一种经济型机载倾斜数码航空摄影系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103047971 A (43)申请公布日 2013.04.17 CN 103047971 A *CN103047971A* (21)申请号 201310019024.7 (22)申请日 2013.01.19 G01C 11/00(2006.01) G01C 11/02(2006.01) (71)申请人 杭州图方科技有限公司 地址 310052 浙江省杭州市滨江区浦沿街道 东信大道 92 号 (72)发明人 吴军 (54) 发明名称 一种经济型机载倾斜数码航空摄影系统 (57) 摘要 本发明是一种经济型机载倾斜数码航空摄影 系统 , 由前、 后、 左、 右四个倾斜摄影。

2、单元、 一个垂 直摄影单元、 连接底板、 微型 GPS 导航仪、 系统控 制器八部分组成。 各摄影单元均由CCD工作相机、 相机固定件、 相机旋转座、 相机防护罩组成， 四个 倾斜摄影单元可绕连接底板平面旋转多个角度， 垂直摄影单元垂直固定于连接底板平面 ； 相机控 制线、 电源线通过分线盒与系统控制器相连， GPS 导航仪数据输出端口与系统控制器相连。系统各 器件除控制器外均固定在连接底板上， 系统通过 系统控制器实现等时或等距摄影及 GPS 导航数据 同步获取。本发明系统克服了传统航拍影像立面 信息缺乏、 现有倾斜航拍系统造价昂贵等不足 , 能有效满足城市地理信息快速获取及应用要求。 (5。

3、1)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 1/1 页 2 1. 经济型机载倾斜数码航空摄影系统 , 由前、 后、 左、 右四个倾斜摄影单元、 一个垂直 摄影单元、 连接底板、 微型 GPS 导航仪、 系统控制器八部分组成 ； 前、 后、 左、 右四个倾斜摄影 单元基本结构相同, 均由CCD工作相机、 相机固定件、 相机旋转座、 相机防护罩组成, 各单 元绕连接底板平面向下可定位旋转到15度、 20度、 25度、 30度、 35度、 40度、 45度; ; 垂。

4、直 摄影单元除无相机旋转座外， 其它结构与倾斜摄影单元相同， 垂直固定于连接底板平面 ； 系 统利用摄影单元的五个 CCD 工作相机进行多角度倾斜摄影。 2. 权利要求 1 的系统， 其特征是 ： 相机防护罩上开有相机取景框、 相机控制框、 存储卡 装卸框， 可直接观看图像、 手动设置相机参数及更换存储卡。 3. 权利要求 1 的系统， 其特征是 ： 系统所有器件除系统控制器外均固定在连接底板上 ； 相机的控制线、 电源线通过分线盒与系统控制器相连， GPS 导航仪数据输出端口与系统控制 器相连， 通过系统控制器实现摄影单元工作相机的等时或等距曝光控制及 GPS 导航数据同 步获取。 4. 权。

5、利要求 1 的系统， 其特征是 ： 相机固定件由相机固定底座、 左右拉勾、 相机焦距固 定卡箍三部分组成 ； 相机固定底座由底板与相机衬板两部分组成， 相机衬板与相机固定在 一起， 相机衬板上开有与相机底面形状相一致的曹， 其下方有一个相机底座固定螺丝。 5. 权利要求 4 的系统， 其特征是 ： 左右拉勾分别拉住相机左右两边的扣卡， 可通过螺母 调节拉紧。 6. 权利要求 4 的系统， 其特征是 ： 相机焦距固定卡箍由前卡箍、 后卡箍， 分别固定相机 的微调焦环、 粗调焦环， 卡箍的内壁都贴有圆形橡胶垫。 7. 权利要求 1 的系统， 其特征是 ： 相机旋转座上的手柄盖为一连接旋转轴的旋转圆。

6、盘， 其上开有两个弧形曹及角度定位孔， 用于将相机倾斜角度固定到某一特定位置， 角度定位 孔分别对应的相机倾斜角度有 15 度、 20 度、 25 度、 30 度、 35 度、 40 度、 45 度， 当相机旋转至 其中某一角度时， 对应角度定位孔与左固定板上的开孔对准， 拧入螺丝固定该角度， 然后通 过锁定螺钉一与锁定螺钉二锁定旋转轴。 8. 权利要求 1 的系统， 其特征是 ： 连接底板为前、 后、 左、 右四个倾斜摄影单元开有 “T” 型孔， 工作相机镜头从此孔中探出 ； 为垂直相机单元开有 “一” 字型孔， 工作相机镜头从此孔 中探出且摄影角度固定垂直。 9. 权利要求 1 的系统， 。

7、其特征是 ： 系统控制器处于控制柜内部， 由工控电脑、 系统电源、 相机控制板、 串口通信模块四部分组成 ； 系统电源通断通过按钮开关控制 ； 工控电脑通过 通信模块与相机控制板进行通讯， 并利用相机控制板实现对 5 个 CCD 工作相机的等时或等 距拍照控制， 相机控制板与相机之间通过光耦进行隔离 ； 工控电脑通过串口通信模块实现 对微型 GPS 导航仪的初始化设置、 信息获取以及与工作相机的同步控制。 10.权利要求9的系统， 其特征是 ： 微型GPS导航仪安装在连接底板上， GPS双天线安装 在机载外壳上并与 GPS 导航仪通讯端口相连接。 权 利 要 求 书 CN 103047971 。

8、A 2 1/4 页 3 一种经济型机载倾斜数码航空摄影系统 技术领域 0001 本发明涉及一种经济型机载倾斜数码航空摄影系统， 属于机电一体化、 自动化控 制及数字摄影测量技术的综合交叉技术领域 , 主要应用于航拍测绘、 国土安全、 房产管理、 数字城市等地理信息相关行业和领域 , 能有效满足城市地理信息快速获取及应用要求。 背景技术 0002 机载倾斜摄影是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新航拍技术 , 它通过在 同一飞行平台上搭载摄影角度不同的多台传感器， 来采集地物不同侧面的空间影像。机载 倾斜摄影颠覆了传统航拍的垂直摄影模式 , 它所采集的多角度倾斜影像符合人眼视觉的 真实直观世界 。

9、, 空间信息更丰富、 完整、 友好 , 具有广泛的应用前景。然而 , 世界上现有 机载倾斜摄影系统普遍均存在设计复杂、 仪器大型化、 造价昂贵、 运行成本高的缺点 , 且单 一的、 接近40度的倾斜摄影角度设计主要是为了满足景观覆盖的目的,并不能很好适应测 绘行业影像测图的需要。近年来 , 基于无人机、 无人飞艇的低空遥感技术得到了较快的发 展 , 高性能 CCD 相机的分辨率可达数千万级像素 , 利用搭载在无人飞行平台上的、 摄影角 度设计及整体布局合理的多个 CCD( 电器耦合器件， Charge Coupled Device) 相机进行低 空摄影不仅能为自然灾害评估、 军事情报收集、 应。

10、急指挥、 城市管理等应用提供低成本、 实 时的高清倾斜影像数据 , 还能满足测绘行业测图及其它三维空间信息处理的需要 , 我们 正是基于上述问题发明了一种成本低、 结构简单、 支持多种倾斜摄影角度的高分辨率机载 倾斜数码航空摄影系统 ； 本发明目的 : 以中、 长焦距的普通商用 CCD 数码相机为工作相机 , 提供一种面向低空 遥感的低成本、 支持多种摄影角度的机载倾斜数码航空摄影系统 , 它克服了现有机载倾斜 摄影系统造价昂贵、 运行成本高、 倾斜摄影角度单一以及对搭载飞行平台要求高等不足 , 可实时、 灵活的获取不同视角的高清倾斜影像数据 , 适应从用户多角度浏览、 简单地理信 息量测到精。

11、确测图等不同层次的影像需求 , 有效满足航拍测绘、 国土安全、 房产管理、 数字 城市等地理信息相关行业应用目的。 发明内容 0003 本发明综合利用机电一体化、 自动化控制及数字摄影测量技术， 发明了一套面向 低空遥感、 支持多种摄影角度、 造价及运行成本低的机载倾斜数码航空摄影系统， 实现对地 高清倾斜影像的高效、 可靠采集。 0004 本发明解决其技术问题所采用的技术方案 ： 系统由前、 后、 左、 右四个倾斜摄影单元、 一个垂直摄影单元、 连接底板、 微型 GPS 导航 仪、 系统控制器八部分组成 ； 系统前、 后、 左、 右四个倾斜摄影单元绕连接底板平面可各自定 位旋转到 15 度、。

12、 20 度、 25 度、 30 度、 35 度、 40 度、 45 度 , 垂直摄影单元垂直于连接底板平 面 ； 前、 后、 左、 右四个倾斜摄影单元基本结构相同， 由 CCD 工作相机、 相机固定件、 相机旋转 座及相机防护罩组成， 垂直摄影单元除无相机旋转座外， 其它结构与倾斜摄影单元相同 ； 相 说 明 书 CN 103047971 A 3 2/4 页 4 机防护罩上开有相机取景框、 相机控制框、 存储卡装卸框， 可直接观看图像、 手动设置相机 参数及更换存储卡 ； 系统所有器件除系统控制器外均固定在连接底板上 ； 相机控制线、 电 源线通过分线盒与系统控制器相连， 微型 GPS 导航仪。

13、数据输出接口与系统控制器相连 ； 系 统利用四个倾斜摄影单元和一个垂直摄影单元进行五方向的对地倾斜摄影 , 通过系统控 制器实现摄影单元工作相机的等时或等距曝光控制及 GPS 导航数据同步获取。 0005 相机固定件由固定底座、 左右拉勾、 相机焦距固定卡箍三部分组成 ； 固定底座由底 板与相机衬板两部分组成， 相机衬板与相机固定在一起， 相机衬板上开有与相机底面形状 相一致的曹， 其下方有一个相机底座固定螺丝 ； 左右拉勾分别拉住相机左右两边的扣卡， 可 通过螺母调节拉紧程度 ； 相机焦距固定卡箍由前卡箍、 后卡箍， 分别固定相机的微调焦环、 粗调焦环， 卡箍的内壁都贴有圆形橡胶垫。 000。

14、6 相机旋转座上的手柄盖为一连接旋转轴的旋转圆盘， 其上开有两个弧形曹及角度 定位孔， 用于将摄影单元固定到某一特定倾斜角度位置， 7 个角度定位孔分别对应摄影单元 绕连接底板平面向下旋转角度 15 度、 20 度、 25 度、 30 度、 35 度、 40 度、 45 度， 当旋转至其中 某一角度时， 对准角度定位孔与左固定板孔， 拧入螺丝固定该角度， 然后通过锁定螺钉一与 锁定螺钉二锁定旋转轴。 0007 连接底板为前、 后、 左、 右四个倾斜摄影单元的工作相机开有 T 型孔， 工作相机镜 头从此孔中探出 ； 为垂直摄影单元的工作相机开有一字型孔， 拍摄角度固定垂直 ； 微型 GPS 导航。

15、仪安装在连接底板上， GPS 双天线安装在机载外壳上并与 GPS 导航仪通讯端口相连。 0008 系统控制器处于控制柜内部， 由工控电脑、 系统电源、 相机控制板、 串口通信模块 四部分组成 ； 系统电源通断通过按钮开关控制 ； 工控电脑通过通信模块与相机控制板进行 通讯 , 并利用相机控制板实现对 5 个 CCD 工作相机的等时或等距拍照控制， 相机控制板与 相机之间通过光耦进行隔离 ； 工控电脑通过串口通信模块实现微型 GPS 导航仪的初始化设 置以及与工作相机的曝光同步的导航信息获取 ； （四） 附图说明 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0009 图 1 系统总体结构图 图 2。

16、 相机固定件结构图 图 3 相机旋转座结构图 图 4 安装底板结构图 图 5 系统电器结构图 图 1 中 ： 1. 右倾斜摄影单元相机防护罩， 2. 右倾斜摄影单元相机取景框， 3. 右倾斜 摄影单元相机旋转座， 4. 前倾斜摄影单元相机防护罩， 5. 前倾斜摄影单元相机旋转座， 6. 前倾斜摄影单元相机取景框， 7. 左倾斜摄影单元相机防护罩， 8. 左倾斜摄影单元相机取 景框， 9. 左倾斜摄影单元相机旋转座， 10. 后倾斜摄影单元相机旋转座， 11. 后倾斜摄影 单元相机防护罩， 12. 后倾斜摄影单元相机取景框， 13. 连接底板， 14. 分线盒一， 15. 分线 盒二， 16.G。

17、PS 导航仪固定区， 17. 垂直摄影单元相机防护罩， 18. 垂直摄影单元相机取景 框。 0010 图 2 中 ： 19.CCD 工作相机， 20. 固定底座， 21. 左钩头， 22. 右钩座， 23. 前卡箍盖， 24. 后卡箍盖， 25. 左钩座， 26. 调节螺母， 27. 右勾拉杆， 28. 右钩头， 29. 前卡箍座， 30. 后 说 明 书 CN 103047971 A 4 3/4 页 5 卡箍座。 0011 图3中 ： 31.左固定板， 32. 右固定板， 33.手柄盖， 34.支撑座一， 35. 支撑座二， 36. 支撑座三， 37. 支撑座四， 38. 锁定螺钉一， 39。

18、. 轴固定螺母， 40. 锁定螺钉二， 41. 角 度定位孔， 42. 旋转轴。 0012 图 4 中 ： 43. 前倾斜摄影单元工作相机拍摄孔， 44. 右倾斜摄影单元工作相机拍摄 孔， 45. 后倾斜摄影单元工作相机拍摄孔， 46. 左倾斜摄影单元工作相机拍摄孔， 47. 垂直摄 影单元工作相机拍摄孔， 48. 右倾斜摄影单元工作相机旋转座固定孔， 49. 左倾斜摄影单元 工作相机旋转座固定孔， 50. 后倾斜摄影单元工作相机旋转座固定孔， 51. 前倾斜摄影单 元工作相机旋转座固定孔， 52. 分线盒一固定孔， 53. 微型 GPS 导航仪固定孔， 54. 分线盒 二固定孔。 0013 。

19、图 5 中 ： 55. 系统电源开关， 56. 工控电脑， 57. 相机控制板， 58. 相机， 59. 相机电 源模块， 60. 通信模块， 61. 微型 GPS 导航仪， 62.GPS 天线， 63. GPS 导航仪电源。 0014 （五） 具体实施方式 图 1-5 为一实施实例， 其具体的实施方式为 ： 在图 1 所示实施例中， 系统由前、 后、 左、 右四个倾斜摄影单元、 一个垂直摄影单元、 连 接底板、 微型 GPS 导航仪、 系统控制器八部分组成 ； 前、 后、 左、 右四个倾斜摄影单元基本结 构相同， 由工作相机、 相机固定件、 相机旋转座及相机防护罩组成， 垂直摄影单元除无相机。

20、 旋转座外， 其它结构与倾斜摄影单元相同 ； 相机防护罩采用铁质材料， 其上开有相机取景 框、 相机控制框、 存储卡装卸框， 相机取景框与相机上取景器的位置大小一致， 相机控制框 与相机开关、 设置控制按钮的位置一致， 存储卡装卸框与相机存储卡的开口位置一致 ； 右倾 斜摄影单元工作相机、 后倾斜摄影单元工作相机、 垂直摄影单元工作相机控制线、 电源线集 合在分线盒一内， 再连接到系统控制器上， 前倾斜摄影单元工作相机、 左倾斜摄影单元工作 相机控制线、 电源线集合在分线盒二内， 再连接到系统控制器上 ； GPS 导航仪数据输出端口 与系统控制器相连 ； 系统所有器件除系统控制器外均固定在连接。

21、底板上， 连接底板由铁质 材料构成 ； 系统前、 后、 左、 右四个倾斜摄影单元各自绕连接底板平面可定位旋转到 15 度、 20 度、 25 度、 30 度、 35 度、 40 度、 45 度 , 垂直摄影单元垂直于连接底板平面。 0015 在图 2 所示实施例中， 固定底座为铝质材料， 由底板与相机衬板两部分组成， 底板 与相机旋转座固定在一起， 相机衬板与相机固定在一起， 相机衬板上开有与相机底面形状 相一致的曹， 其下方有一相机底座固定螺丝 ； 左勾头与左勾座拉住相机左边扣卡， 调节螺母 通过螺纹调节左勾头的高度， 使之与相机上扣卡的高度一致 ； 右勾头拉住相机右边的扣卡， 右拉杆上有螺。

22、纹， 通过螺母调节拉紧程度， 右勾座用于支撑右勾头与右拉杆 ； 前卡箍盖与前 卡箍座为两个半圆周环， 一起通过两边的螺丝锁定相机的微调焦环， 两者的内壁都贴有圆 形橡胶垫 ； 后卡箍盖与后卡箍座也为两个半圆周环， 一起通过两边的螺丝锁定相机的粗调 焦环， 两者的内壁也都贴有圆形橡胶垫 ； 相机固定件通过铝质材料结成 ； 在图 3 所示实施例中， 左固定板与右固定板为相机旋转的支架， 通过螺丝与安装底板 相连 ； 手柄盖为一旋转圆盘， 其上开有两个弧形曹及角度定位孔， 用于将倾斜摄影单元固 定到某一特定摄影角度位置 ； 支撑座一、 支撑座二、 支撑座三、 支撑座四与相机固定件的底 板通过螺丝固定。

23、， 其本身与旋转轴连接在一起 ； 锁定螺钉一与锁定螺钉二通过螺丝将手柄 盖与左固定板固定住， 当相机旋转座旋转到一定角度后锁定旋转轴 ； 轴固定螺母将手柄盖 说 明 书 CN 103047971 A 5 4/4 页 6 与旋转轴固定在一起 ； 角度定位孔分别对应的摄影倾斜角度有 15 度、 20 度、 25 度、 30 度、 35 度、 40 度、 45 度， 当旋转至其中某一角度时， 对应的角度定位孔则与左固定板上的开孔对 准， 拧入螺丝固定该角度， 然后通过锁定螺钉一与锁定螺钉二锁定旋转轴 ； 各倾斜摄影单元 工作相机通过相机旋转座可定位旋转到 15 度、 20 度、 25 度、 30 度。

24、、 35 度、 40 度、 45 度进行倾 斜摄影。 0016 在图 4 所示实施例中， 倾斜摄影单元工作相机拍摄孔都为 “T” 型孔， 相机镜头从此 孔中探出 ； 垂直摄影单元工作相机拍摄孔为 “一” 字型孔， 拍摄角度固定垂直 ； 安装底板为 1 厘米厚的铝质板。 0017 在图 5 所示实施例中， 这部分为处于控制柜内部的控制器部分， 系统电源通断通 过按钮开关控制 ； 系统电源输入给工业电脑供电、 通过相机电源模块给相机供电、 通过导航 仪电源给 GPS 器件供电 ； 工控电脑通过 RS232 串口与相机控制板进行通讯， 并利用相机控 制板实现对 5 个 CCD 工作相机的等时或等距拍。

25、照控制， 相机控制板与相机之间通过光耦进 行隔离 ； 工控电脑通过串口通信模块实现 GPS 导航仪初始化设置以及与工作相机的曝光同 步的导航信息获取 ； 微型 GPS 导航仪安装在连接底板上， GPS 天线则安装在机载外壳上并与 GPS 导航仪通讯端口相连。 说 明 书 CN 103047971 A 6 1/5 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103047971 A 7 2/5 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103047971 A 8 3/5 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103047971 A 9 4/5 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103047971 A 10 5/5 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 103047971 A 11 。