“浦江一号”轻小型相机设计及在轨测试

相机分系统是"浦江一号"卫星的关键载荷之一。它在光学系统、指向摆镜以及电子学设计方面均坚持集成化、小型化的思想。整机结构紧凑,体积小,重量轻。相机光学系统选择三反离轴结构,与同轴系统相比,具有视场大、无遮拦、传函高等优点。通过光学设计合理布局,有效控制了光学系统尺寸;合理优化光学系统公差,降低了机械设计难度和装调难度;光学系统后截距对镜间距变化不敏感,在没有调焦机构时仍能满足清晰成像的要求。相机利用摆镜机构实现多目标快速指向,能在一个成像周期内对多个目标成像,反应时间短,成像效率高。摆镜指向机构采用电机+齿轮组的驱动方式;光电编码器与指向镜同轴安装,能够精确测量指向角度,对目标准确定位。在一个电子设备内集成视频成像、图像压缩及编码、遥控遥测、控温以及供配电等功能。对外采用标准的即插即用1553B接口以及小型高速Spacewire数传接口,实现了设备快速组装和测试。电路的集成化设计,减少了设备数量,进而减少了整个系统的体积、重量和功耗。卫星在轨运行以后,结合用户需求,优化在轨测试流程,卫星入轨1个月内完成了相机的全部测试和评估工作。迄今为止,相机运行正常,性能优越。该相机的研制成功及在轨稳定运行,为后续高性能轻小型相机的设计提供了有力的技术支撑。     

无人机成像系统调光控制器故障排除方法研究

立体成像分系统是无人机测绘系统的重要组成部分,是一种高分辨率的实时测绘相机,能够快速获取地理环境三维影像信息以及对目标进行快速跟踪定位。测绘相机系统由面阵数字相机、视频摄像机、三轴稳定平台、相机热控单元、组合导航测量单元、升降机构、相机控制器、图像跟踪器、图像压缩卡等组成。     

车载测量系统几何标定的探讨

文章针对移动车载测量系统的各项系统误差来源进行了分析,建立了相机畸变模型,以地面高精度三维控制场为依托对各项系统误差(相机畸变、GPS偏心矢量、IMU视准轴偏心角)进行了标定,并对标定后系统的直接定位绝对精度进行了评估。实验证明,系统几何标定之后具有较高的直接定位绝对精度,能够满足移动测量的需求。整个标定方案对于其他移动测量系统也具有一定的借鉴意义。     

无人机非量测相机检校方法研究

无人机搭载的非量测相机光学系统不稳定、畸变差大、内方位元素未知,难以满足大比例尺测图精度要求。本文通过建立高精度室内相机检校场,基于直接线性变换公式编写了非量测相机检校程序,根据解算得到的畸变参数对相机进行了改正,使之适用于大比例尺航空摄影测量成图,并通过实际项目验证了该方法的有效性。     

准二维控制场的设计与研究

详细介绍了高精度二维控制场的设计与实施方案,并对控制场的观测精度进行了分析。同时,利用数字畸变模型理论建立该控制场的不同焦距的数字畸变模型。根据得到的数字畸变模型对所拍摄的影像进行纠正。最后,采用二维控制场多片空间后方交会的方法,确定出相机内方位元素。     

辐射产品的卫星影像内部畸变几何标定

针对卫星发射以后,由于外部太空环境的变化和相机光学系统的径向畸变导致卫星成像影像的外部误差和内部畸变,须对光学遥感相机长期周期性地进行几何标定消除卫星影像系统误差和相机指向角误差提高卫星影像几何定位精度的问题,该文从简单易行的角度出发,基于相机的CCD固定偏差原理构建一种新型的模型或内标定算法消除影像的内部畸变,以经过畸变改正的卫星影像辐射产品为参考控制,采用亚像素匹配法构建内部畸变模型修正卫星遥感影像的内部畸变,并分别以不同侧摆角和影像行数的SJ9A和ZY3为实验和参考控制数据构建和验证新型标定模型的有效性和实用性。     

海洋一号D卫星海岸带成像仪偏航90°相对辐射定标

海洋一号D (HY-1D)卫星搭载了一台海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager),由两台三反离轴相机组成,成像仪同时采用了视场拼接和光学拼接两种拼接方式。由于CZI高达63°的视场角,相机边缘畸变明显,其所成偏航90°影像存在明显的非线性畸变。本文针对HY-1D卫星海岸带成像仪的结构特点,提出了一种基于探元邻接关系的偏航数据自动标准化方法,有效地改善了海洋一号海岸带成像仪偏航图像非线性畸变的问题,保证了线阵电荷耦合器件CCD (Charged Coupled Device)探元对同一地物成像的理论前提。利用HY-1D海岸带成像仪偏航90°辐射定标数据计算获得相机相对辐射定标系数,对卫星正常推扫影像进行相对辐射定标实验,并利用在轨统计法进行对比实验。使用本文方法利用偏航辐射定标数据进行相对辐射定标后,陆地场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.33%,平均条纹系数优于0.04%,中位数条纹系数优于0.03%;海洋场景下传感器所有探元最大条纹系数优于0.48%,平均条纹系数优于0.07%,中位数条纹系数优于0.06%,各项指标均优于基于大量数据统计的在轨统计法。实验结...     

一种多面阵航测相机实验室标定及系统几何校正方法

介绍了一种基于实验室标定结果的多面阵复合航测相机几何畸变校正方法。利用由二维精密转台、平行光管和大面阵相机构成的实验室标定装置,沿方位向和俯仰向均匀测定复合焦平面上成像星点位置,然后根据复合大面阵航测相机畸变模型,由最小二乘回归算出内方位元素和畸变值,最后对复合面阵影像进行几何校正,生成无畸变等效大面阵影像,解决了复合大面阵航测相机室内精确标校问题。实验证明该方法精度高,能够满足测绘应用要求。     

直角坐标法求光学系统的基点

本文利用光束作直线传插的特点,抽掉光学系统中具体透镜的物理概念,在一个直角坐标系统中导出物象关系的基本公式。并在此坐标系统中,以原点为起点,在横竖两轴上各取透镜的前后焦距为边长作一方形,把透镜归化到与原点成对角线位置的顶角点上。以坐标轴为光轴,从物方光轴上一点向透镜的归化点联直线,并延长使之与象方光轴相交。其交点即为象点。利用这个新的物象共轭几何关系可以很方便的导出牛顿公式、高斯公式等公式和求解系统的基点。直角坐标求解法还为光学系统自动保持物象共轭的机构提供了理论依据。     

面阵数字航测相机实验室校准装置的设计与实现

随着面阵数字航测相机在航空摄影领域的广泛使用,其参数校准成为亟待解决的关键问题。本文首先阐述了精密测角法的校准原理,在此基础上设计了基于大口径长焦距平行光管、精密测角转台和亚像素目标定位算法的面阵数字航测相机校准装置;其次通过对装置的误差分析,证明了该装置精度满足测绘行业标准中对数字航测相机的校准精度的要求;最后验证了该装置对面阵数字航测相机的实验室校准是可行的。     

亚m级卫星TDI CCD立体测绘相机成像仿真

以三角网和贴面纹理影像为精细地面模型的数据构成,以亚m级TDI CCD(time delay and iintegration charge coupled devices)立体测绘相机为仿真对象进行成像仿真。通过建立每个像元的"视线目标索引"判断目标对相机和太阳的可见视性,进而生成阴影。将TDI CCD焦平面细分成很多子CCD,同时将积分时间细分,计算"连续焦面辐照度影像"并实现静态MTF仿真,然后得到"时间平均静态影像"。实现了多级积分条件下的霰粒噪声仿真和TDI CCD多级动态积分成像的仿真。推导了相机安装角和光学节点从平台坐标系到物方坐标系的转换公式,结合姿态参数和CCD畸变参数,实现了任意侧摆角度和相机安装角度的成像仿真。     

“天绘一号”传输型摄影测量与遥感卫星

介绍了“天绘一号”卫星的总体方案、技术特点、研制历程和应用概况, 重点介绍了“天绘一号”卫星的技术特点和应用前景, 以便用户了解、熟悉“天绘一号”卫星, 更好使用其各种影像产品, 更好发挥卫星的应用效能。“天绘一号”卫星摄影定位与测图系统采用LMCCD(Line Matrix Charge Coupled Device)测绘体制, 由前视、正视和后视3台全色CCD相机, 3台星敏感器以及1台GPS接收机组成;其中正视相机焦平面上还设计有4个小面阵CCD器件, 用于提高摄影定位的高程精度。卫星摄影测量基高比为1。卫星通过一个高强度、高刚度和高稳定度的测绘光学平台, 将3台测绘相机、3台星敏感器和1台多光谱相机集成为一体, 满足了测绘任务对星敏感器与相机间几何角度关系的高精度及高稳定度要求。在轨测试结果表明, 卫星摄影定位精度优于任务指标要求, 可满足无地面控制点条件下测制全球1:50000比例尺地图要求。     

THE RECTIFICATION OF AIR PHOTOGRAPHS

Abstract

The application of the formulae for the rectification of air photographs, with or without change of scale, becomes greatly simplified when the tilt of the photographs is small. Usually this tilt does not exceed 2°, and the rectification may take place in a comparatively simple form of camera and with hardly any computations, since, as will be shown, variations of the camera settings are then accurately linear in relation to the tilt. It will also be shown that in the result the errors due to small differences in the focal length of the air camera lenses, to distortion from the pressure plate, and to average shrinkage of the film, can be automatically eliminated.     

无控制场的相机畸变差改正方法

本文提出并论证了一种无需控制场、仅应用影像线特征进行非量测相机畸变差测定的方法。分别运用三维室内和室外控制场、二维控制场和无控制场检校方法对Cannon-5d非量测相机的35 mm镜头进行畸变差测定,比较其影像纠正的效果。试验结果表明径向畸变在整个光学畸变中占据主要地位,四类检校方法测定的径向畸变差对影像的纠正效果接近,从而证明了利用无控制场相机畸变差改正方法进行非量测相机畸变差改正的可行性。     

机载干涉SAR测绘制图应用系统研究

介绍我国机载干涉SAR系统及测绘应用概况,介绍机载干涉SAR生成DEM、SAR正射校正、地形引起的SAR后向散射畸变校正、机载SAR图像解译、雷达图像与光学影像的融合、雷达"空中三角测量"等关键技术研究进展.最后,介绍机载干涉SAR系统在泰山试验区的测绘制图实验情况.     

多镜头组合式相机的全景SLAM

同步定位与地图构建（simultaneous localization and mapping，SLAM）是摄影测量、计算机视觉和机器人学的研究热点，并广泛应用于移动测图系统、机器人、无人驾驶车等。本文提出一种针对多镜头组合式全景相机的基于特征的SLAM解决方案。首先，本文建立了鱼眼相机的高精度检校模型，以保证鱼眼相机与全景相机之间的高精度坐标转换；然后，将多镜头组合式全景成像模型嵌入SLAM的初始化、局部地图生成、关键帧选取、图优化等各个流程中。此外，考虑全景相机变形大、基线长的不利因素，本文在特征匹配、平差、特征点跟踪等SLAM的各个步骤都进行了针对性改进。本文在两套车载全景数据集共8000余张全景影像上进行试验。结果表明，本文所提出的全景SLAM很好地实现了全景相机的自动定位与地图构建功能，并达到了接近GPS参考的极高定位精度而无须借助GPS/IMU组合导航系统。相对于主流的基于平面相机的各类SLAM系统，如Mono-SLAM、Stereo-SLAM以及RGB-D SLAM，本文提出的全景SLAM可作为良好的补充，并为GPS信号失锁时的传感器定位提供廉价的自动解决方案。     

透镜焦距的CCD图像测量系统

将CCD引入放大率法焦距测量系统中,把CCD当作一把精度很高的"尺子"取代读数显微镜进行"读数",形成透镜焦距的CCD图像测量系统,使焦距测量的光电自动化成为可能。     

由小面阵CCD组合构成宽角航空相机

本文研究由多台小面阵CCD相机构建组合式宽角航空相机的新方法———包括由3台或4台相机组合构建的多相机系统结构,由其分离的各影像转换成等效大影像的数学表达;利用室外和室内近景相机检校场对组合相机系统进行高精度检校的内容、解算方法和检校结果;最后给出了以3相机组合系统装备无人驾驶飞行器(UAV II)进行低空摄影的影像成果。     

轻小型组合宽角低空相机检校技术研究

轻小型组合宽角低空相机由四个非量测的CCD面阵相机组合而成,其内方位元素未知,并且相机畸变差较大.而无人机航空摄影测量作业对CCD相机的光学畸变参数有较高的要求,因为参数的一个像素的误差常常会导致地面几米甚至数十米的误差,因此对组合相机进行高精度检校是无人机航空摄影测量作业的关键步骤.本文采用多片空间后方交会方法在室外...