SWDC-4A数字航测系统的关键技术与应用
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摘要
本文在系统地总结和阐述数字航测相机发展现状的基础上,结合国内的技术现状与生产实践,对新型数字航测相机SWDC-4A的关键技术进行了深入的研究,着重研究了轻型组合宽角数字测绘相机技术、高精度POS技术、高精度惯性稳定平台技术、和轻小型航空遥感系统集成检校技术。并结合具体的应用,集成了实用的轻小型航空遥感系统,经过生产应用实践,可以满足高精度测图和城市建筑物三维建模需要,并且比传统方法效率高,成本低。本文的主要研究内容如下：
1.通过对数字相机的畸变模型和检校原理的分析,阐述了单镜头相机加固、检校的方法,通过对已有墙面检校场的扩建和重新测量,对单镜头数字相机进行检校和验证。
2.对多路数字相机拼装的理论进行分析,计算出子相机的倾角,给出了SWDC-4A四拼组合相机的拼装方案,提出了平台拼接精度的检测方案,实现了子相机的同步曝光和对整个系统的自动控制,阐述了航线规划设计、虚拟中心影像拼接、飞行质量检查的原理和方法。
3.系统地论述了POS系统的基本原理,分析了惯性导航常用坐标系与摄影测量常用坐标系之间的相互关系,推导了从POS输出到影像外方位的转换公式和偏心元素的解算公式,建立了平差模型,并设计了实验方法。
4.结合高精度轻小型遥感设备的特点,根据实际需要进行合理组合传感器进行集成。针对不同的集成方式,提出了“地对地”和“空对地”检校场用于集成检校的方法,经实验验证,检校参数满足有关规范的要求,系统性能可靠。
5.通过实际生产应用证明,所集成的高精度轻小型航空遥感系统在大比例尺测图方面的应用,可以大量减少控制点的布设和观测,减少劳动强度,降低生产成本。
6. SWDC-4A四个子相机之间固定的倾斜关系和高精度的POS数据配合清晰的影像,用于城市景观的三维表达、精细建模和可视化,是一种全新、快捷、经济的技术方案。
Critical techniques and technologies in SWDC-4A system are investigated on the foundation of summarizing and expatiating the development of aerophotography digital camera. Light assembled wide-angle surveying digital camera technique, high accuracy POS technique, high accuracy inertial stabilized mount technique and light aerial remote sensing system integration technology are emphasized on. Based on the material application, the applied light aerial remote sensing system is built. The systems are used in high accuracy surveying and3D building modeling, it is more effective and inexpensive. This research project consists of following aspects:
1. The scheme of single camera fixing and calibration is recounted by analyzing aberrance model and calibration principle. Single camera is calibrated by extended calibration wall.
2. The principle of multi-camera assembling is analyzed, the obliquity of4sub-camera Is calculated to fit the assembling scheme. The scheme of frame assembling calibration is presented. Synchronized exposure of sub-camera is achieved, and the whole system is autocontrolled. The principles and methods about flight course planning, virtual center-projection image generation and quality examining of flight are expounded.
3. The principle of POS is dissertatedsystematically. The frames of inertial navigation and aerophotography and the transformation between different coordinate system are analyzed. The transformation formulas form POS output to image externalelements are deduced. Computation principle of boresight misalignment angle is discussed. Adjustment model is designed, and the experiment method is put forward.
4. Ground-to-ground calibration field and air-to-ground calibration field are built to calibrate the integrated remote sensing system. And the system can be built in several mode to fit different demands. The calibration index satisfied with the corresponding specification, and the system is steady.
5. The system's application to large-scale surveying could save much building and observation of control point, so that work and cost are reduced.
6. The fixed oblique angles of sub-cameras and POS data with clear image could be used to3D representation of urban sight, fine modeling and visualization as a new effective technological scheme.
1.通过对数字相机的畸变模型和检校原理的分析,阐述了单镜头相机加固、检校的方法,通过对已有墙面检校场的扩建和重新测量,对单镜头数字相机进行检校和验证。
2.对多路数字相机拼装的理论进行分析,计算出子相机的倾角,给出了SWDC-4A四拼组合相机的拼装方案,提出了平台拼接精度的检测方案,实现了子相机的同步曝光和对整个系统的自动控制,阐述了航线规划设计、虚拟中心影像拼接、飞行质量检查的原理和方法。
3.系统地论述了POS系统的基本原理,分析了惯性导航常用坐标系与摄影测量常用坐标系之间的相互关系,推导了从POS输出到影像外方位的转换公式和偏心元素的解算公式,建立了平差模型,并设计了实验方法。
4.结合高精度轻小型遥感设备的特点,根据实际需要进行合理组合传感器进行集成。针对不同的集成方式,提出了“地对地”和“空对地”检校场用于集成检校的方法,经实验验证,检校参数满足有关规范的要求,系统性能可靠。
5.通过实际生产应用证明,所集成的高精度轻小型航空遥感系统在大比例尺测图方面的应用,可以大量减少控制点的布设和观测,减少劳动强度,降低生产成本。
6. SWDC-4A四个子相机之间固定的倾斜关系和高精度的POS数据配合清晰的影像,用于城市景观的三维表达、精细建模和可视化,是一种全新、快捷、经济的技术方案。
Critical techniques and technologies in SWDC-4A system are investigated on the foundation of summarizing and expatiating the development of aerophotography digital camera. Light assembled wide-angle surveying digital camera technique, high accuracy POS technique, high accuracy inertial stabilized mount technique and light aerial remote sensing system integration technology are emphasized on. Based on the material application, the applied light aerial remote sensing system is built. The systems are used in high accuracy surveying and3D building modeling, it is more effective and inexpensive. This research project consists of following aspects:
1. The scheme of single camera fixing and calibration is recounted by analyzing aberrance model and calibration principle. Single camera is calibrated by extended calibration wall.
2. The principle of multi-camera assembling is analyzed, the obliquity of4sub-camera Is calculated to fit the assembling scheme. The scheme of frame assembling calibration is presented. Synchronized exposure of sub-camera is achieved, and the whole system is autocontrolled. The principles and methods about flight course planning, virtual center-projection image generation and quality examining of flight are expounded.
3. The principle of POS is dissertatedsystematically. The frames of inertial navigation and aerophotography and the transformation between different coordinate system are analyzed. The transformation formulas form POS output to image externalelements are deduced. Computation principle of boresight misalignment angle is discussed. Adjustment model is designed, and the experiment method is put forward.
4. Ground-to-ground calibration field and air-to-ground calibration field are built to calibrate the integrated remote sensing system. And the system can be built in several mode to fit different demands. The calibration index satisfied with the corresponding specification, and the system is steady.
5. The system's application to large-scale surveying could save much building and observation of control point, so that work and cost are reduced.
6. The fixed oblique angles of sub-cameras and POS data with clear image could be used to3D representation of urban sight, fine modeling and visualization as a new effective technological scheme.
引文
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