
1. Способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя, включающий фотографирование наблюдаемой поверхности несколькими оптико-электронными фотоприемниками с частичным перекрытием получаемых от каждого фотоприемника субкадров, совместно образующих кадр центральной проекции в виде полосы, ориентированной длинной стороной поперек направления движения носителя, последовательное получение указанных кадров по мере движения носителя с их частичным перекрытием между собой и последующее объединение кадров в единое изображение, отличающийся тем, что субкадры получают, фотографируя поверхность под углом к вертикали, последовательно увеличивающимся к концам полосы, причем при получении субкадров в процессе фотографирования все фотоприемники экспонируют одновременно.
2. Способ по п.1 , отличающийся тем, что при получении кадра центральной проекции отношение ширины полосы кадра к ее длине поддерживают в пределах 1 : 5...100.
3. Способ по п.1 , отличающийся тем, что периодичность экспонирования фотоприемников согласовывают с движением носителя, обеспечивая перекрытие между соседними кадрами центральной проекции не более 50%.
4. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее фиксирующее приспособление, в котором закреплены не менее двух оптико-электронных фотоприемников, отличающееся тем, что фотоприемники закреплены в фиксирующем приспособлении таким образом, что проекции их оптических осей на вертикальную плоскость находятся под углом к вертикали, однонаправлено изменяющимся от фотоприемника к фотоприемнику на величину меньше проекции угла поля зрения фотоприемника на указанную плоскость, при этом проекции оптических осей указанных фотоприемников на другую вертикальную плоскость, перпендикулярную первой, составляют между собой угол не более 50% от проекции угла поля зрения фотоприемника на эту плоскость.
PCT/RU2013/000483 2012-06-21 2013-06-11 Способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя и устройство для его осуществления WO2013191583A2 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13807562.7A EP2866090A4 (en) 2012-06-21 2013-06-11 METHOD FOR PRODUCING A PICTURE OF THE EARTH SURFACE OF A LIFTING BEAM AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE PROCESS
US14/406,523 US20150185006A1 (en) 2012-06-21 2013-06-11 Method and Apparatus for Obtaining the Earth's Surface Images from a Moving Carrier
CA2876186A CA2876186A1 (en) 2012-06-21 2013-06-11 Method and apparatus for obtaining the earth's surface images from a moving carrier

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012125799 2012-06-21
RU2012125799/28A RU2498378C1 (ru) 2012-06-21 2012-06-21 Способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013191583A2 true WO2013191583A2 (ru) 2013-12-27
WO2013191583A3 WO2013191583A3 (ru) 2014-02-27

Family

ID=49683323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000483 WO2013191583A2 (ru) 2012-06-21 2013-06-11 Способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя и устройство для его осуществления

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150185006A1 (ru)
EP (1) EP2866090A4 (ru)
CA (1) CA2876186A1 (ru)
RU (1) RU2498378C1 (ru)
WO (1) WO2013191583A2 (ru)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2561231C1 (ru) * 2014-03-27 2015-08-27 Акционерное общество "Ракетно-космический центр "Прогресс" (АО "РКЦ "Прогресс") Способ полетной калибровки мультиспектральной аппаратуры космического базирования
AU2015309677B2 (en) * 2014-08-29 2019-11-07 Spookfish Innovations Pty Ltd An aerial survey image capture system
RU2599917C1 (ru) * 2015-07-28 2016-10-20 Публичное акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Устройство фотографическое с изменяемым направлением фотографирования, управляемой величиной поля зрения и масштаба фотографирования
FR3044101B1 (fr) * 2015-11-20 2020-04-24 Thales Procede d'acquisition d'images d'une scene, a partir d'un capteur a bord d'un porteur en deplacement, avec asservissement de sa ligne de visee
US11137776B2 (en) 2016-05-16 2021-10-05 SZ DJI Technology Co., Ltd. Systems and methods for coordinating device actions
CN106595598B (zh) * 2016-12-21 2019-03-19 上海航天控制技术研究所 一种宽视场恒地元光学遥感成像方法
CN106973218B (zh) * 2017-01-23 2019-09-27 北京小米移动软件有限公司 智能飞行设备的拍摄方法及智能飞行设备
RU2707247C1 (ru) * 2019-01-25 2019-11-25 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный университет" Министерства обороны Российской Федерации Способ фиксации доказательств с места происшествия большой площади в районах вооруженных конфликтов и аппаратно-программный комплекс для его реализации
CN110296689B (zh) * 2019-05-31 2020-06-26 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种航空成像相机中摆扫图像重叠率测试装置及方法
CN111678502B (zh) * 2020-06-09 2022-06-14 中国科学院东北地理与农业生态研究所 基于无人机航测影像提取冻土灾害信息的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2207504C1 (ru) 2001-12-06 2003-06-27 Закрытое акционерное общество "ЦКМ" Способ крупномасштабной аэрофотосъемки
RU2298150C2 (ru) 2005-03-23 2007-04-27 ФГУП Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича (ФГУП ПИНРО) Мультиспектральный комплекс для авиасъемки наземных объектов и способ съемки
US20110122223A1 (en) 2009-11-24 2011-05-26 Michael Gruber Multi-resolution digital large format camera with multiple detector arrays
US20110122300A1 (en) 2009-11-24 2011-05-26 Microsoft Corporation Large format digital camera with multiple optical systems and detector arrays

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5604534A (en) * 1995-05-24 1997-02-18 Omni Solutions International, Ltd. Direct digital airborne panoramic camera system and method
US6374047B1 (en) * 2000-08-31 2002-04-16 Recon/Optical, Inc. Cassegrain optical system for framing aerial reconnaissance camera
US6477326B1 (en) * 2000-08-31 2002-11-05 Recon/Optical, Inc. Dual band framing reconnaissance camera
US6658207B1 (en) * 2000-08-31 2003-12-02 Recon/Optical, Inc. Method of framing reconnaissance with motion roll compensation
US7725258B2 (en) * 2002-09-20 2010-05-25 M7 Visual Intelligence, L.P. Vehicle based data collection and processing system and imaging sensor system and methods thereof
US7365774B2 (en) * 2002-12-13 2008-04-29 Pierre Louis Device with camera modules and flying apparatus provided with such a device
KR20040097947A (ko) * 2003-05-12 2004-11-18 오영범 실안 전경 촬영 장치 및 그 광시야각 사진 제작 방법
RU44838U1 (ru) * 2004-11-26 2005-03-27 Автономная некоммерческая организация "Космос-Наука и Техника" Авиационная оптико-электронная система наблюдения и регистрации
US20070188610A1 (en) * 2006-02-13 2007-08-16 The Boeing Company Synoptic broad-area remote-sensing via multiple telescopes
JP4396674B2 (ja) * 2006-08-11 2010-01-13 船井電機株式会社 パノラマ撮像装置
IL180223A0 (en) * 2006-12-20 2007-05-15 Elbit Sys Electro Optics Elop Airborne photogrammetric imaging system and method
US8385672B2 (en) * 2007-05-01 2013-02-26 Pictometry International Corp. System for detecting image abnormalities
US8675068B2 (en) * 2008-04-11 2014-03-18 Nearmap Australia Pty Ltd Systems and methods of capturing large area images in detail including cascaded cameras and/or calibration features
US8477190B2 (en) * 2010-07-07 2013-07-02 Pictometry International Corp. Real-time moving platform management system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2207504C1 (ru) 2001-12-06 2003-06-27 Закрытое акционерное общество "ЦКМ" Способ крупномасштабной аэрофотосъемки
RU2298150C2 (ru) 2005-03-23 2007-04-27 ФГУП Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича (ФГУП ПИНРО) Мультиспектральный комплекс для авиасъемки наземных объектов и способ съемки
US20110122223A1 (en) 2009-11-24 2011-05-26 Michael Gruber Multi-resolution digital large format camera with multiple detector arrays
US20110122300A1 (en) 2009-11-24 2011-05-26 Microsoft Corporation Large format digital camera with multiple optical systems and detector arrays

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2866090A4

Also Published As

Publication number Publication date
CA2876186A1 (en) 2013-12-27
WO2013191583A3 (ru) 2014-02-27
US20150185006A1 (en) 2015-07-02
EP2866090A4 (en) 2015-06-24
EP2866090A2 (en) 2015-04-29
RU2498378C1 (ru) 2013-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2498378C1 (ru) Способ получения изображения земной поверхности с движущегося носителя и устройство для его осуществления
US9063391B2 (en) Method and system for increasing the size of the area scanned by an airborne electro-optic reconnaissance system in a given time
EP2791868B1 (en) System and method for processing multi-camera array images
EP2247094B1 (en) Orthophotographic image creating method and imaging device
KR102471347B1 (ko) 원격 이미지의 안정화 및 디스플레이
JP4302625B2 (ja) 航空偵察システム
US9503639B2 (en) Distortion correcting sensors for diagonal collection of oblique imagery
RU2562707C2 (ru) Системы и способы захвата изображений большой площади по частям, включающие в себя каскадные камеры и/или калибровочные признаки
US8223202B2 (en) Airborne reconnaissance system
US20070129853A1 (en) Airborne reconnaissance system
KR101214081B1 (ko) 항공촬영이미지와 수치정보를 합성 처리하는 영상도화 시스템
US9418299B2 (en) Surveillance process and apparatus
CN112710311A (zh) 一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法
CN109141368A (zh) 一种高定位精度星载成像系统及方法
RU2686513C1 (ru) Способ получения непрерывного стереоизображения земной поверхности с движущегося носителя
EP1899679A2 (en) Method for reducing the number of scanning steps in an airborne reconnaissance system, and a reconnaissance system operating according to said method
Fabian et al. Improving UAV-Based Target Geolocation Accuracy through Automatic Camera Parameter Discovery
US20190323838A1 (en) Method and device for determining the leading edges of two overlapping image captures of a surface
RU2665250C2 (ru) Способ создания цифрового топографического фотодокумента и комплексное средство для осуществления этого способа
TWI819569B (zh) 架構於無人機群飛之零時差巨幅空照圖拍攝裝置
Liu et al. An approach of system calibration for UAV photogrammetry
Welch Algorithms for the Calibration and Correction of Texel Images Using Inertial Measurement Updates
PLAN DIGITAL AERIAL SENSOR TYPE CERTIFICATION
Rosiek et al. Exploiting global positioning system and inertial measurement unit-controlled image sensors

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13807562

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14406523

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2876186

Country of ref document: CA

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013807562

Country of ref document: EP