航摄仪子相机倾斜角度调节方法

暂无

航摄仪子相机倾斜角度调节方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及航空摄影测量技术领域，具体而言，涉及航摄仪子相机倾斜角度调节方法。\n背景技术\n[0002] 航摄仪是搭载在飞行器平台上对地面目标物进行摄影，获得数字化影像的仪器设备。\n[0003] 为获取较大像幅摄影图像，相关技术中的航摄仪一般包括四个倾斜子相机，四个倾斜子相机通常具有相同的像幅尺寸及像元尺寸，四个倾斜子相机相对于摄影平台具有一定的倾斜角度，且四个倾斜子相机依次连接围成一个正方形，同时四个倾斜子相机的摄影中心的延长线相交于一点，四个倾斜子相机的摄影中心的延长线的交点与四个倾斜子相机围成的正方形的中心点的连线垂直于所述摄影平台。相关技术中，通过每个倾斜子相机分别拍摄获取模拟子影像，四个模拟子影像拼接形成具有较大地面覆盖度的模拟拼接影像。\n[0004] 其中，为获取满足使用需要的模拟拼接影像，需要合理设置倾斜子相机相对于摄影平台的倾斜角度。相关技术中，在确定倾斜子相机的像幅尺寸、焦距及像元尺寸的前提下，根据模拟拼接影像的像幅及重叠度之间的关系确定子相机相对于飞行器平台的倾斜角度，但仅根据像幅及重叠度之间的关系确定出子相机的安装倾斜角度后，通过子相机拍摄获取的模拟子影像拼接形成的模拟拼接影像的分辨率比较低，进而影响像点的观测精度。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于提供航摄仪子相机倾斜角度调节方法，以解决上述的问题。\n[0006] 在本发明的实施例中提供了一种航摄仪子相机倾斜角度调节方法，包括：\n[0007] 步骤A：确定目标拼接影像的焦距，同时确定欲调节倾斜子相机的像幅尺寸及欲调节倾斜子相机的像元尺寸；\n[0008] 步骤B：生成倾斜子相机角度调节序列，根据所述倾斜子相机角度调节序列中设定的倾斜角度，对应模拟计算得到多组模拟子影像，每组所述模拟子影像均拼接形成模拟拼接影像；\n[0009] 步骤C：在确定的所述目标拼接影像的焦距下，根据所述欲调节倾斜子相机的像幅尺寸及欲调节倾斜子相机的像元尺寸计算所有所述模拟拼接影像的像幅尺寸、重叠度及影像边缘分辨率；\n[0010] 步骤D：将预先确定的模拟拼接影像的像幅尺寸约束、重叠度约束及影像边缘分辨率约束作为约束条件，将像幅尺寸、重叠度及影像边缘分辨率分别对应满足所述约束条件的模拟拼接影像所对应的欲调节倾斜子相机的倾斜角度作为目标调节角度；\n[0011] 步骤E：根据所述目标调节角度对应调节四个欲调节倾斜子相机的安装倾斜角度。\n[0012] 本发明上述实施例的航摄仪子相机倾斜角度调节方法，在调节航摄仪的四个倾斜子相机的安装倾斜角度之前，首选需要确定倾斜子相机相对于摄影平台的安装倾斜角度。\n[0013] 为确定倾斜子相机相对于摄影平台的安装倾斜角度，本发明实施例中首先确定预调节倾斜子相机的像幅尺寸及像元尺寸，本发明实施例中的欲调节倾斜子相机是指航摄仪包括的四个倾斜子相机，因为该四个倾斜子相机作为整体进行摄像，因此此处用预调节倾斜子相机概括表达航摄仪的四个倾斜子相机，且一般地航摄仪的四个倾斜子相机通常设定相同的像幅尺寸及像元尺寸。\n[0014] 另外预先确定的还有目标拼接影像的焦距，此处目标拼接影像是指将欲调节子相机的角度进行调节后能够获取的拼接影像。\n[0015] 确定目标拼接影像的焦距，同时确定欲调节倾斜子相机的像幅尺寸及欲调节倾斜子相机的像元尺寸之后，生成倾斜子相机角度调节序列，可理解在生成的倾斜子相机角度调节序列中包括多个倾斜角度，倾斜角度不同倾斜子相机拍摄出的子影像不同，子影像不同则利用子影像拼接出的拼接影像不同；\n[0016] 因此，本发明实施例中利用生成的倾斜子相机角度调节序列中设定的倾斜角度，对应模拟计算在每个倾斜角度下四个倾斜子相机的模拟子影像，并利用每组中的模拟子影像拼接形成模拟拼接影像。\n[0017] 对于得到的所有模拟拼接影像均对应计算模拟拼接影像的像幅尺寸、重叠度及影像边缘分辨率；\n[0018] 进一步预先确定有模拟拼接影像的像幅尺寸约束、重叠度约束及影像边缘分辨率约束；\n[0019] 将像幅尺寸约束、重叠度约束及影像边缘分辨率约束作为约束条件，将像幅尺寸、重叠度及影像边缘分辨率分别对应满足所述约束条件的模拟拼接影像所对应的欲调节倾斜子相机倾斜角度作为目标调节角度；根据所述目标调节角度对应调节四个欲调节倾斜子相机的安装倾斜角度。\n[0020] 本发明实施例中，根据模拟拼接影像的像幅尺寸、重叠度及影像边缘分辨率能够确定出欲调节倾斜子相机的倾斜角度，通过设定影像边缘分辨率约束能够使拼接获取的模拟拼接影像的分辨率提高，进而提高像点的观测精度。从而克服了相关技术中仅根据像幅及重叠度之间的关系设定子相机的倾斜角度后，通过子相机拍摄获取的模拟子影像拼接形成的模拟拼接影像的分辨率比较低，进而影响像点的观测精度比较低的技术问题。而且本发明实施例中在设定边缘分辨率约束外，还设定有像幅尺寸约束、重叠度约束；通过像幅尺寸约束、重叠度约束能够使倾斜子相机调节到目标调节角度后，获得的模拟拼接影像的重叠度满足重叠度约束同时模拟拼接影像的像幅尺寸较大。\n附图说明\n[0021] 图1示出了本发明实施例航摄仪子相机倾斜角度调节方法的流程图；\n[0022] 图2示出了本发明实施例虚拟投影水平面与模拟子影像投影平面的关系示意图；\n[0023] 图3示出了本发明实施例虚拟投影水平面中模拟拼接影像的示意图；\n[0024] 图4示出了本发明实施例虚拟投影水平面中一号子相机影像的示意图；\n[0025] 图5示出了本发明实施例虚拟投影水平面中一号子相机影像及一号子相机影像重叠关系示意图；\n[0026] 图6示出了四个模拟子影像与虚拟影像的投影关系示意图。\n具体实施方式\n[0027] 下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。\n[0028] 本发明实施例提供一种航摄仪子相机倾斜角度调节方法，如图1所示，包括：\n[0029] 步骤S11：确定目标拼接影像的焦距，同时确定欲调节倾斜子相机的像幅尺寸及欲调节倾斜子相机的像元尺寸；\n[0030] 步骤S12：生成倾斜子相机角度调节序列，根据所述倾斜子相机角度调节序列中设定的倾斜角度，对应模拟计算得到多组模拟子影像，每组所述模拟子影像均拼接形成模拟拼接影像；\n[0031] 步骤S13：在确定的所述目标拼接影像的焦距下，根据所述欲调节倾斜子相机的像幅尺寸及欲调节倾斜子相机的像元尺寸计算所有所述模拟拼接影像的像幅尺寸、重叠度及影像边缘分辨率；\n[0032] 步骤S14：将预先确定的模拟拼接影像的像幅尺寸约束、重叠度约束及影像边缘分辨率约束作为约束条件，将像幅尺寸、重叠度及影像边缘分辨率分别对应满足所述约束条件的模拟拼接影像所对应的欲调节倾斜子相机的倾斜角度作为目标调节角度；\n[0033] 步骤S15：根据所述目标调节角度对应调节四个欲调节倾斜子相机的安装倾斜角度。\n[0034] 本发明实施例中步骤S12，包括：\n[0035] 步骤S121：将四个所述欲调节倾斜子相机中的其中一个作为主动子相机，其它三个作为从动子相机；\n[0036] 步骤S122：生成与主动子相机对应的调节倾斜角度；\n[0037] 步骤S123：根据所述调节倾斜角度确定主动子相机的模拟子影像；\n[0038] 步骤S124：根据所述主动子相机与三个从动子相机的安装位置关系，对应确定出三个从动子相机的模拟子影像；\n[0039] 其中，生成的与主动子相机对应的调节倾斜角度的数量为多个，对应每个所述调节倾斜角度的四个模拟子影像设置为一组，并且每组中的四个模拟子影像拼接形成模拟拼接影像。\n[0040] 具体地，所述每组中的四个模拟子影像拼接形成模拟拼接影像，包括：\n[0041] 根据预设规则确定虚拟投影水平面；\n[0042] 将每组中的四个所述模拟子影像均对应投射到所述虚拟投影水平面，得到虚拟子影像；\n[0043] 四个所述虚拟子影像在所述虚拟投影水平面拼接形成模拟拼接影像。\n[0044] 优选地，所述步骤S13中根据所述欲调节倾斜子相机的像幅尺寸及欲调节倾斜子相机的像元尺寸计算所有所述模拟拼接影像的像幅尺寸、重叠度及影像边缘分辨率，包括：\n[0045] 将每组四个模拟子影像中的对应主动子相机的模拟子影像所在的平面作为模拟子影像投影平面，所述模拟子影像投影平面与所述虚拟投影水平面之间具有一定夹角；\n[0046] 根据所述虚拟投影水平面与所述模拟子影像投影平面之间的夹角关系，同时根据所述目标拼接影像的焦距，建立所述虚拟投影水平面与所述模拟子影像投影平面之间的坐标对应关系；\n[0047] 根据所述坐标对应关系，确定每组4个所述模拟子影像投射到所述虚拟投影水平面上的所述虚拟子影像的各个点的坐标，同时确定每组4个模拟子影像在所述虚拟投影水平面形成的模拟拼接影像的各个点的坐标；\n[0048] 根据确定出的模拟拼接影像的坐标、欲调节倾斜子相机的像幅尺寸及欲调节倾斜子相机的像元尺寸，计算所述模拟拼接影像的像幅尺寸及重叠度；\n[0049] 从所述模拟子影像中选取衰减观测点；根据所述坐标对应关系，计算所述衰减观测点在所述虚拟投影水平面中的虚拟坐标值；根据所述虚拟坐标值按预设规则计算得到影像边缘分辨率。\n[0050] 所述根据确定出的模拟拼接影像的坐标、欲调节倾斜子相机的像幅尺寸及欲调节倾斜子相机的像元尺寸，计算所述模拟拼接影像的重叠度，包括：\n[0051] 在确定的欲调节倾斜子相机的像幅尺寸及欲调节倾斜子相机的像元尺寸下，根据所述坐标对应关系，在所述虚拟投影水平面中分别计算每组中4个所述虚拟子影像的子面积；\n[0052] 根据每组4个所述虚拟子影像形成的模拟拼接影像，确定各个虚拟子影像的重叠面积；\n[0053] 根据所述虚拟子影像的子面积及各个虚拟子影像的重叠面积计算模拟拼接影像的重叠度。\n[0054] 所述重叠度约束为模拟子影像间重叠度大于0.1；所述影像边缘分辨率约束为模拟子影像边缘分辨率的衰减系数小于或等于1.4。\n[0055] 所述根据所述虚拟投影水平面与所述模拟子影像投影平面之间的夹角关系，同时根据所述目标拼接影像的焦距，建立所述虚拟投影水平面与所述模拟子影像投影平面之间的坐标对应关系，如图2所示，包括：\n[0056] 设定摄影中心位置S，所述摄影中心位置S与预调节倾斜子相机中的主动子相机的摄影中心位置对应；\n[0057] 所述摄影中心位置S与所述模拟子影像投影平面垂直相交的点为第一原点O，根据所述第一原点O在模拟子影像投影平面上建立O-xyz坐标系；\n[0058] 所述摄影中心位置S与所述虚拟投影水平面垂直相交的点为第二原点O0，根据所述第二原点O0在虚拟投影水平面上建立O0-x0y0z0坐标系；\n[0059] 其中所述O-xyz坐标系中x轴指示的方向与所述O0-x0y0z0坐标系中x0轴指示的方向平行；\n[0060] 根据共线方程，建立所述虚拟投影水平面与所述模拟子影像投影平面之间的坐标对应关系为\n[0061] \n[0062] \n[0063] 其中f为预先设定的焦距；\n[0064] （ai,bi,ci）为子相机在当前倾斜角度下的角方向余弦，设定子相机在当前倾斜角度下的旋转角为 其中 为已知值，则根据摄影测量中对旋转矩\n阵的定义，得到：\n[0065] \n[0066] \n[0067] 所述从所述模拟子影像中选取衰减观测点；根据所述坐标对应关系，计算所述衰减观测点在所述虚拟投影水平面中的虚拟坐标值；根据所述虚拟坐标值按预设规则计算得到影像边缘分辨率，包括：\n[0068] 在所述模拟子影像中选取衰减观测点M，其在所述O-xyz坐标系中的坐标值设定为（m,n）；\n[0069] 将所述衰减观测点M对应到所述O0-x0y0z0坐标系其坐标值为（m1,n1）；\n[0070] 在所述O-xyz坐标系中，沿x轴延伸方向在所述模拟子影像中选取相邻像素点N，在所述O-xyz坐标系中设定其坐标值为（m+d,n）;\n[0071] 将所述相邻像素点N对应到所述O0-x0y0z0坐标系其坐标值为（m2,n2）；\n[0072] 其中d为预先设定的像元尺寸，且n1≈n2，则衰减观测点M在虚拟投影水平面中沿x0轴方向的影像边缘分辨率为(m2-m1)/d；\n[0073] 在所述O-xyz坐标系中，沿y轴延伸方向在所述模拟子影像中选取相邻像素点Q，在所述O-xyz坐标系中设定其坐标值为（m,n+d）;\n[0074] 将所述相邻像素点Q对应到所述O0-x0y0z0坐标系其坐标值为（m3,n3）；\n[0075] 其中m1≈m3，则衰减观测点M在虚拟投影水平面中沿y0轴方向的影像边缘分辨率为(n3-n1)/d。\n[0076] 本发明实施例中具体举例说明，如何确定出倾斜子相机的安装倾斜角度。\n[0077] 具体地，航摄仪上安装有4个倾斜子相机为例，该4个倾斜子相机为预调节倾斜子相机，在设定的倾斜子相机的倾斜角度下，对应四个倾斜子相机的模拟子影像在虚拟投影水平面形成的模拟拼接影像如图3所示，其中该模拟拼接影像由一号子相机影像、二号子相机影像、三号子相机影像及四号子相机影像拼接形成。\n[0078] 另外，一号子相机、二号子相机、三号子相机及四号子相机具有相同的像幅尺寸及像元尺寸，四个倾斜子相机相对于摄影平台具有一定的倾斜角度，且四个倾斜子相机依次连接围成一个正方形，同时四个倾斜子相机的摄影中心的延长线相交于一点，四个倾斜子相机的摄影中心的延长线的交点与四个倾斜子相机围成的正方形的中心点的连线垂直于所述摄影平台。\n[0079] 关于重叠度：\n[0080] 因为一号子相机、二号子相机、三号子相机及四号子相机的安装位置关系，使得该\n4个倾斜子相机在虚拟投影水平面形成的模拟拼接影像中，一号子相机影像与二号子相机影像对称分布在y轴两侧，三号子相机影像与四号子相机影像对称分布在y轴两侧；一号子相机影像与三号子相机影像对称分布在x轴两侧，二号子相机影像与四号子相机影像对称分布在x轴两侧。\n[0081] 以一号子相机影像为例，如图4所示，一号子相机影像的四个端点为A、B、C及D，在O0-x0y0z0坐标系中，AB与y0轴交点为E，CD与y0轴交点为F，AD与x0轴交点为G，BC与x0轴交点为H。\n[0082] 一号子相机影像和二号子相机影像的重叠部分如图4所示，由对称关系可知，重叠区面积为四边形BCFE面积的两倍，设S1=2*SBCFE，S2=SABCD，则一号子相机影像及二号子相机影像间的重叠度为R1=S1/S2。\n[0083] 一号子相机影像和三号子相机影像的重叠部分如图5所示，同理，设S3=2*SCDGH，S2=SABCD，则1、3号模拟子影像间的重叠度为R2=S3/S2。\n[0084] 根据子相机的不同倾斜角，可以计算出不同的模拟子影像重叠度。\n[0085] 关于影像边缘分辨率：\n[0086] 根据确定出的坐标对应关系中，可以计算模拟子影像中每个像元在虚拟投影水平面中的虚拟坐标值，由于子相机倾角的影响，越靠近虚拟投影水平面边缘的地方，模拟子影像的分辨率衰减系数越大。\n[0087] 进一步地，本实施例中设定欲调节倾斜子相机的像幅尺寸为9228*6000，欲调节倾斜子相机的像元尺寸为6um，目标拼接影像的焦距为80mm，在地面检校场空间坐标系中，如图6所示，给出了四个模拟子影像与虚拟影像的投影关系示意图，图6中f1、f2、f3、f4及fv分别表示五个子相机的焦距。\n[0088] 设定不同的倾斜子相机倾斜角度，在不同的子相机倾斜角度下，获取模拟子影像间重叠度以及影像边缘分辨率分布表，如下表所示，phi表示在建立的地面检校场空间坐标系中，倾斜子相机与y轴之间的夹角；omega表示与x轴之间的夹角；以一号子相机影像为例，BC边为短边，DC边为长边，则长边分辨率表示CD边虚拟子影像的影像分辨率，短边分辨率表示BC边虚拟子影像的影像分辨率。\n[0089] \n[0090]\n \n[0091] 将设定的像幅尺寸约束、重叠度约束及影像边缘分辨率约束作为约束条件，具体地，重叠度约束为模拟子影像间重叠度大于0.1；所述影像边缘分辨率约束为模拟子影像边缘分辨率的衰减系数小于或等于1.4；\n[0092] 所述像幅尺寸约束是指得到的模拟拼接影像的重叠度及影像边缘分辨率均分别对应满足重叠度约束及影像边缘分辨率时，模拟拼接影像的像幅尺寸较大。\n[0093] 将满足所述约束条件的子相机的倾斜角度作为目标调节角度；根据所述目标调节角度调节所述对应的倾斜子相机的倾斜角度。\n[0094] 如上表所示中，拼接后像幅最大化、模拟子影像间重叠度大于0.1，模拟子影像边缘分辨率的衰减系数不超过1.4这三个条件，可以得出最优倾角为phi=17°，omega=11°，拼接后像幅为19206*11184，根据最优倾角为phi=17°，omega=11°调节子相机的倾斜角。\n[0095] 利用本发明实施例的航摄仪子相机倾斜角度调节方法调节子相机的倾斜角度后，各个子相机获取的模拟子影像拼接形成的模拟拼接影像同时满足预先设定的像幅尺寸约束、重叠度约束及影像边缘率约束，得到的模拟拼接影像的像幅较大，且模拟拼接影像的分辨率提高，进而提高像点的观测精度。\n[0096] 显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。\n[0097] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。