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CN106796276A - 航空摄影机系统 - Google Patents

航空摄影机系统 Download PDF

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Publication number
CN106796276A
CN106796276A CN201580055064.4A CN201580055064A CN106796276A CN 106796276 A CN106796276 A CN 106796276A CN 201580055064 A CN201580055064 A CN 201580055064A CN 106796276 A CN106796276 A CN 106796276A
Authority
CN
China
Prior art keywords
camera
mirror
aerial
camera system
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201580055064.4A
Other languages
English (en)
Inventor
西蒙·科普
迈克尔·冯·贝尔托奇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
J Booker Fisher Innovations Pte Ltd
Original Assignee
J Booker Fisher Innovations Pte Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2014904018A external-priority patent/AU2014904018A0/en
Application filed by J Booker Fisher Innovations Pte Ltd filed Critical J Booker Fisher Innovations Pte Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

公开了一种航空摄影机系统，包括被设置为捕捉多个连续图像的至少一个摄影机。包括至少一个各自的图像传感器的每个摄影机、以及每个摄影机的视场可跨越地面的区域基本上横向移动。系统还包括与每个摄影机相关联的具有至少一个转向反射镜的稳定化组件。转向反射镜是可控地可移动的，以便于与图像捕捉同步地相对于至少一个图像传感器而平移摄影机的光轴，以便于当摄影机的视场跨越地面区域基本上横向移动时在图像捕捉期间实现图像在该至少一个图像传感器上的稳定化。系统被设置为当所述摄影机的视场跨越地面区域基本上横向移动时控制至少一个摄影机以限定的间隔捕捉连续图像。

Description

航空摄影机系统
技术领域
本申请涉及一种用于从测量飞机捕捉地面图像的航空摄影机系统。
背景技术
已知提供被设置为从测量飞机捕捉地面图像的航空摄影机系统。通常，航空摄影机系统安装至测量飞机的下侧部分，并且当测量飞机沿限定飞行路径移动时捕捉地面图像。系统被设置为针对每个地面特征捕捉多个图像，这使得摄影测量解决方案，诸如光束法平差(bundle adjustment)方法应用于捕捉的图像以便于针对与所使用的每个摄影机以及由每个摄影机所捕捉的图像相关联的内部和外部方向(orientation)信息，确定最佳情况的解决方案。由光束法平差方法产生的解决方案可以随后用于产生垂直和/或倾斜的照相地图。
为了改进由光束法平差方法产生的摄影测量解决方案，必须增加针对每个地面特征获取的图像的数目，并且通常这通过更频繁地捕捉图像使得连续捕捉的图像之间的重叠增加、以及通过确保在相邻飞行路径之间存在足够的重叠而实现。
为了产生良好的摄影测量解决方案，通常需要大约10的冗余，但是每个图像具有相对较长的相关的焦距以及相对较大的图像重叠，在图像捕捉处摄影机位置之间的距离与至目标距离的比率(“基底至高度(base-to-height)”比)相对较小，这影响了摄影测量解决方案的精确度。
根据给定分辨率下每小时捕捉的地面区域的量，确定航空摄影机系统的生产率。因此，因为飞行成本主要地取决于小时费率，如果系统每小时捕捉更多的地面区域，则每单位区域的成本降低。
与限定分辨率下每小时捕捉的地面区域有关的生产率可以潜在地通过飞行更快、飞行更高和/或使用更宽视场(FoV)来增大。
然而，测量飞机飞行更快在更高速度下引起运动模糊。运动模糊的可接受水平通常为1像素的50％，并且由以下给出：
模糊＝飞机速度*快门速度
对于飞行在75m/s的具有1/2000s快门速度的飞机，运动模糊是：
模糊＝75*1/2000＝0.0375m(3.75cm)
因此，如果期望在7.5cm的分辨率下捕捉图像，如果要将模糊维持在可接受水平下则测量飞机无法飞行快于75m/s。然而可以通过使用前向运动补偿(Forward MotionCompensation,FMC)增大飞机的速度而并未不适当地影响分辨率。
通常使用正交传输CCD或采用运动补偿摄影机底座而实施FMC，运动补偿摄影机底座在曝光期间物理地移动摄影机以在曝光期间保持图像在传感器上相对稳定。
飞行更高使得覆盖的地面区域更大，尽管增大所覆盖地面区域同时维持相同视场使得分辨率退化，除非使用更长焦距透镜或更高分辨率传感器。
当更长焦距透镜维持分辨率时，FoV较窄，这抵消了海拔的升高。更高分辨率传感器受限于可应用的技术，并且因为光收集区域更小，图像质量通常随着传感器分辨率提高而退化。更高分辨率传感器通常也具有较低的数据吞吐率。例如，250兆像素(MP)14位传感器可以具有低至232MB/s的数据读出速率，而亚20MP传感器可以具有超过1GB/s的数据读出速率。更高分辨率传感器通常也更昂贵。
使用更宽的FoV允许成像更宽的地面条带(swathe)，但是透视畸变(perspectivedistortion)出现在50°－60°通常视作是FoV的上限值的这样的范围内。
可以通过使用设置在连续阵列中的多个传感器以产生更宽的总系统FoV而实现FoV的有效增大，尽管该设置通常受限于封装。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种航空摄影机系统，包括：
至少一个摄影机，所述摄影机被设置为捕捉多个连续图像；
所述至少一个摄影机的视场能跨越地面的区域基本上横向移动；
所述系统被设置为控制所述至少一个摄影机，以当所述视场移动时以限定的间隔捕捉连续图像；以及
所述系统被设置为与图像的捕捉同步地减小所述视场的移动的速度。
在实施例中，所述系统被设置为与图像的捕捉同步地停止所述视场的移动。
在实施例中，所述至少一个摄影机能旋转，以使得所述摄影机的视场能跨越所述地面的区域基本上横向移动。
在实施例中，所述系统被设置为围绕与测量飞机的移动方向基本上平行的轴线旋转所述至少一个摄影机。
在实施例中，所述系统被设置为通过在旋转开始位置和旋转结束位置之间摆动所述至少一个摄影机而旋转所述至少一个摄影机。
在实施例中，所述旋转开始位置对应于大约-35°，并且所述旋转结束位置对应于大约+35°。
在实施例中，所述系统被设置为使用伺服电机和旋转编码器控制所述至少一个摄影机的旋转。
在实施例中，所述系统被设置为使用所述测量飞机的检测到的位置和/或朝向来确定是否修改所述至少一个摄影机的旋转位置，以便于针对所述测量飞机的位置和/或朝向的改变提供至少部分的补偿。
在实施例中，所述至少一个摄影机安装在摄影管中，并且所述系统被设置为控制所述摄影管的旋转。
在实施例中，所述系统包括至少一个正交摄影机，所述至少一个正交摄影机被设置为捕捉表示基本上直接地在所述测量飞机下方的地面区域的图像。
在实施例中，所述系统包括至少一个倾斜摄影机，所述至少一个倾斜摄影机被设置为捕捉表示不基本上直接地位于所述测量飞机下方的地面区域的倾斜图像。
在实施例中，所述倾斜摄影机或每个倾斜摄影机被设置为使得所述倾斜摄影机的视场指向与垂直线成近似20°的角度处。
在实施例中，所述系统包括至少一个后倾斜摄影机以及至少一个前倾斜摄影机，所述至少一个后倾斜摄影机被设置为使所述后倾斜摄影机的视场指向所述测量飞机的后方，所述至少一个前倾斜摄影机被设置为使所述前倾斜摄影机的视场指向所述测量飞机的前方。
在实施例中，每个倾斜摄影机被安装以使得当所述至少一个倾斜摄影机旋转时每个倾斜摄影机的视场横跨地面的区域，所述地面的区域包括沿不同方向延伸的多个不同倾斜条带。
在实施例中，提供多个摄影管，每个摄影管包括至少一个正交摄影机和/或至少一个倾斜摄影机。
在一个布置中，所述系统被设置为控制所述至少一个正交摄影机以当所述至少一个摄影机旋转时以限定的间隔捕捉连续图像，以使所述连续图像重叠大约2％。
在一个布置中，所述系统被设置为控制所述至少一个正交摄影机以捕捉连续图像，以使在与所述测量飞机的行驶方向平行的方向上相邻地面覆盖区域重叠大约70％。
在一个布置中，所述系统被设置为控制测量飞机飞行线路，以使相邻飞行路线的正交摄影机地面覆盖区域重叠大约70％。
在实施例中，所述系统被设置为使得相邻的倾斜地面覆盖区域重叠大约33％。在实施例中，每个正交摄影机具有被设置为将光聚焦到至少一个正交传感器的相关联的正交透镜组件，并且每个倾斜摄影机组件具有相关联的被设置为将光聚焦到至少一个倾斜传感器的倾斜透镜组件，所述倾斜透镜组件的焦距比所述正交透镜组件的焦距长大约40％。
在实施例中，每个摄影机具有被设置为将光引导至透镜组件的相关联的转向反射镜。
在实施例中，所述至少一个摄影机被定向为使得所述摄影机的透镜组件的中心纵向轴线沿通常与所述测量飞机的移动方向平行的方向而延伸，以及所述系统被设置为围绕通常与所述测量飞机的移动方向横向的轴线而旋转所述转向反射镜，以便为所述测量飞机的向前移动提供至少部分的补偿。
在实施例中，所述转向反射镜能旋转以使得所述转向反射镜以与所述测量飞机的瞬时速度基本上对应的速度而移动。
在实施例中，所述转向反射镜能被设置为沿着与所述测量飞机移动的方向对应的第一方向从限定的开始位置旋转至限定的结束位置，以便至少部分地补偿所述测量飞机的向前移动，随后沿相反的第二方向旋转以使所述转向反射镜返回至所述限定的开始位置。
在实施例中，所述系统被设置为使用所述测量飞机的检测到的朝向来确定是否修改所述转向反射镜的旋转位置以便为所述测量飞机的朝向的改变提供至少部分的补偿。
在实施例中所述至少一个摄影机被定向，使得所述摄影机的透镜组件的中心纵向轴线沿通常与所述测量飞机的移动方向垂直的方向而延伸。
在实施例中，所述摄影机的视场通过旋转所述转向反射镜能跨越所述地面的区域基本上横向移动，并且所述系统被设置为与图像的捕捉同步地减小所述转向反射镜的移动速度。
在实施例中，每个地面覆盖区域的形状通过在相应的至少一个摄影机旋转时控制何时开始和停止图像捕捉能控制。
根据本发明的第二方面，提供了一种航空摄影机系统，包括：
至少一个倾斜摄影机，所述至少一个倾斜摄影机被设置为捕捉多个连续的倾斜图像；
所述至少一个倾斜摄影机能旋转以使所述摄影机的视场横跨地面的区域，所述区域包括沿不同方向延伸的多个不同倾斜条带；并且
所述系统被设置为控制所述至少一个倾斜摄影机以当所述至少一个倾斜摄影机旋转时以限定的间隔捕捉连续的倾斜图像。
在实施例中，所述倾斜摄影机的视场横跨所述地面的基本上至少部分地抛物线形状的区域。
根据本发明的第三方面，提供了一种航空摄影机系统，包括：
至少一个摄影机，所述至少一个摄影机被设置为捕捉多个连续图像，所述至少一个摄影机包括至少一个相应的图像传感器，以及所述摄影机的视场能跨越地面的区域基本上横向移动；以及
稳定化组件，所述稳定化组件与每个摄影机关联，所述稳定化组件包括可控地可移动的至少一个转向反射镜，以便与图像捕捉同步地相对于所述至少一个图像传感器而平移所述摄影机的光轴，以便于当所述摄影机的视场跨越所述地面的区域基本上横向移动时在图像捕捉期间实现图像在所述至少一个图像传感器上的稳定化；
所述系统被设置为控制所述至少一个摄影机以当所述摄影机的视场跨越所述地面的区域基本上横向移动时以限定的间隔捕捉连续图像。
在实施例中，所述至少一个摄影机能旋转以使所述摄影机的视场能跨越所述地面的区域基本上横向移动。
在实施例中，所述稳定化组件包括一个转向反射镜。
在实施例中，所述稳定化组件包括以第一旋转量旋转的第一转向反射镜和以第二旋转量旋转的第二转向反射镜这两个转向反射镜，所述第一旋转量和所述第二旋转量使得在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前由所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜所引导的光线的传播方向基本上平行于在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后由所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜所引导的光线的传播方向，并且使得在传感器上在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后的光线相对于在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前的光线而平移。
在实施例中，所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜被设置为使得在入射到所述第一转向反射镜上的光线上的参考点与传感器之间的光路的长度在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前与在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后基本上相同。
在实施例中，所述稳定化组件包括在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜之间的光路中的固定反射镜。
在实施例中，所述稳定化组件包括公共反射镜组件，所述公共反射镜组件包括相互固定地布置的第一转向反射镜和第二转向反射镜，所述公共反射镜组件能移动以便实现所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的移动。
在实施例中，所述至少一个转向反射镜与图像捕捉同步而摆动。
在实施例中，所述至少一个转向反射镜由压电传动机构控制。
在实施例中，所述至少一个摄影机被定向使得所述摄影机的透镜组件的中心纵向轴线沿通常与所述测量飞机的移动方向垂直的方向而延伸。
在实施例中，每个摄影机具有被设置为将光引导至透镜组件上的相关联的转向反射镜，并且每个摄影机的视场通过旋转所述转向反射镜，能跨越地面的区域基本上横向移动。
在实施例中，所述稳定化组件包括一个转向反射镜。
在实施例中，所述稳定化组件包括以第一旋转量旋转的第一转向反射镜和以第二旋转量旋转的第二转向反射镜这两个转向反射镜，所述第一旋转量和所述第二旋转量使得在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前由所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜所引导的光线的传播方向与在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后由所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜所引导的光线的传播方向基本平行，并且使得在传感器上在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后的所述光线相对于在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前的所述光线而平移。
在实施例中，所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜被设置为使得在入射到所述第一转向反射镜上的光线上的参考点与传感器之间的光路的长度在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前与在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后基本上相同。
在实施例中，所述系统被设置为围绕通常与所述测量飞机的移动方向横向的轴线而旋转每个摄影机，以便为所述测量飞机的向前移动提供至少部分的补偿。
在实施例中，每个地面覆盖区域的形状通过在相应的至少一个摄影机旋转时控制何时开始和停止图像捕捉能控制。
附图说明
现在将仅借由示例的方式、参考附图描述本发明，其中：
图1是根据本发明实施例的包括航空摄影机系统的测量飞机的图解表示；
图2是根据本发明实施例的航空摄影机系统的图解透视图；
图3是根据本发明实施例的可替代的已封装航空摄影机系统的图解透视图；
图4是图2或图3中所示航空摄影机系统的摄影管组件(camera tube assembly)的图解剖视图；
图5是图4中所示摄影管组件的轴承组件的图解剖视图；
图6是图4中所示摄影管组件的摄影机组件的图解透视图；
图7是示出了在图4中所示的摄影管组件的摄影管的使用期间的旋转移动的摄影管移动曲线；
图8是示出了在图4中所示的摄影管组件的摄影管的使用期间的可替代的旋转移动的摄影管移动曲线；
图9是示出了由正交摄影机组件和倾斜摄影机组件所覆盖的地面区域的地面覆盖区域的图解表示；
图10是示出了由正交摄影机组件和倾斜摄影机组件所覆盖的地面区域的可替代的地面覆盖区域的图解表示；
图11是示出了由正交摄影机组件和倾斜摄影机组件所覆盖的地面区域的可替代的地面覆盖区域的图解表示；
图12是示出了由正交摄影机组件和倾斜摄影机组件所覆盖的地面区域的可替代的地面覆盖区域的图解表示；
图13是示出了根据本发明实施例的航空摄影机系统的运转部件的方框图；
图14是根据本发明实施例的可替代的摄影机组件的图解透视图，摄影机组件包括稳定化组件；
图15是图14中所示的摄影机组件的稳定化外壳的沿着图16中的线条A-A获取的图解剖视图，稳定化外壳附接至摄影机组件的透镜组件；
图16是图15中所示的稳定化外壳的图解剖视端视图；
图17是图15中所示的稳定化组件的图解示图并且示出了穿过图14中的稳定化组件的光线的传播路径；
图18是示出了图14中所示的摄影机组件的摄影管和快速转向反射镜(faststeering mirror)的移动、以及图14中所示的摄影机组件的图像传感器上图像的移动的绘图；
图19是可替代的稳定化组件的图解示图并且示出了穿过可替代的稳定化组件的光线的传播路径；
图20是另一可替代的稳定化组件的图解示图并且示出了穿过另一可替代的稳定化组件的光线的传播路径；
图21是另一可替代的包括图20中所示稳定化组件的摄影机组件的图解透视图；
图22是另一可替代的稳定化组件的图解示图，并且示出了穿过稳定化组件的光线的传播路径；
图23是另一可替代的包括图22中所示的稳定化组件的摄影机组件的图解透视图；
图24是示出了包括可替代的摄影机组件的航空摄影机系统的运转部件的方框图；
图25是可替代的沿航线稳定化组件的图解示图并且示出了穿过可替代的稳定化组件的光线的传播路径；
图26是包括图14的稳定化组件并且也包括图25的可替代的沿航线的稳定化组件的可替代的摄影机组件的图解透视图；
图27是图26中所示的可替代的摄影机组件的图解示图并且示出了穿过图26中所示的摄影机组件的光线的传播路径；
图28是根据本发明另一实施例的可替代的航空摄影机系统的图解透视图，航空摄影机系统包括数个摄影机组件；
图29是包括图25中所示的航空摄影机系统的测量飞机的图解表示；
图30是包括可替代的稳定化组件的可替代的摄影机组件的图解透视图；
图31是图29中所示的测量飞机的图解表示并且示出了图28中所示的摄影管组件的摄影机组件的各自扫描范围；以及
图32是图30中所示的各自扫描范围的图解平视图。
具体实施方式
参照附图的图1，示出了具有已安装的航空摄影机系统12的测量飞机10。
航空摄影机系统12包括被设置为围绕各自中心纵向轴线旋转的至少一个摄影管组件14。摄影管组件14可以以任何合适的方式封装，如图2和图3中所示。图2示出了一对相邻布置的摄影管组件14，以及图3示出了包括两个摄影管组件14的货舱组件16。
参照图4，示出了摄影管组件14的剖视图。图5示出了摄影管组件14的端部分的放大图。
在该示例中，摄影管组件14包括被设置为围绕中心纵向轴线19，在该示例中相对于轮轴舱壁(axle bulkhead)20而旋转的摄影管18，轮轴舱壁20相对于测量飞机10而安装。
摄影管18连接至环形框架(ring frame)22并且环形框架22固定至轮轴24，轮轴24与被设置为促进轮轴24围绕中心纵向轴线19旋转的圆形轴承26接合。摄影管18的旋转由电动机实现，在该示例中为伺服电机28，并且控制伺服电机28以使得摄影管18相对于轮轴舱壁20的旋转位置是可控的。在该示例中，伺服电机28包括旋转编码器(未示出)，该旋转编码器测量伺服电机的转子的瞬时位置并且由此测量摄影管18相对于轮轴舱壁20的旋转位置。使用惯性测量单元(IMU)29控制伺服电机28，IMU被设置为确定与测量飞机10相关联的导航信息，诸如速率和加速度信息，以及姿态参考信息，该姿态参考信息包括指示测量飞机10的滚翻、偏航(yaw)和纵摇(pitch)的改变的信息。
在该示例中，摄影管18包括正交摄影机组件30和至少一个倾斜摄影机组件，在该示例中至少一个倾斜摄影机组件为后倾斜摄影机组件32和前倾斜摄影机组件34。然而，应该理解的是可以提供任意数目的正交摄影机组件和倾斜摄影机组件。
正交摄影机组件30被设置以使得视场通常指向垂直向下以便于捕捉直接在测量飞机10下方的地面的详细图像。详细图像用于产生高分辨率正交图像，该高分辨率正交图像具有在帧之间的大约70％向前重叠和大约2％侧向重叠、以及在相邻飞行路径的地面覆盖区域之间的大约70％的侧向重叠。
这种设置为正交摄影机组件30所捕捉的图像提供了相对较高的冗余。
此外，因为将从不同的飞行路径获取相同的地面特征的图像，作为摄影机扫视的结果基底至高度比率可以针对正交图像的改进。
后倾斜摄影机组件32和前倾斜摄影机组件34被设置为使视场分别与垂直线成大约20°的角度向后指向以及与垂直线成大约20°的角度向前指向，对应于大约40°的观测角。
在图6中示出正交摄影机组件30、后倾斜摄影机组件32和前倾斜摄影机组件34中的每一个的结构。
图6中所示的示例是包括透镜组件36、传感器组件38和转向反射镜组件(steeringmirror assembly)40的正交摄影机组件30。转向反射镜组件40被安装以便于位于大约45°的标称向下角度处，以使得来自直接在测量飞机10下方的地面的光被引导朝向透镜组件36并且接着由透镜组件36聚焦至传感器组件38上。
在该示例中，传感器组件38中的每个传感器具有约5μm的分辨率，约5000×3883的像素尺寸，并且能够每秒捕捉约10帧，尽管应该理解的是设想了其他传感器变化。传感器可以是具有LCD快门的CMOS传感器，并且在该示例中可以在传感器组件38中提供2个传感器。
在该示例中，正交摄影机组件30的透镜组件36具有约376mm的焦距，然而设想了其他焦距，诸如1800mm。
在该示例中，每个倾斜摄影机组件的透镜组件36的焦距比正交摄影机组件30的透镜组件36的焦距长40％。倾斜摄影机组件32、34实现了与正交摄影机组件30类似的分辨率，并且导致具有长基线的21的组合系统冗余度以及因此具有强几何解决方案。
在该示例中，转向反射镜组件40包括转向反射镜42以及转向传动机构44，该转向传动机构44被设置为围绕通常横向轴线45而可控地旋转转向反射镜42。转向传动机构44可以包括旋转压电装置。
透镜组件36、传感器组件38和转向反射镜组件40安装在底座46上以使透镜组件36、传感器组件38和转向反射镜组件40彼此正确地朝向并且定位。透明面板48被布置在转向反射镜42下方的基底46上，以防止材料进入与转向反射镜42和透镜组件36相邻的空间中。
转向反射镜组件40进行操作以便于以与测量飞机10的瞬时速度对应的速率旋转转向反射镜42，并且以该方式为测量飞机10的向前移动引起的图像模糊提供一定程度的补偿。
这通过以下方式实现：实现转向反射镜42的沿一方向的部分旋转以便于至少部分地补偿测量飞机10的向前运动导致的模糊，接着转向反射镜42沿相反的旋转方向快速旋转移动以使转向反射镜42返回至开始位置。
例如，在3048m的飞行高度下和在150m/s空气速度下，旋转转向反射镜的角速度由以下给出：
Va＝tan-1(150/3048)＝2.817°/s
尽管转向反射镜42的以该方式的旋转导致所捕捉的图像帧的一些几何畸变，但是，因为在每次曝光期间的移动非常少，所以基本上效果小于1像素，由以下给出：
摄影机旋转(Ca)＝角速度*快门速度
Ca＝2.817*1/2000＝0.001°
应该理解的是随着飞机向前移动，通过围绕中心轴线19来旋转摄影管18、随着摄影管18的旋转周期性地捕捉图像、以及重复地将摄影管18收回至开始位置而“跨航线”捕捉多个图像，也即沿与测量飞机10的移动方向垂直的方向捕捉多个图像。
尽管以该方式摄影机组件30、32、34在扫描时能够采用相对较高焦距和因此相对较高分辨率的透镜而在相对较低视场处捕捉多个图像，但是旋转摄影管18引起严重的图像模糊。
例如，采用覆盖2km条带宽度的扫描，以3秒的扫描速率旋转摄影管18，在1/2000s曝光期间具有如下的图像模糊：
摄影管的旋转速率由以下给出：
V＝2000/3＝666.67m/s
以及以下给出：
模糊＝速率*快门速度
作为旋转摄影管18的结果的模糊是：
模糊＝666.67*100*1/2000＝33.33m
在7.5cm的分辨率下，33.33m等于444.4个像素的模糊。
为了至少部分地补偿跨航线扫描造成的模糊，在本实施例中系统被设置为在曝光期间减小摄影管18的角速度，以便于将运动模糊减小至小于1像素的50％。系统可被设置为与图像捕捉同步地暂停摄影管18的旋转运动，或者可替代地充分地减小摄影管18的旋转移动使得发生具有小于1像素的50％的运动模糊的图像捕捉。减缓旋转而并未暂停旋转大大减小了系统所经受的加速度，这接着减小了功耗，使得系统更易于控制，并且减小了在系统部件上的机械应力。
在图7中示出摄影管移动曲线50，该摄影管移动曲线示出了在使用摄影管组件30、32、34的摄影管的期间的旋转移动。
移动曲线50包括指示在摄影管18的一个全扫描期间摄影管18的旋转位置的摄影管位置曲线52。如所示，在大约3s的周期期间摄影管18在大约-35°的旋转开始位置至大约+35°的旋转结束位置之间以步进方式旋转，随后在大约0.5s内旋转返回至开始位置。如摄影管旋转速率曲线54所示，摄影管18的旋转速率在零和约50°/s之间重复地摆动，分别对应摄影管位置曲线52上的平坦部分56以及倾斜部分58。应该知晓的是系统12被设置为控制传感器组件38在与平坦部分56同步的时刻捕捉图像。
图像模糊也受测量飞机10的移动的影响，该移动包括测量飞机10的瞬时滚翻。
可以调整转向反射镜42的旋转速度和/或摄影管18的旋转速度以考虑传感器组件38的传感器的帧速率、所要求的帧重叠、传感器的有效视场以及包括测量飞机10的瞬时滚翻的测量飞机10的瞬时移动。
为此目的，在本示例中系统包括惯性导航系统(INS)，该INS被设置为实时地确定测量飞机的位置和朝向，并且使用所确定的位置和朝向信息来估算转向传动机构44和/或伺服电机28的合适的运动补偿参数。INS包括IMU 29以及位置输入装置，诸如GPS。
在该示例中，与测量飞机10相关的位置和朝向信息、从伺服电机28的位置/旋转编码器导出的指示摄影管18的旋转位置的信息、以及指示转向反射镜42的旋转位置的信息用于确定每个所捕捉图像的初始外部朝向方案(initial exterior orientation solution)(位置和朝向)。
图8中示出可替代的摄影管移动曲线60。移动曲线60包括摄影管位置曲线62和摄影管旋转速率曲线64。摄影管18的旋转速率在几度/s和约42°/s之间重复地摆动，分别与摄影管位置曲线62上的平坦部分66和倾斜部分68相对应。维持摄影管18的旋转速率在零之上可以减小功耗，改进摄影管18的旋转的可控制性并且减小机械应力。应该知晓的是与图7中所示的摄影管移动曲线50相同，在根据图8中所示的摄影管移动曲线60的设置中，系统12被设置为控制传感器组件38在与平坦部分66同步的时刻捕捉图像。
应该理解的是当摄影管18旋转时，后倾斜摄影管组件32和前倾斜摄影管组件34利用摄影管18的旋转移动以及后倾斜摄影机组件32和前倾斜摄影机组件34的视角在向前和向后区域中捕捉倾斜图像，使得摄影机视场跨越大体上的抛物线轨迹而扫描地面区域。
应该理解的是通过修改在摄影管18的旋转期间何时捕捉图像，正交摄影机组件30和倾斜摄影机组件32、34所覆盖的地面区域在一定程度上是可定制的。
在图9中示出了示例的地面覆盖区域70，该地面覆盖区域70示出了正交摄影机组件30和倾斜摄影机组件32、34所覆盖的地面区域。如所示，在摄影管18的整个扫描期间使用正交摄影机组件30和倾斜摄影机组件32、34捕捉图像，并且跨越当前测量飞机的飞行路径72以及第一相邻飞行路径74和第二相邻飞行路径76在正交地面覆盖区域78、前倾斜地面覆盖区域80和后倾斜地面覆盖区域82中捕捉图像。
在图10中所示的可替代的地面覆盖区域90中，在摄影管18的整个扫描期间并且跨越当前测量飞机的飞行路径72与第一相邻飞行路径74和第二相邻飞行路径76而使用倾斜摄影机组件32、34捕捉图像。也使用正交摄影机组件30捕捉图像，但是仅当摄影管18跨越当前飞行路径72进行扫描时使用正交摄影机组件30捕捉图像。在图10中所示的示例中，正交地面覆盖区域92、前倾斜地面覆盖区域94和后倾斜地面覆盖区域96被覆盖。
应该知晓的是可以通过在摄影管18的旋转期间修改何时由正交摄影机组件30捕捉图像以使得仅在覆盖了当前飞行路径72的摄影管旋转位置的较窄范围期间捕捉图像，从而实现地面覆盖区域92、94、96。可替代地，例如，可以通过使用针对正交摄影机组件30和倾斜摄影机组件32、34的不同摄影管18，并且合适地控制与正交摄影机组件相关的摄影管18以使正交摄影管扫描以当前飞行路径72为中心的较小旋转范围，从而实现地面覆盖区域92、94、96。
在图11中所示另一可替代的地面覆盖区域100中，仅当摄影管18跨越过当前飞行路径72进行扫描时使用正交摄影机组件30捕捉图像，并且仅当摄影管18跨越相邻飞行路径74、76进行扫描时使用倾斜摄影机组件32、34捕捉图像。在图11中所示的示例中，覆盖了正交地面覆盖区域102、第一前倾斜地面覆盖区域104、第二前倾斜地面覆盖区域106、第一后倾斜地面覆盖区域108、以及第二后倾斜地面覆盖区域110。
应该知晓的是可以通过在摄影管18的旋转期间修改何时由正交摄影机组件30捕捉图像以使得正交摄影机组件30仅在摄影管旋转位置的以当前飞行路径72为中心的较窄范围期间捕捉图像，以及通过在摄影管18的旋转期间修改何时由倾斜摄影机组件32、34捕捉图像以使得倾斜摄影机组件32、34仅在摄影管旋转位置的以每个相邻飞行路径74、76为中心的范围期间捕捉图像，从而实现所示的正交和倾斜地面覆盖区域。
可替代地，例如，可以通过使用针对正交摄影机组件30和倾斜摄影机组件32、34的不同摄影管18来实现地面覆盖区域102、104、106、108、110。
在图12中所示的另一可替代的地面覆盖区域112中，当摄影管18跨过当前飞行路径72和相邻飞行路径74、76进行扫描时使用正交摄影机组件30捕捉图像，并且仅当摄影管18跨过相邻飞行路径74、76进行扫描时使用倾斜摄影机组件32、34捕捉图像。在图12中所示的示例中，限定了正交地面覆盖区域114、第一前倾斜地面覆盖区域116、第二前倾斜地面覆盖区域118、第一后倾斜地面覆盖区域120、以及第二后倾斜地面覆盖区域122。
应该知晓的是可以通过在摄影管18的旋转期间修改何时由倾斜摄影机组件32、34捕捉图像以使得在摄影管18的旋转期间倾斜摄影机组件32、34仅在摄影管旋转位置的以相邻飞行路径74、76中的每一个为中心的较窄范围期间捕捉图像，从而实现所示的正交和倾斜地面覆盖区域。
可替代地，例如，可以通过使用针对正交摄影机组件30和倾斜摄影机组件32、34的不同的摄影管18来实现地面覆盖区域114、116、118、120、122。
应该理解的是通过在旋转摄影管18中安装两个倾斜摄影机组件32、34，有可能在4个方向上获得倾斜图像。每个倾斜摄影机组件32、34限定的倾斜条带形成跨越3个飞行路线的弧形，倾斜条带的视角范围在大约41-46°之间。当倾斜条带具有长基线(baseline)时，这为几何解决方案添加了相当大的优势，大大提高了精确度。
也应该理解的是通过在摄影测量图像处理方法中使用正交摄影机和倾斜摄影机产生图像，实现了良好的光束法平差解决方案。
参照图13，示出了方框图130，该方框图130示出了航空摄影机系统12的运转部件。相同和类似特征采用相同参考数字标注。
系统包括控制单元，该控制单元被设置为控制并协调系统中操作，并且特别地接收设置数据134、指示测量飞机的当前海拔(H)的海拔数据136、指示测量飞机的地面速度Vg的地面速度数据138、以及指示测量飞机10的位置和朝向的位置数据140，并且使用所接收的数据以导出用于伺服电机28因此用于摄影管18的控制参数，以及用于转向传动机构44以及因此用于转向反射镜42的控制参数。
控制单元132可以以任何合适的方式实现，并且在该示例中，使用被提供有合适的软件和接口以实现所需功能的可编程逻辑控制器(PLC)或个人计算装置来实现控制单元132。
在该示例中，设置数据134包括指示与地面水平对应的参考高度(Href)的数据，指示连续捕捉的图像帧之间的角度的帧向前角度(frame forward angle，FF)、帧侧角度(frame side angle，FS)、限定摄影管18的旋转移动的范围的扫描角(S)，以及限定航空摄影机系统12将开始捕捉图像所在的海拔的触发器海拔高度Ht。
控制单元132使用设置数据134计算导出的数值142，该导出的数值142指示在每个摄影管扫描期间将捕捉的图像帧的数目(N)，以及每次扫描的开始角度(SA)。
开始角度由以下限定：
SA＝FS*(N－1)/2
控制单元132使用输入数据来计算循环控制数据144，该循环控制数据144包括帧循环时间(Tc)：
Tc＝FF*(H－Href)/Vg
循环控制数据144还包括指示连续图像帧的捕捉之间的时间量的帧步进时间(Tf)：
Tf＝Tc/(N*1.25)
循环控制数据144还包括帧速率数值(FR)：
FR＝1/Tf
循环控制数据144被用于控制摄影管18的旋转移动，并且基于循环控制数据144的合适的控制信号而被发送至伺服电机28。循环控制数据144还被用于控制转向反射镜44的旋转移动，并且基于循环控制数据144的合适的控制信号而被发送至转向传动机构44。
由控制单元132生成并且由伺服电机28和转向反射镜44使用的控制信号基于以上计算产生，并且使用位置数据140将测量飞机在纵摇、滚翻和偏航中的移动考虑在内。
在该示例中，系统130被设置以使得直到从操作员接收到机械臂(arm)命令146才开始获取图像。
在该示例中，指示用于图像捕捉操作的参数和设置的日志数据存储在日志数据库150中。
在该示例中，指示系统130所捕捉的图像的图像帧数据存储在位于测量飞机上的图像数据存储装置152中。
在该示例中，系统130还包括为测量飞机10的飞行员提供状态信息的显示器154。
在上述实施例中，为了至少部分地补偿跨航线扫描造成的模糊，系统被设置为在曝光期间减小摄影管18的角速度，以便于将运动模糊减小至小于1像素的50％。
在图14至图23中示出用于至少部分地补偿跨航线扫描造成的模糊的可替代的设置。
在图14中，示出可替代的摄影机组件160，该摄影机组件160包括被设置为至少部分地补偿跨航线扫描模糊的稳定化组件162。相同和相似特征采用相同参考数字标注。
稳定化组件162包括主折叠反射镜166，该主折叠反射镜166从透镜组件36接收光并且朝向第一快速转向反射镜168以90°进行光反射。第一快速转向反射镜168朝向第二快速转向反射镜170以大约90°进行光反射，第二快速转向反射镜170接着朝向传感器组件38以大约90°进行光反射。
在该示例中，第一快速转向反射镜168和第二快速转向反射镜170中的每一个是前涂层光学平面绞接反射镜(front coated optically flat articulating mirror)，安装至能够快速旋转可移动反射镜的传动机构，在该实施例中使用旋转压电机构。通过将绞接反射镜的旋转移动与透镜组件36的旋转移动同步，有可能有效地使传感器组件38的传感器上的图像稳定并且因此减少图像模糊。
如图15和图16中所示，稳定化组件162布置在附接至透镜组件36的稳定化外壳172中，稳定化组件162的部件被布置为使得穿过透镜组件36的光学元件174的光被引导至主折叠反射镜166并且此后通过第一快速转向反射镜168和第二快速转向反射镜170而引导至传感器组件38。
参照图17，第一快速转向反射镜168包括第一可移动反射镜176，该第一可移动反射镜176能够围绕第一枢轴连接178在实线所示的第一位置180与虚线所示的第二位置182之间转动。类似地，第二快速转向反射镜170包括第二可移动反射镜184，该第二可移动反射镜184能够围绕第二枢轴连接186在实线所示的第一位置188和虚线所示的第二位置190之间转动。
图17示出示例性的入射光线192，该入射光线192照在第一快速转向反射镜168的第一可移动反射镜176上并且此后由第一快速转向反射镜168反射至第二快速转向反射镜170的第二可移动反射镜184上，并且由第二可移动反射镜184反射至传感器组件38上。
当第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜184均布置在第一位置时，入射光线192以与表面法线大约45°而照在第一可移动反射镜176上，并且第一反射光线194以与入射光线192大约90°而朝向第二可移动反射镜184传播。第一反射光线194以与表面法线的大约45°而照在第二可移动反射镜184上，并且第一反射光线194随后沿近似平行于入射光线192的方向而朝向传感器组件38传播。
如果第一可移动反射镜176通过第一快速转向反射镜168围绕第一枢轴连接178稍微旋转，在该示例中旋转1°，以便将入射光线192的入射角增大至46°，产生第二反射光线196，该第二反射光线196以至入射光线192为92°而朝向第二可移动反射镜184传播。
如果第二可移动反射镜184通过第二快速转向反射镜170围绕第二枢轴连接186以相同的旋转量稍微旋转，在该示例中旋转1°，第二反射光线196随后沿近似平行于入射光线192的方向而朝向传感器组件38传播，但是相对于第一反射光线194平移。
应该理解的是因为照在传感器组件38的第一反射光线194和第二反射光线196平行且相互间隔，由此断定，通过以相同角度、但是相对于它们的参考角沿相反方向旋转第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜178，图像在传感器组件38上被平移而没有图像的旋转。
也应该理解的是沿着第一反射光线194从入射光线192上的参考点至传感器组件38的光路的长度近似地与沿着第二反射光线196从入射光线192上的参考点至传感器组件38的光路的长度相同。结果，不论第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜178的旋转位置，传感器组件38上的图像的焦点都保持近似相同。
因为通过使第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜178的旋转移动同步，光路的长度可以保持基本上恒定，并且传感器组件38上的图像被平移而并未旋转传感器组件上的图像，所以即便摄影机组件160围绕与飞机10的移动方向平行的纵向轴而旋转，也能够在曝光的持续时间保持传感器组件38上的图像基本上稳定。
在图18中示出了图表200，该图表200示出了在摄影管18的使用期间的旋转移动，该摄影管18可以包括多个摄影管组件160。
图表200包括指示在摄影管18扫描的一部分期间摄影管18的旋转位置的摄影管位置曲线202。摄影管位置曲线202显示在大约0°和大约+2°之间的摄影管18的旋转。在该示例中，假设摄影管18以近似恒定诸如10°/s的速率围绕摄影管18的纵向轴线而旋转。
在该示例中，希望每隔40ms曝光在传感器组件38上的图像，图像需要在传感器组件38上保持近似10ms的基本上的稳定。为了实现这点，第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜184在曝光时间期间基于摄影管18的旋转速度以可控速率一起旋转，以使光路的长度保持基本上恒定并且照到传感器组件的光线以与摄影管18的旋转速度对应的速度而平移。在采用600mm焦距透镜以及每秒10度的管旋转速率的10ms的曝光时间期间，光轴可能需要跨越传感器表面平移典型的4mm的距离。假设在两个快速转向反射镜之间的间距为200mm，这要求快速转向反射镜的旋转移动范围为0.66度。在曝光期间快速转向反射镜的旋转速率可以近似为60度每秒，并且回扫速率可以典型的为旋转速率的50％。
图表200包括示出第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜184的旋转移动的快速转向反射镜位置曲线204。如所示，快速转向反射镜位置曲线204包括浅倾斜部分208和急剧倾斜部分210。急剧倾斜部分210与在曝光期间第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜184沿第一旋转方向从开始位置至结束位置的移动相对应，并且浅倾斜部分208与在后续曝光开始之前第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜184从结束位置返回至开始位置的移动相对应。
图表200也包括图像位置曲线206，该图像位置曲线206示出当摄影管38旋转、以及第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜184与曝光时间同步并且以基于摄影管18的旋转的速度而旋转时，图像在传感器组件38上的移动。如所示，图像位置曲线206包括倾斜部分212和平坦部分214。倾斜部分212对应于摄影管18在曝光时间之外的移动，并且平坦部分214与曝光期间以及传感器组件38上存在基本上稳定的图像时第一可移动反射镜176和第二可移动反射镜184的移动相对应。
图19中示出了可替代的稳定化组件220。相同和类似特征采用相同参考数字标注。
除了第一快速转向反射镜168和第二快速转向反射镜170之外，稳定化组件220还包括布置在第一快速转向反射镜168和第二快速转向反射镜170之间的光路中的固定的中间折叠反射镜222。中间折叠反射镜222具有增大第一快速转向反射镜168和第二快速转向反射镜170之间的光路的长度的效果，并且由此具有针对快速转向反射镜168、170的特定旋转量，增大传感器组件38上的图像平移距离的效果。如图19中所示，第一快速转向反射镜168和第二快速转向反射镜170的旋转实现了第二反射光线226相对于第一反射光线224的平移同时保持第一反射光线224和第二反射光线226平行。
在图20中示出了另一可替代的稳定化组件230。相同和类似特征采用相同参考数字指示。
采用该设置，提供包括第一转向反射镜234和第二转向反射镜236的快速转向公共反射镜组件232，公共反射镜组件232被安装以便在实线所示第一位置240与虚线所示第二位置242之间围绕枢轴连接238而旋转。
在图21中示出了包括可替代的稳定化组件230的可替代的摄影机组件250。
与图17和图19中所示的稳定化组件相同，例如使用压电传动机构254的公共反射镜组件232的旋转移动引起第一转向反射镜234和第二转向反射镜236的旋转移动以及传感器组件38上的光线的平移而图像并未旋转并且没有影响图像在传感器组件38上的聚焦。
在图22中示出了另一可替代的稳定化组件260。相同和类似特征采用相同参考数字标注。
采用该设置，在透镜组件36和传感器组件38之间的光路中仅提供一个快速转向反射镜168。如图22中所示，通过第一反射光线262和第二反射光线264，快速转向反射镜168的可移动反射镜176的旋转引起图像在传感器组件38上的平移，但是带来光轴的旋转以及光路长度的小改变。如果旋转的度数以及光路长度的改变是小的，可以容忍图像的旋转和光路长度的改变。因此，该实施例只有在仅需要小的可移动反射镜176的旋转移动时被设想，以便补偿图像在传感器上的移动并且针对用于图像捕捉的足够的时间量而能够在传感器上曝光基本上稳定的图像。
在图23中示出了包括可替代的稳定化组件260的可替代的摄影机组件268。
参照图24，示出了方框图270，该方框图270示出了航空摄影机系统12的运转部件，该运转部件包括具有稳定化组件162、220、252、260的可替代的摄影机组件。相同和类似特征采用相同参考数字标记。
系统以类似于结合图1至图13所述并且特别地参考图13中方框图所述的实施例的方式而工作。
控制单元132被设置为控制并协调系统中操作，并且特别地接收设置数据、指示测量飞机的当前海拔(H)的海拔数据136、指示测量飞机的地面速度Vg的地面速度数据138、以及指示测量飞机10的位置和朝向的位置数据140，并且使用所接收的数据以导出用于伺服电机28以及因此用于摄影管18的控制参数，以及用于转向传动机构44以及因此用于转向反射镜42的控制参数。
与结合图1至图13所述的实施例相同，设置数据134包括指示与地面水平对应的参考高度(Href)的数据，指示连续捕捉的图像帧之间的角度的帧向前角度(FF)，帧侧角度(FS)，限定摄影管18的旋转移动的范围的扫描角(S)，以及限定航空摄影机系统12将开始捕捉图像所在的海拔的触发器海拔高度Ht。
与结合图1至图13所述的实施例相同，控制单元132使用设置数据134计算导出的数值142，该导出的数值142指示在每个摄影管扫描期间将捕捉的图像帧的数目(N)，以及每次扫描的开始角度(SA)。
控制单元132使用输入数据计算循环控制数据144，该循环控制数据144包括帧循环时间(Tc)。循环控制数据144还包括指示连续图像帧的捕捉之间的时间量的帧步进时间(Tf)，以及帧速率数值(FR)。循环控制数据144用于控制摄影管18的旋转移动，并且基于循环控制数据144的合适的控制信号被发送至伺服电机28。循环控制数据144还用于控制转向反射镜44的旋转移动，并且基于循环控制数据144的合适的控制信号被发送至转向传动机构44。
由控制单元132生成并且由伺服电机28和转向反射镜44使用的控制信号基于以上计算产生，并且使用位置数据140将测量飞机在纵摇、滚翻和偏航中的移动考虑在内。
控制单元132还产生该快速转向反射镜168、170或每个快速转向反射镜168、170的控制信号，以便与图像捕捉同步或者以一定量和速度地旋转该可移动反射镜176、184或每个可移动反射镜176、184，从而使得基本上稳定的图像在传感器组件38上被配置足够的时间量，以实现图像捕捉。
针对每个图像捕捉，并未使用稳定化反射镜而是停止管的旋转移动，这允许每个传感器捕捉图像使用近似20帧每秒的最大速率。安装至工作在25,000英尺和450km/hr速度下的飞机的600mm焦距透镜的代表性组合提供了近似5cm分辨率成像。最大帧速率受限于由恒定的停止-开始旋转移动在摄影机系统中引入的振动，该振动可以限制透镜和传感器的寿命。
使用稳定化快速转向反射镜和恒定的管旋转允许捕捉使用近似100帧每秒的最大速率。使用安装至工作在35,000英尺和600km/hr速度下的1,800mm焦距透镜提供近似4cm分辨率成像。因为相对较低质量的快速转向反射镜的摆动移动在摄影机系统中引入可忽略的振动，所以该系统的优点在于提高最大帧速率，这是可能的。帧频率越高，也允许使用更长的焦距透镜以及更快的飞机向前速度，带来重大的生产率优点。
应该知晓的是本发明的航空摄影机系统12具有高冗余和强几何性质，从而能够在摄影测量图像处理方法的光束法平差方法期间实现良好的解决方案。
因为系统的许多控制参数是动态的，诸如前向运动补偿的控制，跨航线运动补偿的控制，以及图像捕捉时机的控制，即使具有潜在的退化的性能，系统也能够补偿硬件故障，诸如在多传感器配置中的一个传感器的故障。
应该知晓的是本发明的航空摄影机系统大大提高了生产率并且改进了在迄今为止已知系统的潜在准确度。
特别地，系统使用少至3个传感器同时地捕捉垂直(nadir)和4个倾斜地面覆盖区域，并且具有相邻图像之间的重叠的高水平和21的结果冗余，以及带来强几何性质(geometry)的长倾斜基线。
本发明系统也具有小型化设计，并且因为通过旋转摄影管18来捕捉大量图像，所以能够实现高生产率。
系统也具有沿航线和跨航线方向的运动补偿，从而与迄今为止已知的航空图像捕捉系统相比，能够在更高的海拔捕捉高分辨率图像。
参照图25，可替代的设置300被提供以用于至少部分地补偿由测量飞机的向前运动引起的图像模糊。在本示例中，关于图1至图13中所示实施例描述可替代的设置300，尽管应该理解的是可替代的设置可应用于其他实施例。相同和相似特征采用相同参考数字而指示。
采用这个变化，而不是提供布置在透镜组件36之前的转向反射镜42，该透镜组件36以基于测量飞机速度的速度而旋转，提供固定转向反射镜302以引导来自测量飞机下方的地面的光朝向透镜组件36，并且提供第一快速转向反射镜304和第二快速转向反射镜306。采用与图14所示的实施例中的第一快速转向反射镜168和第二快速转向反射镜170的操作类似的方式，快速转向反射镜304、306相互同步旋转，以便将传感器38上的透镜轴线进行平移并且因此沿航线方向在传感器38上提供图像的至少部分稳定化。
应该理解的是第一快速转向反射镜304和第二快速转向反射镜306的旋转速度取决于测量飞机的速度。
参照图26和图27，可替代的设置320被提供以至少部分地补偿由测量飞机的向前运动和摄影机组件的跨航线运动引起的图像模糊。在该示例中，结合图14至图18所示的实施例描述可替代的设置320，尽管应该理解的是可替代的设置320可应用于其他实施例。相同和相似特征采用相同参考数字而指示。
这个变化包括图25中所示的沿航线稳定化设置，应用于摄影机组件160，该摄影机组件160使用一对快速转向反射镜以至少部分地补偿旋转摄影机组件160的跨航线运动。采用这个变化，因此，提供固定的转向反射镜302以引导来自测量飞机下方的地面的光朝向透镜组件36，并且，除了至少部分地补偿了摄影机组件160的跨航线运动的第一快速转向反射镜168和第二快速转向反射镜170之外，提供第三快速转向反射镜322和第四快速转向反射镜324以至少部分地补偿测量飞机的沿航线运动。
参照图28，提供了另一可替代的航空摄影机系统330。相同和相似的特征采用相同的参考数字而指示。
可替代的的摄影机系统330包括数个摄影机组件332，为该数个摄影机组件332确定朝向使得每个摄影机组件332的透镜阵列36的中心纵向轴线通常垂直于测量飞机的运动方向而延伸。在该示例中，摄影机组件332被封装以使得3个摄影机组件332朝向第一方向，并且3个摄影机组件朝向与第一方向相反的第二方向。图29中示出包括合适的摄影机组件的封装336的测量飞机334。
图30中更详细示出每个摄影机组件332，并且每个摄影机组件332包括主转向反射镜338，该主转向反射镜338能够在使用期间围绕通常与飞机334的运动方向平行的轴线、相对于透镜组件中心纵轴线340在45°至135°的范围内旋转。
每个摄影机组件332还包括第一快速转向反射镜342和第二快速转向反射镜344，透镜组件36和传感器38。
每个摄影机组件332被设置为围绕每个摄影机组件332的各自中心轴线340以一速度旋转，如箭头346所示，该速度取决于测量飞机334速度。摄影机组件332的旋转移动类似于涉及图6和图14中所示实施例而描述的转向反射镜42的旋转移动，其中转向反射镜42沿与测量飞机的瞬时速度对应的第一方向旋转，随后沿相反方向快速旋转。这样，应该知晓的是，提供了针对测量飞机334的向前运动引起的图像模糊的至少部分地补偿。
在测量期间，通过旋转主转向反射镜338、当主转向反射镜338旋转时周期性地捕捉图像、以及重复地将主转向反射镜338旋转回至开始旋转位置而跨航线捕捉图像。
应该知晓的是主转向反射镜338的旋转移动以该方式实现了与摄影机组件30、160围绕与结合图6和图14中所示实施例所述的测量飞机的运动方向平行的轴线进行的旋转移动类似的效果。
与图14中所示实施例相同，使用第一快速转向反射镜342和第二快速转向反射镜344，通过在曝光时间期间将第一快速转向反射镜342和第二快速转向反射镜344的旋转移动与主转向反射镜的旋转同步，从而实现了针对由跨航线移动引起的图像模糊的至少部分补偿，并且因此在曝光期间基本上在传感器组件38上保持图像。
如图31和图32中所示，在该示例中每个摄影机组件332被配置为使摄影机组件的视场不同，例如通过定位并配置摄影机组件，使得摄影机组件332覆盖各自的区域350，该各自的区域350一起覆盖了在测量飞机334下方的地面的连续区域。
例如，如图32中所示，区域350可以布置在图案中以使摄影机组件在图案中覆盖一区域，该区域具有2倍区域宽度(沿与测量飞机的移动方向横向的方向)和3倍区域长度(沿与测量飞机的移动方向平行的方向)或者可替代地3倍区域宽度和2倍区域长度的区域。
对于本领域技术人员明显的修改和改变被认为在本发明的范围内。

Claims (70)

1.一种航空摄影机系统，包括：
至少一个摄影机，所述摄影机被设置为捕捉多个连续图像；
所述至少一个摄影机的视场能跨越地面的区域基本上横向移动；
所述系统被设置为控制所述至少一个摄影机，以当所述视场移动时以限定的间隔捕捉连续图像；以及
所述系统被设置为与图像的捕捉同步地减小所述视场的移动的速度。
2.根据权利要求1所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为与图像的捕捉同步地停止所述视场的移动。
3.根据权利要求1或2所述的航空摄影机系统，其中，所述至少一个摄影机能旋转，以使得所述摄影机的所述视场能跨越所述地面的区域基本上横向移动。
4.根据权利要求3所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为围绕与测量飞机的移动方向基本上平行的轴线旋转所述至少一个摄影机。
5.根据权利要求3或4所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为通过在旋转开始位置和旋转结束位置之间摆动所述至少一个摄影机而旋转所述至少一个摄影机。
6.根据权利要求5所述的航空摄影机系统，其中，所述旋转开始位置对应于大约-35°，并且所述旋转结束位置对应于大约+35°。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为使用伺服电机和旋转编码器控制所述至少一个摄影机的旋转。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为使用所述测量飞机的检测到的位置和/或朝向来确定是否修改所述至少一个摄影机的所述旋转位置，以便于针对所述测量飞机的所述位置和/或朝向的改变提供至少部分的补偿。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述至少一个摄影机安装在摄影管中，并且所述系统被设置为控制所述摄影管的旋转。
10.根据之前权利要求任一项中所述的航空摄影机系统，其中，所述系统包括至少一个正交摄影机，所述至少一个正交摄影机被设置为捕捉表示基本上直接地在所述测量飞机下方的地面区域的图像。
11.根据权利要求10所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为控制所述至少一个正交摄影机以当所述至少一个摄影机旋转时以限定的间隔捕捉连续图像，以使所述连续图像重叠大约2％。
12.根据权利要求10或11所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为控制所述至少一个正交摄影机以捕捉连续图像，以使在与所述测量飞机的行驶方向平行的方向上相邻地面覆盖区域重叠大约70％。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为控制测量飞机飞行线路，以使相邻飞行路线的正交摄影机地面覆盖区域重叠大约70％。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的航空摄影机系统，其中，每个正交摄影机具有被设置为将光聚焦到至少一个正交传感器的相关联的正交透镜组件。
15.根据前述权利要求任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统包括至少一个倾斜摄影机，所述至少一个倾斜摄影机被设置为捕捉表示不基本上直接地位于所述测量飞机下方的地面区域的倾斜图像。
16.根据权利要求15所述的航空摄影机系统，其中，所述倾斜摄影机或每个倾斜摄影机被设置为使得所述倾斜摄影机的视场指向与垂直线成近似20°的角度处。
17.根据权利要求15或16所述的航空摄影机系统，其中，所述系统包括至少一个后倾斜摄影机以及至少一个前倾斜摄影机，所述至少一个后倾斜摄影机被设置为使所述后倾斜摄影机的视场指向所述测量飞机的后方，所述至少一个前倾斜摄影机被设置为使所述前倾斜摄影机的视场指向所述测量飞机的前方。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的航空摄影机系统，其中，每个倾斜摄影机被安装以使得当所述至少一个倾斜摄影机旋转时每个倾斜摄影机的视场横跨地面的区域，所述地面的区域包括沿不同方向延伸的多个不同倾斜条带。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为使得相邻的倾斜地面覆盖区域重叠大约33％。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的航空摄影机系统，当从属于权利要求10至14中任一项时，其中每个倾斜摄影机组件具有相关联的被设置为将光聚焦到至少一个倾斜传感器的倾斜透镜组件，所述倾斜透镜组件的焦距比所述正交透镜组件的焦距长大约40％。
21.根据权利要求9至19中任一项所述的航空摄影机系统，包括多个摄影管，每个摄影管包括至少一个正交摄影机和/或至少一个倾斜摄影机。
22.根据权利要求1或2所述的航空摄影机系统，其中，每个摄影机具有被设置为将光引导至透镜组件的相关联的转向反射镜。
23.根据权利要求22所述的航空摄影机系统，其中，所述至少一个摄影机被定向为使得所述摄影机的透镜组件的中心纵向轴线沿通常与所述测量飞机的移动方向平行的方向而延伸，以及所述系统被设置为围绕通常与所述测量飞机的移动方向横向的轴线而旋转所述转向反射镜，以便为所述测量飞机的向前移动提供至少部分的补偿。
24.根据权利要求23所述的航空摄影机系统，其中，所述转向反射镜被旋转以使得所述转向反射镜以与所述测量飞机的瞬时速度基本上对应的速度而移动。
25.根据权利要求23或24所述的航空摄影机系统，其中，所述转向反射镜被设置为沿与所述测量飞机的移动方向对应的第一方向从限定的开始位置旋转至限定的结束位置，以便至少部分地补偿所述测量飞机的向前移动，随后沿相反的第二方向旋转以使所述转向反射镜返回至所述限定的开始位置。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为使用所述测量飞机的检测到的朝向来确定是否修改所述转向反射镜的旋转位置以便为所述测量飞机的朝向的改变提供至少部分的补偿。
27.根据权利要求22所述的航空摄影机系统，当从属于权利要求1或2时，其中所述至少一个摄影机被定向，使得所述摄影机的透镜组件的中心纵向轴线沿通常与所述测量飞机的移动方向垂直的方向而延伸。
28.根据权利要求27所述的航空摄影机系统，其中，所述摄影机的视场通过旋转所述转向反射镜而能跨越所述地面的区域基本上横向移动，并且所述系统被设置为与图像的捕捉同步地减小所述转向反射镜的移动速度。
29.根据前述权利要求中任一项所述的航空摄影机系统，其中，每个地面覆盖区域的形状通过在相应的至少一个摄影机旋转时控制何时开始和停止图像捕捉能控制。
30.一种航空摄影机系统，包括：
至少一个倾斜摄影机，所述至少一个倾斜摄影机被设置为捕捉多个连续的倾斜图像；
所述至少一个倾斜摄影机能旋转以使所述摄影机的视场横跨地面的区域，所述区域包括沿不同方向延伸的多个不同倾斜条带；并且
所述系统被设置为控制所述至少一个倾斜摄影机以当所述至少一个倾斜摄影机旋转时以限定的间隔捕捉连续的倾斜图像。
31.根据权利要求30所述的航空摄影机系统，其中，所述倾斜摄影机的所述视场横跨所述地面的基本上至少部分地抛物线形状的区域。
32.一种航空摄影机系统，包括：
至少一个摄影机，所述至少一个摄影机被设置为捕捉多个连续图像，所述至少一个摄影机包括至少一个相应的图像传感器，以及所述摄影机的视场能跨越地面的区域基本上横向移动；以及
稳定化组件，所述稳定化组件与每个摄影机关联，所述稳定化组件包括可控地可移动的至少一个转向反射镜，以便与图像捕捉同步地相对于所述至少一个图像传感器而平移所述摄影机的光轴，以便于当所述摄影机的所述视场跨越所述地面的区域基本上横向移动时在图像捕捉期间实现图像在所述至少一个图像传感器上的稳定化；
所述系统被设置为控制所述至少一个摄影机以当所述摄影机的所述视场跨越所述地面的区域基本上横向移动时以限定的间隔捕捉连续图像。
33.根据权利要求32所述的航空摄影机系统，其中，所述至少一个摄影机能旋转以使所述摄影机的视场能跨越所述地面的区域基本上横向移动。
34.根据权利要求33所述的航空摄影机系统，其中，所述稳定化组件包括一个转向反射镜。
35.根据权利要求33所述的航空摄影机系统，其中，所述稳定化组件包括以第一旋转量旋转的第一转向反射镜和以第二旋转量旋转的第二转向反射镜这两个转向反射镜，所述第一旋转量和所述第二旋转量使得在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前由所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜所引导的光线的传播方向基本上平行于在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后由所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜所引导的光线的传播方向，并且使得在传感器上在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后的所述光线相对于在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前的所述光线而平移。
36.根据权利要求35所述的航空摄影机系统，其中，所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜被设置为使得在入射到所述第一转向反射镜上的光线上的参考点与传感器之间的光路的长度在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前与在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后基本上相同。
37.根据权利要求35或36所述的航空摄影机系统，其中，所述稳定化组件包括在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜之间的光路中的固定反射镜。
38.根据权利要求35或36所述的航空摄影机系统，其中，所述稳定化组件包括公共反射镜组件，所述公共反射镜组件包括相对于彼此固定地布置的第一转向反射镜和第二转向反射镜，所述公共反射镜组件能移动以便实现所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的移动。
39.根据权利要求32至38中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述至少一个转向反射镜与图像捕捉同步地摆动。
40.根据权利要求32至39中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述至少一个转向反射镜由压电传动机构控制。
41.根据权利要求33所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为围绕基本上与所述测量飞机的移动方向平行的轴线而旋转所述至少一个摄影机。
42.根据权利要求41所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为通过在旋转开始位置和旋转结束位置之间摆动所述至少一个摄影机而旋转所述至少一个摄影机。
43.根据权利要求42所述的航空摄影机系统，其中，所述旋转开始位置对应于大约-35°，并且旋转结束位置对应于大约+35°。
44.根据权利要求41至43中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为使用伺服电机和旋转编码器控制所述至少一个摄影机的旋转。
45.根据权利要求41至44中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为使用所述测量飞机的检测到的位置和/或朝向来确定是否修改所述至少一个摄影机的旋转位置，以便为所述测量飞机的所述位置和/或朝向的改变提供至少部分的补偿。
46.根据权利要求41至45中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述至少一个摄影机安装在摄影管中，并且所述系统被设置为控制所述摄影管的旋转。
47.根据权利要求41至46中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统包括至少一个正交摄影机，所述正交摄影机被设置为捕捉表示基本上直接地在所述测量飞机的下方的地面区域的图像。
48.根据权利要求47所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为在所述至少一个摄影机旋转时控制所述至少一个正交摄影机以限定的间隔捕捉连续图像，以使连续图像重叠大约2％。
49.根据权利要求47或48所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为控制所述至少一个正交摄影机捕捉连续图像，以使沿与所述测量飞机的行驶方向平行的方向的相邻地面覆盖区域重叠大约70％。
50.根据权利要求47至49中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为控制测量飞机飞行路线，以使相邻飞行路线的正交摄影机地面覆盖区域重叠大约70％。
51.根据权利要求47至50中任一项所述的航空摄影机系统，其中，每个正交摄影机具有被设置为将光聚焦到至少一个正交传感器上的相关联的正交透镜组件。
52.根据权利要求32至51中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统包括至少一个倾斜摄影机，所述倾斜摄影机被设置为捕捉表示不基本上直接地位于所述测量飞机的下方的地面区域的倾斜图像。
53.根据权利要求52所述的航空摄影机系统，其中，所述倾斜摄影机或每个倾斜摄影机被设置为使得所述倾斜摄影机的所述视场指向与垂直线成近似20°的角度处。
54.根据权利要求52或53所述的航空摄影机系统，其中，所述系统包括至少一个后倾斜摄影机和至少一个前倾斜摄影机，所述至少一个后倾斜摄影机被设置为使得所述后倾斜摄影机的视场指向所述测量飞机的后方，所述至少一个前倾斜摄影机被设置为使得所述前倾斜摄影机的视场指向所述测量飞机的前方。
55.根据权利要求52至54中任一项所述的航空摄影机系统，其中，每个倾斜摄影机被安装为使得，当所述至少一个倾斜摄影机旋转时每个所述倾斜摄影机的视场横跨所述地面的包括沿不同方向延伸的多个不同倾斜条带的区域。
56.根据权利要求52至55中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为使得相邻倾斜地面覆盖区域重叠大约33％。
57.根据权利要求52至56中任一项所述的航空摄影机系统，当从属于权利要求48至51中任一项时，其中每个倾斜摄影机组件具有被设置为将光聚焦到至少一个倾斜传感器上的相关联的倾斜透镜组件，所述倾斜透镜组件的焦距比所述正交透镜组件的焦距长约40％。
58.根据权利要求48至57中任一项所述的航空摄影机系统，包括多个摄影管，所述系统被设置为控制所述摄影管的旋转，并且每个摄影管包括至少一个正交摄影机和/或至少一个倾斜摄影机。
59.根据权利要求32至58中任一项所述的航空摄影机系统，其中，每个摄影机具有被设置为将光引导至透镜组件上的相关联的转向反射镜。
60.根据权利要求59所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为围绕通常横与所述测量飞机的移动方向横向的轴线而旋转所述转向反射镜，以便为所述测量飞机的向前移动提供至少部分的补偿。
61.根据权利要求60所述的航空摄影机系统，其中，所述转向反射镜被旋转以使所述转向反射镜以基本上与所述测量飞机的瞬时速度对应的速度而移动。
62.根据权利要求60或61所述的航空摄影机系统，其中，所述转向反射镜被设置为沿与所述测量飞机的移动方向对应的第一方向从限定的开始位置旋转至限定的结束位置，以便至少部分地补偿所述测量飞机的向前移动，并且随后沿相反的第二方向旋转以使所述转向反射镜返回至所述限定的开始位置。
63.根据权利要求60至62中任一项所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为使用所述测量飞机的检测到的朝向来确定是否修改所述转向反射镜的旋转位置，以便为所述测量飞机的所述朝向的改变提供至少部分的补偿。
64.根据权利要求32所述的航空摄影机系统，其中，所述至少一个摄影机被定向为使得所述摄影机的透镜组件的中心纵向轴线沿通常与所述测量飞机的移动方向垂直的方向而延伸。
65.根据权利要求64所述的航空摄影机系统，其中，每个摄影机具有被设置为将光引导至透镜组件上的相关联的转向反射镜，并且每个摄影机的所述视场通过旋转所述转向反射镜能跨越地面的区域基本上横向移动。
66.根据权利要求65所述的航空摄影机系统，其中，所述稳定化组件包括一个转向反射镜。
67.根据权利要求65所述的航空摄影机系统，其中，所述稳定化组件包括以第一旋转量旋转的第一转向反射镜和以第二旋转量旋转的第二转向反射镜这两个转向反射镜，所述第一旋转量和所述第二旋转量使得在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前由所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜所引导的光线的传播方向与在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后由所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜所引导的光线的传播方向基本平行，并且使得在传感器上在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后的所述光线相对于在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前的所述光线而平移。
68.根据权利要求67所述的航空摄影机系统，其中，所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜被设置为使得，在入射到所述第一转向反射镜上的光线上的参考点与传感器之间的光路的长度在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之前与在所述第一转向反射镜和所述第二转向反射镜的旋转之后基本上相同。
69.根据权利要求64或65所述的航空摄影机系统，其中，所述系统被设置为围绕通常与所述测量飞机的移动方向横向的轴线而旋转每个摄影机，以便为所述测量飞机的向前移动提供至少部分的补偿。
70.根据权利要求32至69中任一项所述的航空摄影机系统，其中每个地面覆盖区域的形状通过在相应的至少一个摄影机旋转时控制何时开始和停止图像捕捉能控制。
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