无人机载双拼相机低空航测系统技术研究

目前国内大多数无人机航测系统所采用的单相机平面精度可达到要求,但高程精度无法满足大比例尺测图要求。本文主要介绍一种无人机载双拼组合宽角相机低空航测系统,其组成结构、双拼组合宽角数码相机原理、数据处理软件,以及利用该系统进行大比例尺测图的生产流程。它与单相机系统的最大不同点是,通过双拼组合扩大了成像系统的旁向视场角,使得在等同航高条件下,航带影像地面覆盖宽度增加一倍,从而达到提高效率的目的。     

非量测型相机检校及可靠性研究

随着大面阵CCD技术以及数码相机的出现、应用和发展,数码相机开始应用于摄影测量生产,但是数码相机镜头畸变差很大,内方位元素无法直接量取,属于非量测型相机,这就使得数码相机无法直接在摄影测量中使用。文章通过对数码相机的检校和精度分析,说明了数码相机通过检校具有较高精度,并通过具体实践,证明了经检校的数码相机用于摄影测量是可行的。     

无人机载多面阵组合宽角五相机影像拼接技术

近年来无人机在航空摄影测量中得到广泛应用,且多面阵宽角组合相机与单相机作业模式相比有诸多优势。针对无人机搭载的组合宽角五相机的影像处理问题,提出了实现大像幅影像拼接的方法与技术流程。通过在子影像重叠区域内建立视差方程,采用最小二乘法整体答解相对角元素修正量,最终得到精确的相对角元素值并作为影像的拼接参数,实现了多面阵组合五相机的影像拼接。     

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。     

面阵CCD数字航测相机影像几何拼接误差模型与分析

分析了多镜头、多面阵CCD航空影像的几何特点;构建了利用多个面阵CCD影像合成大像幅、中心投影数字航空影像的误差模型;详细分析了影像拼接误差对成图精度的影响;同时,从理论上推导出建立多面阵CCD数字航空测量相机系统所涉及的若干关键技术指标,并通过模拟数据验证了理论分析的正确性.     

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。     

面阵CCD数字航测相机影像几何拼接误差模型与分析

分析了多镜头、多面阵CCD航空影像的几何特点；构建了利用多个面阵CCD影像合成大像幅、中心投影数字航空影像的误差模型；详细分析了影像拼接误差对成图精度的影响；同时，从理论上推导出建立多面阵CCD数字航空测量相机系统所涉及的若干关键技术指标，并通过模拟数据验证了理论分析的正确性。     

LMCCD相机影像摄影测量首次实践

LMCCD相机作为天绘一号卫星的有效载荷,是保证其实现无地面控制点摄影测量精度的关键。本文分别利用LMCCD影像和三线阵CCD影像对天绘一号卫星的相机参数进行了在轨标定计算,并利用各组在轨标定结果对定位精度（重点对高程误差）进行了统计分析。试验结果表明：与单纯的三线阵CCD影像的相比,LMCCD影像在相机参数在轨标定中能有效抵御因卫星姿态变化率导致的光束法平差航线系统变形问题,在天绘一号现有姿态变化率水平条件下,利用LMCCD影像进行相机参数在轨标定可保证天绘一号01星实现无地面控制点摄影测量精度要求。     

LMCCD相机卫星摄影测量的特性

本文简要介绍了LMCCD相机(线阵—面阵CCD组合相机)的概念和实现的基本条件,并以影像数字模拟方法显示LMCCD推扫摄影的影像,以及利用这些影像生成DEM和等高线。同时还利用数字模拟的方法生成LMCCD相机卫星摄影测量的数据,应用"等效框幅法(EFP)"平差,讨论了LMCCD影像在无地面控制的摄影测量的精度。     

卫星摄影测量LMCCD相机的建议

建议在平行排列的三线阵CCD相机的正视阵列上下端两侧各附加一个128×128像元小面阵CCD,构成线阵、面阵混合配置的相机.卫星推扫摄影时,每经历(ftanα/10)/pixel时间(取样周期),附带记录小面阵影像.采用"等效框幅"(equivalence frame Dhoto并简写为EFP)[1]光束法平差,应用三线阵CCD影像及小面阵影像,实现了单航线四控点(航线首末端四角隅各一个控制点)空中三角测量,取得与相同参数的框幅像片平差相当的结果.而且平差精度受卫星飞行姿态变化率影响甚微.采用与MOMS-02/D2相类似的参数进行数值模拟计算,给出了B≥2航线空中三角测量精度统计,说明了LMCCD相机影像空中三角测量的效能.以上f=正视相机主距,α=前视光线、后视光线与正视光线的夹角,B=正视影像投影中心与前、后视影像投影中心距离.     

宽角相机低空航测的精度分析

首先从理论上对低空航测精度与相机像场角的关系进行了定量分析,得出低空航测应尽可能使用宽角相机的结论;接着指明了单镜头相机扩大像场角的局限和现有市场上的组合宽角相机因重量过大而不适用于低空轻荷载无人机的不足,阐述了作者研制的具有自检校自稳定功能的组合宽角低空轻小型相机的特点,尤其是实现组合成像静态误差和动态误差自检校的技术原理;针对大比例尺测图的实践,提出通过宽角相机大重叠航空摄影提高低空航测精度的技术建议;最后用典型工程生产数据验证了上述理论分析的正确性。     

The accuracy of a river bed moulding/casting system and the effectiveness of a low-cost digital camera for recording river bed fabric

Digital photogrammetry has been used to develop and test an artificial river bed moulding and casting system, which allows the pebbles within a coarse-grain river bed to be recreated for hydraulic research in a laboratory flow channel or flume. Imagery of both the original streambed and the cast facsimile was acquired using a non-metric Kodak DCS460 digital camera and digital elevation models and orthophotographs were derived and compared to assess the accuracy of the moulding and casting system. These comparative tests proved to be critical in modifying and developing the system.
Additional imagery was obtained in the field using a non-metric Olympus C3030 'compact' digital camera to assess whether far cheaper camera technology could deliver data appropriate for such comparative examinations. Internal calibration parameter sets and data that were generated were compared with data obtained by the non-metric Kodak DCS460. These tests demonstrate that digital sensors built around high-quality 35 mm professional camera bodies and lenses are required for comparative examinations and for similar system development.     

Principal Point Behaviour and Calibration Parameter Models for Kodak DCS Cameras

Digital still cameras have been widely adopted for close range photogrammetry and machine vision applications. Due to the advantages of onboard storage of digital images, portability and rapid data processing, digital still cameras are rapidly becoming standard equipment for measurement tasks such as industrial metrology and heritage recording. As for any metric application, the accuracy of the derived object data is dependent, amongst many other factors, on the accuracy of the camera calibration. For the vast majority of photogrammetric applications, use of the simple case of a block invariant calibration model comprising the primary physical parameters, including the principal point position, is sufficient. However, cameras designed for photojournalism and domestic use, such as the Kodak DCS420 and 460 cameras, are well known for their calibration instability because the design is based on a 35 mm SLR camera body. In particular, previous research has shown that the principal point location is prone to movement during normal handling of the camera, due to the mounting mechanism of the CCD array. This paper reports on an investigation of the physical behaviour of the principal point location and compares different calibration parameter models for the Kodak DCS420 and DCS460 digital still cameras.     

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...     

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-DSLAM,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。     

航空遥感平台通用物理模型及可变基高比系统精度评价

精度是高分辨率遥感和摄影测量的关键。影响精度的因素分为：成像系统误差和数据处理误差。航空平台系统误差较为复杂,因此本文聚焦航空成像系统设计方法,以降低航空成像系统误差为目标,从源头上为数据处理精度提供保障。目前航空数字成像系统种类繁多,但缺乏统一物理模型,使得航空相机系统采用人工拼接为多刚体（多相机）,结构复杂、体积大、成本高、精度难以刻画,容易受到震动和温度等因素影响,成像系统装机实用精度只能达到毫米量级。为此,本文构建航空遥感平台通用物理模型,由此归纳出现有航摄相机的四类对偶技术特征：一次-二次成像、外拼接-内拼接、单基线-多基线、非严格-严格中心投影;以此建立可变基高比时空模型,从而实现数字航摄相机内部光学机械参数与地表高程精度的表达,实现地表高程精度-光机参数贯通;进一步设计二次成像数字航摄相机原型系统及宽波段临边成像光谱仪,为目前多刚体拼接的一次成像航摄相机构建向精密光机单刚体、折反式同光路构建提供原型依据,为数字航摄系统构建和工业化奠定理论基础和原型实例参考。     

消费级无人机在大比例尺测图中应用与精度评价

以分别搭载大视场角普通相机和鱼眼相机的消费级无人机为例,在对相机的高精度标定基础上,选取典型丘陵和山地实验区分别对两种消费级无人机大比例尺测图能力进行实验和精度评价,结果证明消费级无人机在合理的航测方式下,其测图结果的空三精度、分辨率及高程精度均可满足国家1∶500大比例尺地形测图的精度要求,可以推广应用到小范围大比例尺测图和修测任务中。