宽视场遥感相机像移速度模型及补偿策略

宽视场遥感相机在轨成像期间,受地球自转、卫星颤振、姿态机动等因素影响而产生像移,导致成像质量降低。为此,提出了一种适用于宽视场遥感相机的像移速度模型,并考虑了离轴角对计算精度的影响,推导了离轴三反相机像移速度和偏流角解析式。以某卫星为例,仿真分析了3种典型成像模式下像移速度和偏流角在焦面的分布情况,仿真结果与定性分析结果一致,验证了像移速度模型的正确性。在此基础上,针对侧摆兼具俯仰成像模式,提出了相应的像移补偿策略。补偿效果表明,卫星侧摆35°兼具俯仰35°成像时,采用全局优化偏流角匹配策略能保证整个焦面区域的调制传递函数（modulation transfer function,MTF）均大于0.95（16级）;采用局部优化偏流角匹配策略能保证焦面重点观测目标的MTF大于0.95（96级）;采用提出的像移速度匹配策略在分11组调节行周期情况下,能保证整个焦面区域的MTF均大于0.95（16级）。仿真结果表明,提出的像移补偿策略能有效解决侧摆兼具俯仰成像时的像质下降问题,可为宽视场遥感相机像移补偿提供可靠依据。     

UCD航摄像片在大比例尺地形图中的应用

本文阐述了UCD数码航摄相机的原理、功能及优点,结合在生产中的应用实践,分析了UCD数码航摄像片的成图精度.     

数码相机检验中出现的问题及解决方法

数码相机的检验是近景摄影测量中经常碰到的问题。最常用的主要还是基于共线方程的后方交会法。但由于普通数码相机存在较大的镜头畸变,内方位元素也未知,所以仅用单片进行后方交会求取有关参数时,法方程可能会出现病态现象,从而影响最后的检验结果。文中对此现象进行了讨论,并给出了一些实用的解决方法。     

组合宽角低空航测相机关键技术研究

近年来,摄影测量技术发展迅猛,特别是低空航空摄影平台的出现,很好地弥补了传统卫星遥感、常规航空摄影测量在时效性、灵活性方面的不足。借助低空摄影的光学优势能够获取传统航空摄影和卫星遥感无法比拟的高分辨率影像,可以实现航空摄影测量大比例尺成图的目标。符合低空航空摄影的成像系统,发展较为滞后。现有很多低空航摄影测量平台普遍搭载单个普通数码相机进行航空摄影,存在航空摄影数据采集效率低、有效数据量小、数据处理难度高以及成图精度不高等问题;再有,传统的航空摄影测量相机及国内外成熟的组合宽幅航空相机系统又缺乏进行低空航空摄影测量应用的客观基础。研究适合于低空航空摄影的成像系统对于低空航测应用发展非常关键,是解决低空航测现存问题的一个有效途径。低空航测成像系统目前最主要的问题是数据的获取效率和精度,根本原因在于相机像幅以及视场角大小的问题。解决这一问题的根本途径是研究适合于低空航空摄影的宽幅面、宽视场角相机系统。对于数字相机而言,像幅受材料以及制造工艺限制,视场角受光学镜头的光学性能限制,很难有所突破。但是数字相机影像的可拼接性提供了另外一种可能途径,即多传感器组合成像,利用多个小像幅相机构造拼接成一个近似单中心投影的宽幅面航空相机,从而提高影像像幅和视场角,达到宽幅面大视场成像的目的。本文主要研究工作如下:(1)研究了低空航空摄影的光学理论基础。系统分析了低空航空摄影光学条件,结合光度学理论详细论述了低空航空摄影光度学优势,以及单镜头成像系统低空宽视场成像的劣势,阐述了利用组合成像技术来实现低空宽角成像的必要性和可行性。系统总结了当前摄影成像相机系统的发展现状,归纳了现有组合成像系统的特点和优势,分析了利用组合成像技术来提高影像像幅和视场角数学原理。在对比分析现有组合相机几何构造、成像单元数量、拼接模型的基础上,确定了利用五个数码相机采用组合成像技术来构造组合宽角低空航测相机的研究目标。(2)研究了基于地面三维检校场的低空组合宽角相机的静态误差高精度检校方法。理论推导了低空组合宽角相机的几何成像数学模型,定义了相机之间以及虚拟影像空间坐标系统,建立了各个独立光学结构(子相机)之间,及其与虚拟影像之间的严格几何数学模型。理论分析了组合宽角相机几何成像数学模型误差,将其归纳为地面静态误差和飞行动态误差两个部分。并研究了利用地面三维检校场来实现其静态误差的几何标定。静态误差几何标定主要包括单相机几何畸变误差的高精度标定和组合相机联合空间关系标定两个内容,详细论述了其算法原理和实现过程,最后通过实验结果分析了其精度和可靠性。(3)研究了基于影像全部像元参加的低空组合宽角相机飞行动态误差自检校模型求解与全局优化方法。自检校的目的是对相机飞行过程中由于系统和环境变化等因素导致的动态误差进行补偿。首先,理论推导了本文采用的自检校联合平差数学模型,该模型顾及了飞行过程中可能导致的相机系统间的空间位置和姿态的微小变化,将这种微小变化的检测转换为重叠区影像的视差值。其次,论述了利用重叠区匹配同名点求解自检校模型参数的基本原理和方法,并结合本文组合宽角相机特点,设计了一种影像快速匹配策略,进而实现自检校模型求解;在此基础上,通过对影像匹配性能的分析,以及基于特征点匹配来求解自检校联合平差模型存在的局部最优问题,提出了一种影像重叠区全部像元参加的几何匹配方法来实现对自检校模型求解的全局优化算法,对算法思想和原理以及求解过程进行了详细论述。最后通过对比实验分析了自检校模型求解的精度,验证了算法的有效性。(4)研究了宽角相机与稳定平台的集成。分析了稳定成像对于低空航空摄影成像质量和数据处理精度的影响,指出稳定成像对于组合宽角低空航测相机的重要意义。首先,理论分析了低空飞行平台的不稳定对于低空航空影像光学和几何性能的影响,以及飞行平台不稳定导致的影像质量下降、数据处理难度增大、处理精度降低等问题;其次,介绍了一种适用于无人飞艇等飞行器的三轴稳定平台结构及其控制原理,并通过对比试验来分析稳定成像对于低空航测精度的影响,指出了低空稳定成像对于低空组合宽角相机系统数据获取和处理的重要意义。(5)通过具体的航空摄影工程实例阐述了利用低空组合宽角相机进行航空摄影作业的数据处理实际流程,并分析了不同类型地形数据自检校拼接的精度分布,展示了其相关数据产品成果情况,结合影像空三处理结果分析了其精度。实验结果反映了组合宽角低空航测相机的作业能力。     

基于影像的地面激光点云数据分类

为了完成地面激光点云数据的分类工作,不同于传统方法利用点云的几何特性和辐射信息,本文利用非量测相机获取影像数据实现点云的分类。首先,通过相机检校获取相机的参数,从而得到影像内方位元素;然后,将影像与点云进行配准,计算出影像的外方位元素;最后,对上述参数进行优化,实现二维影像与三维点云信息的融合,进而完成点云分类。实验表明该方案可实现地面激光点云数据的分类。     

天文CMOS相机测试平台及控制系统的实现

CMOS相机是一种重要的固体成像设备?随着科研级CMOS相机的性能不断提高,现已广泛应用于科研领域?新真空太阳望远镜的成像设备也使用CMOS相机?因此建立一个天文CMOS相机测试系统?对于新购CMOS相机的验收以及现有CMOS相机的定期检测和维护有十分重要的意义。介绍了CMOS相机测试平台的硬件组成,并针对实际测试中对设备控制的需求,以及利用控制器对相应的设备直接控制,提出了基于TCP/IP协议以及串口通信的设计方案?利用C#编程语言设计了一套多线程并行的控制系统软件?实现各设备在局域网内的远程并行控制。通过对设备的运行测试,结果表明,系统能良好地控制各设备的正常运行?满足测试系统集成控制的需求.     

粒子加速器中高精度丝线绝对位置测量技术研究

粒子加速器中采用振动线技术进行共架单元上多块磁铁的高精度预准直,需要将振动线代表的磁中心引出进行共架单元之间的相对准直。为了获取以振动线为代表的丝线高精度空间绝对位置,本文对采用近景摄影测量技术进行点、线位置求解的方法进行了研究。利用单相机多站位的方法进行拍摄,通过标定板提供的高精度控制点坐标,采用自标定光束法平差对相机进行标定,并提出将空间直线离散成空间2点进行直线整体精确求解。对标定板上由2点组成的模拟直线进行测量验证,并与标定板提供的理论值进行对比,结果显示空间直线位置获取精度优于5 μm。这表明了本文理论和方法的正确性,为进一步研究丝线高精度空间绝对位置测量打下了基础。     

基于投影变换的线阵旋转扫描相机标定方法

针对线阵旋转扫描相机标定数据难以获取及模型解算不稳定的问题,提出了一种基于投影变换的线阵旋转扫描相机标定方法。首先构建了一种新的线阵旋转扫描相机成像模型,该模型可以根据相机旋转平台参数、线阵旋转扫描相机成像平面与其切平面的位置关系将旋转扫描图像投影为框幅式图像;然后根据构建出的成像模型,采用直接线性变换法和非线性优化方法进行相机标定和参数优化。试验结果表明,此方法简单易行,具有较高的精度。     

基于ORB-SLAM3的惯性RGB-D稠密地图构建方法

针对ORB-SLAM3构建的稀疏地图不能直观展现室内环境问题,同时验证ORB-SLAM3中惯性RGB-D相对于RGB-D稠密地图构建的优势以及回环检测环节对于惯性RGB-D稠密地图构建的影响,本文探讨了一种基于ORB-SLAM3的惯性RGB-D稠密地图构建方法。该方法在分析ORB-SLAM3惯性RGB-D模式工作的基础上,增加了稠密建图模块,通过稠密点云构建、体素滤波、稠密点云回环更新等步骤,最终得到能够直观反映周围环境的稠密地图。通过实验验证,本文探讨的ORB-SLAM3的惯性RGB-D稠密地图构建方法是有效可行的,惯性RGB-D模式能够有效解决相机运动中特征跟踪容易丢失问题;稠密点云回环更新能够消除IMU初始不稳定运行导致点云模型杂乱问题。在实地采集的数据集下的实验结果表明,基于ORB-SLAM3的惯性RGB-D稠密地图相比于RGB-D稠密地图,在特征线段测量方面精度提升68%,在角度测量方面精度提升91%,表现出更高的精度和地图构建能力。