遥感卫星双相机组合成像偏流角修正残差分析

针对国内遥感卫星工程中使用的双相机组合成像的配置,分析了双相机组合成像在偏流角修正中可能引入的误差,提出了一种通用的几何分析模型。基于全视场成像仿真方法,结合卫星实际场景,对卫星在不同姿态机动状态下的模型有效性进行了验证。研究结果表明:使用双相机组合成像的卫星,在无姿态机动(星下点成像)或常规侧摆机动时,成像质量基本不受影响;而俯仰机动时,系统将存在较大的偏流角修正残差,因此设计双相机组合成像卫星时不建议采用大角度俯仰机动成像。

基于虚拟成像原理的组合相机视场拼接与波段配准方法

针对宽幅组合相机在交会角过小、平差精度不稳定等方面的挑战,以及多光谱组合相机面临的波段配准技术难题,深入探讨了虚拟成像原理在扩大视场角和提升波谱分辨率方面的实现途径。通过分析和优化组合相机各物理相机间固有的几何关系,将多台物理相机的位置和姿态关系视为刚体连接。通过测量不同相机拍摄的影像间的同名像点,解算相机间的几何变换关系并重投影至虚拟成像面,最终实现了各物理相机所获取的独立图像的高效且精确的影像融合,融合的图像符合单中心投影规律。通过优化,扩展了宽幅组合相机的航摄范围,提高了多光谱组合相机的光谱分辨率,尤其在处理无纹理区域和地形起伏场景时展现出卓越的适应性和精确度。实验结果显示,对于宽幅组合相机,该方法的影像拼接精度达到0.31 pixel;对于多光谱组合相机,波段配准精度达到0.25 pixel。证明了虚拟成像技术能够显著提升组合相机数据的处理性能和效率,且与现有摄影测量处理软件系统完全兼容,拓宽了组合相机数据在航空摄影测量领域的应用范围,为地理信息系统的应用提供了新视角。

相机与星敏组合体结构件常压热变形复合测量试验方法

针对某型号卫星相机与星敏组合体结构件的热变形试验需求,提出了一种常压热变形复合测量试验方法.在地面常压环境下,采用经纬仪、数字摄影测量相机、激光位移计共3种测量设备,通过搭建测控系统,设计试验工况,制造温度拉偏,精确复合测量试件在各种温度工况下的热变形情况,并进行相互验证,消除外部环境干扰等因素引起的试验件的位移,为验证热变形分析、改进设计提供支撑数据.试验按照试件温度状态分为4个工况、20个子工况,测量得到常压环境下相机、星敏间夹角最大变化量为200″.试验表明,该常压热变形复合测量试验方法完全满足卫星结构热变形的测量需求,探寻了相机与星敏间夹角变化与温度变化间的规律,试验数据与计算结果吻合,并为复杂几何形体的机械零件热变形测量提供了新的测试方法与手段.

扩展共线方程结合车载组合全景相机影像区域网平差

利用扩展共线方程实现组合相机单片影像的空中三角测量,通过该方法来提高全景影像的定位精度。由于组合全景相机中各子相机刚性固定,相机间的相对位姿参数可以精确标定,因此利用扩展共线方程模型,可以将组合全景相机的构像单元从单个子相机影像扩展为整个组合相机获取的多张影像。与已有的球模型方法,包括球理想模型和球严密模型方法相比,本文所用的扩展共线方程方法使用各子相机影像像点作为观测值,避免了球模型方法中由各子相机摄影中心不重合导致的球模型投影误差和摄站内重叠区域融合误差。试验结果表明:与球模型方法相比,本文方法无需模型投影和摄站内重叠区域融合等繁琐的处理过程,避免了由其引起的精度损失,保证了空三网稳定性的同时提高了定位精度。

双拼组合宽角相机低空航测实验研究

介绍无人机载双拼组合相机低空航测的实验过程,包括双拼组合相机组成结构、原理以及利用该系统进行大比例尺测图的生产流程,对此过程中出现的误差进行了重点分析,并提出消除误差的方法。理论和实践证明,无人机载双拼相机低空航测可以满足1∶1000测图精度标准,比装备普通单相机工作效率有明显提高。

车载组合全景相机单片影像匹配算法

车载组合全景影像存在严重的射影变形,纹理单一重复,造成全景单片影像匹配同名点的正确率低。由于纹理重复方向、运动物体的移动方向与摄影基线方向一致,用随机抽样一致性算法(RANSAC)结合极线几何不能有效地剔除此类误匹配,该文建议一种适宜车载组合全景单片影像的匹配流程。首先提取Harris角点特征,SIFT描述符描述特征和距离比阈值约束匹配初始同名点;然后,RANSAC结合极线几何初步剔除误匹配,特征点追踪获取同名点的多视对应,利用GPS和IMU提供的影像外参数多片前交剔除误匹配;最终通过地面点的反投影像点模板匹配,进一步增加同名像点的重叠范围。据实验分析,本流程匹配到的同名点不含有粗差,且数量充足,可满足后续空中三角测量的需要。

UAV载特轻小型组合宽角数字相机拼接模型

针对无人飞行器小负载的需求,设计了具有自检校功能的特轻小型四组合宽角数字相机,克服了数码相机像幅小,基线短的缺点;提出了一种基于软式的稳定平台的解决方法,实现了无稳定平台的正直航空摄影测量,满足了高精度、高效率的大比例尺低空摄影测量应用,解决了城市复杂建筑物多面纹理的获取问题。测图精度检测结果表明:相机相对自检校有效纠正了航摄过程中的机械变形,满足了影像拼接的几何精度,使用该组合宽角数码相机影像资料测制的1:1000比例尺地形图可满足精度要求,优于规范规定的限差。

飞思IQ180相机的组合相机设计与分析

针对当前大多UAV搭载单个数码相机进行摄影测量时存在的实际问题,详细分析了多面阵组合相机的结构设计。以飞思IQ180相机为例,通过比较双拼组合相机与三拼组合相机的组合方式及各自成像特点,对其相机的组合参数以及相应关系进行探讨;并通过对拼接误差与高程精度的影响分析,得出组合相机对高程精度的提高、增大像幅、提高作业效率等方面有明显的优越性,对多面阵数码相机的设计具有一定的指导意义。

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。

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三维检校场对轻小型组合宽角低空相机实施检校,内外方位元素的初始值用DLT方法解算,并利用标志点像点坐标差对相机检校结果进行评定,验证了检校成果的精确性和可靠性。

组合宽角五相机影像处理技术研究

在论述基于组合宽角五相机实现虚拟影像拼接及三维建模关键技术流程的基础上,采用无人机搭载的组合宽角五相机进行空中三角测量实验,并完成了测区的影像拼接与三维重建。实验结果表明,使用组合宽角五相机进行低空航测,既满足大比例尺测图的要求又可完成三维重建工作,体现了组合宽角五相机"一机多用"的独特优势,对测绘生产作业有重要的实践与指导意义。

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。

组合式全景相机成像模型的标定与分析

在移动测量系统的传感器标定时,精确解算全景相机的外方位元素是一个重要环节。针对使用全景相片来解算全景相机外方位元素的问题,介绍了理想全景相机成像模型和严格全景相机成像模型的原理。为了对这两种模型进行评价,设计了室内、室外两种情况下的两次基于全景相片的空间后方交会实验,使用最小二乘法解算了两种模型全景球坐标系的外方位元素。对两种相机成像模型解算的外方位元素进行精度比较。结果表明,理想全景相机成像模型存在系统误差,但在物距较大时,其对测量精度影响较小;而严格全景相机成像模型对系统误差进行处理,其模型更优。本结论对使用全景相片进行摄影测量计算有一定参考意义。

组合宽角相机影像色彩一致性处理研究

无人机的飞速发展使其在目标侦察、环境仿真等领域得到广泛应用,而其搭载的多面阵组合相机作业模式较单相机有一定的优越性。本文在论述通用影像色彩一致性处理技术的基础上,以一种多面阵组合宽角五相机为例,提出了针对无人机搭载的组合宽角相机影像匀光匀色处理方案。实验结果表明,利用MASK匀光法可消除单张像片内部色彩差异,再通过基于Wallis滤波器方法可进一步消除子影像间的色调差异,从而保障最终虚拟影像的色彩效果与表现质量。

相机前加红外滤光片对相机成像模型的影响

为了避免可见光的干扰或适应夜间工作环境,人们往往将红外滤光片装在普通相机前进行红外目标的捕捉.近年来,这种加红外滤波片的"组合红外相机"在空间视觉领域得到了广泛的应用.然而,空间视觉需要建立严格的"组合红外相机的成像模型",目前还没有文献对该问题予以关注.针对这一问题,首先从理论层面分析这种组合红外相机的成像模型是否符合针孔模型,进而通过实验分析了相机光心到空间直线的距离、滤光片厚度、空间直线与成像直线的夹角、滤光片折射率4个方面因素对其成像模型的影响.理论分析与实验结果均表明,这种组合红外相机,即使原相机的成像模型为理想的针孔模型,其成像模型理论上已不再为针孔模型.当这种组合红外相机用作相机或物体定位等空间视觉问题时,因为这些应用需要依据严格的相机成像模型,所以这种成像模型的"非针孔性"更应该得到注意,以避免由此导致的系统性误差.文中结论可望为相关研究和应用人员提供一些参考.

无人机双拼相机低空航测系统

介绍一种新近研制成功的无人机载双拼组合相机低空航测系统,包括其组成结构、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;最后给出示范工程的结果。理论与实践证明,对于同一架飞机、同一地点、同一航高而言,装备双拼相机比装备普通单相机,飞行效率可提高一倍。

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。

无人机机载双拼相机在低空遥感中的应用

本文主要介绍搭载无人机的双拼相机组合的低空遥感系统,重点讲述了其组成结构、成像原理,以及利用该相机进行大比例尺测图的数据处理,给出了制作成的DOM数据,证明了对于在相同条件下,双拼相机比单相机飞行效率,成图效率均有很大的提高。

低空无人飞艇航测相机稳定平台控制方法

针对低空无人飞艇航空遥感系统平台姿态稳定问题,以及现有稳定平台用于无人飞艇航测系统存在的困难,提出了基于轻小型低精度GNSS/IMU系统和PID算法的三轴稳定平台控制方法。该系统结合双GPS轻小型组合GNSS/IMU系统,采用分离相机和GNSS/IMU系统控制方式,采用PID控制方法,利用STM32控制芯片电路实现稳定平台的控制,解决无人飞艇航测系统相机姿态稳定问题。最后通过飞行试验验证了该系统的稳定性。试验结果表明,该方法能够满足相机系统的俯仰和翻滚角度及航偏角度控制的要求,能够有效隔离无人飞艇姿态的不稳定对成像系统的影响,对于提高无人飞艇航测系统成图精度有重要意义。