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DMC数字航摄仪介绍

时间:2011-2-16 9:38:13 点击:

  核心提示:数字成图相机(Digital Mapping Camera,简称DMC)系统是一个专门用于光谱摄影的高分辨率和高精度数字摄影系统,它的设计思想基于取代传统的胶片式摄影相机,DMC技术上突破的标志在于从完成小比例尺摄影项目到能够完成高精度、高分辨率的大比例尺航摄工程项目。 ...
数字成图相机(Digital Mapping Camera,简称DMC)系统是一个专门用于光谱摄影的高分辨率和高精度数字摄影系统,它的设计思想基于取代传统的胶片式摄影相机,DMC技术上突破的标志在于从完成小比例尺摄影项目到能够完成高精度、高分辨率的大比例尺航摄工程项目。


DMC基于面阵CCD的设计,保证了类似胶片一样严格的几何精度,即使在GPS信号完全失去,运行器不稳定和光照条件较差的情况下仍然具有获得高质量图像的可能性。它还具有电子FMC(自动像缘补偿)和每像素12比特分辩率,获得的影像具有比扫描摄影胶片获得的影像具有更好的品质。


面阵CCD与线阵CCD传感器的比较
Z/I公司研制DMC的目标是取代传统的胶片式光学摄影相机,为了达到胶片分辩率的水平,DMC系统必须同时适合大比例尺和小比例尺摄影要求。这一新的相机系统用较长的曝光时间来适应各种不同照相条件。


要达到一个新的水平以上要求,Z/I公司决定采用面阵CCD技术,以满足苛刻的要求。电子FMC在大比例尺摄影情况下是绝对需要的,在低空保持飞机高速飞行,沿着飞行方向进行大面积摄影时,采用FMC技术可以获得清晰的目标图像。由于采用面阵CCD技术,图像数据在X和Y方向具有严格的几何关系,因此减少复杂性,提高了工作效率。这些要求对于线阵CCD不能得到满足,而线阵CCD相机适合于地面作业分辨率低的项目,比如卫星遥感影像系统。

DMC输出图像是一个标准的中心投影的图像。因此,该系统的数据产品能被当今流行的摄影处理软件所接受,可以方便地进行人工或自动处理,选用惯导(IMU)系统,可以满足更高的要求。


灵活的机上系统
要使相机在汽车运行中平稳工作,DMC与传统的相机RMK-TOP和RC30一样,都安置在带有陀螺自稳装置的坐架上,在大多数情况下,不需要改动在飞机仓内地板的相机安装孔。DMC系统包括运行管理系统(ASMS),它也能用来管理传统胶片摄影相机,给操作者使用胶片相机时更换数字相机带来方便。


DMC解决面阵CCD器件的尺寸限制,采取的方法是将8台独立的CCD相机集成到一起。相机镜筒内含有8台CCD相机模块,在陀螺自稳架之上光学镜头的顶部,是相机的电子部件。这一部分,是用来控制相机工作的电路,包括快门装置的电源,图像数据采集部分与相机控制部分的通信联接,相机控制部分的通信联接,相机控制单元是一个完整的系统,负责与外部系统的联接,监视数据生产流程和储存数据到数据存储单元(MDR)。相机的安装比较容易,电子控制部分能从相机头上分开,相机能很快地分解拆除。
8个相机模块是独立存在的,它们安装在一个刚性的经过精确定位的光学框架内,所有与CCD数字信号有关的电路、控制和处理都被整合到相机模块内,这样就大大提高了CCD器件的信噪比和减少系统内的电磁干扰。

像移补偿装置(FMC)
在DMC相机中有CCD面阵传感器的电路能按时间延迟方式工作,这就是全电子的数字相机FMC的工作原理。这种技术类似于胶片照相机的机械式FMC,但不会发生机械移动部分限制和失灵。DMC的FMC装置比胶片相机机械方式的FMC更适用于较高的速高比(V/H)。因此,大大扩展了DMC的低空和高速照相性能。这类FMC技术不能用于线阵CCD相机。DMC相机集合了精密的光学,框幅式面阵CCD和电子FMC技术,使得获得的地面分辨率大大提高,达到几公分的地面分辨率。

数据在线存储
当相机工作在全彩色12bit状况下,DMC相机系统每两秒钟得到一幅260M原始RAW图像。因此,控制电路需要一个特殊的高速数据传输和存储设计,它由三个基于PC完整的PCI总路线并行操作。相机模块得到的图像数据,通过各自独立的光纤从CPU传送到可插拔的移动硬盘,每个硬盘的容量为280G,能提供带有三个并行的光纤通道的总容量为840G的存储能力。在含分辨率(12bit),四频段彩色模型状态下,DMC一次运行能拍摄并存储2000张以上照片,这相当于传统相机3桶120米胶卷。另外,可移动硬盘在运行中可更换,这样又进一步提高了图像存储空间。

完整的数据处理系统
DMC数字摄影相机包含有一套完整的地面后处理系统,它的任务是将摄影得到的原始图像转换整合成标准的中心投影的数字图像。该系统由一个框架机柜组成,里边装有可插拔移动硬盘(MDR),用于


与RAID盘交换数据,一个多CPU的服务器,用于快速数据后处理。在4小时之内能处理完一次拍摄完的全部数据,处理后的影像包括运行数据存储在可交换介质上,它是标准的、开放式的数据格式,可以方便、快捷地供Z/I摄影测量工作站或任何第三方数字摄影处理系统使用。

光学性能
Z/I公司与卡尔蔡司公司使用,为DMC设计生产了独特的光学镜头。它具有最小的畸变、较大的光圈(f/4)、高分辨率,同质的视场响应等特点。由于相机使用各自的镜头,全色波段和彩色波段镜头特性尽可能一致。这种设计使得多个较小的相机拍摄的带有重叠的图像的光学特性要比大孔径的单个镜头还要高。

CCD传感器
DMC选用的面阵CCD器件,具有高光学品质和光学感受品质,它的像元尺寸是12 um*12 um,并且提供高线性的动态范围(12bit)该CCD具有四个角并行输出信号的能力,这种输出能力对提高信噪比和每两秒种完成一幅图像的重复输出能力是非常重要的。CCD信号在12bit 情况下输出,对黑白和彩色通道能同时进行。

数据获得系统
DMC是一个完整的数据获得系统,它包括从任务管理到后处理整个流程的硬件和软件组合。

任务计划
任何一个成功的数据获得项目都是从任务计划开始的,对感兴趣的区域设计必要的飞行航线。安装在图像工作站上的飞行设计管理软件(ISMP)就是一个为完成一个区域的航摄任务设计航线的创新软件,ISMP提供了一个丰富的数据支持环境,它能接受扫描后的栅格地图矢量地图数据和数字正射影像,用来进行飞行航线设计。这个飞行设计管理软件定位在用户的需求。例如:对一个特定区域,按照给定的飞行方位角,给出最佳的飞行路线。


飞行后处理
系统基于图形界面并在MicroStation环境下操作。与最新的CAD和CIS技术结合,ISMP提供了一个完整的解决方案,它能建立一个有效的飞行计划,生成最终的拍摄情况报告和位置批示,它的功能可以扩展到摄影测量工作流,能带来训练费用减少,提高产品生产能力和保护技术投资。

航摄飞行
数据获得过程的下一步是航摄飞行,要保证飞行中相机的平稳,DMC相机安置在一个陀螺自稳装置上(T—AS),用于补偿和修正飞行中侧滚、俯仰、偏航角度。通过高工艺的陀螺,主动控制部件和被动式颤动阻尼,来保证相机光轴在航摄飞行中始终垂直地面。从而得到畸变小的图像。

DMC相机还集成了Z/I航空传感器管理系统(ASMS)来自动控制和监视航拍过程。ASMS给操作者提供多个传感器的接口。这不仅包括图像获取本身,而且还监视管理辅助的接收仪器,如GPS,惯导(IMU)等等。DMC完全依赖ASMS进行操作。

在航拍期间,飞行管理的任务是在飞行中监视管理所有传感器的状态,Z/I也把这个技术通过整合用到管理其它附属传感,如IMU。ASMS还带有一个摄像头,它能提高监视相机工作状态的能力。摄像机是整个系统的一部分,它的作用如下所述:
第一,它能与照相机同步,实时回放相机拍摄的地面范围情况,它是与相机的快门同步以较低分辩率获得同步图像。第二,为相机控制装置(SC)提供数据,与GPS接收的信号一起计算速高比V/H,用于控制相机的FMC。第三,摄像机获得的图像,提供给相机控制装置(SC),用于偏航的计算,这个偏航的计算值能调节自稳装置的驱动。

一旦航摄任务设计完毕,设计方案从工作站传送到ASMS,用于飞行中实际操作。通常,任务计算被存储到FLASH卡上,然后传输到ASMS控制工作站。在航拍飞行期间,ASMS记录相机工作统计包括摄像略图到FLASH卡上,以便在后处理时进行浏览和处理。

惯导(IMU)作为选件能刚性地安装在相机内部,以便在没有地面控制站或减少地面控制情况下,有能力完成整个项目。ASMS也能控制传统的胶卷相机如RMK-TOP和RC30,能在同样的环境下,快速地更换胶卷相机和数字航摄相机。

飞行后处理
系统目标是为整个生产系统快速提供全部飞行数据。假如用户使用一个基本的管理工具, 如摄影测量项目管理软件,系统会自动生成飞行航线,预期的中心点坐标、照片名,相机名和其它信息。确保飞行后处理流程直接使用这些数据面不必手工再输入。


系统飞行后处理部分有两个基本功能,任务成功与否的快速分析和将飞行数据无缝融合进整个生产流程。任务管理数据通过固定的磁卡传送,这种方式不仅是最简单的,而也是最快捷的。整个任务管理数据也可以作为全部数字图像数据的一部分被记录下来,(例如在激光雷达,LIDAR和数码相机系统),而且不需要读磁带或其它低速数据存储设备,以便对结果进行快速分析。

后处理分析部分,用户可以对实际飞行的航线和事先设计的航线进行对比分析,对于设计计划中的错误参数,即使不能完全在飞行中即时校正,但能立刻分析出是否需要重飞。

系统设计最出色的部分是它能自动地将实际飞行得到的信息与飞行前设计的信息重合并更新(例如真正的照片中心将更新事先设计的中心),显示出集成工作流程的真正价值。当实时数据输入进系统时,飞行管理系统将用符号表示项目进行的状态,这样生产管理者可以分阶段安排项目生产。能随时进行自动空三测量而不必等整个项目飞完才能开始下步生产。

后处理按两步完成:幅射处理和几何处理,进入到DMC后处理软件按照参数用户选择处理步骤。一旦处理开始,来自MDR移动硬盘的原始RAW图像数据首先进行幅射校正处理,幅射校正的作用是补偿温度,光圈和其它幅射因素对图像带来的影响,经过幅射校正后期的图像数据存储到RAID盘上。图像进行幅射校正后接着进行几何校正,消除镜头畸变和倾斜变形,由镶嵌模块获得一张完整的照片。按以上步骤输出的图像结果被传送到图像数据管理系统如TERRASHARE,该软件能将图像产品存档和分发到最终用户手中。

图像后处理
一旦飞行照相完成,图像数据必须从飞机上的相机中下载,后处理软件处理的原始图像数据是在飞行期间被存储在MDR硬盘上的。后处理软件能生产几种不同类型的图像产品。来自四个传感器的高分辨率的全色波段数据图像将被建立。
用高分辨率的黑白图像和多光谱图像可以合成真彩色和彩红外图像,也可以单个波段输出(红、绿、蓝和近红外)。

后续应用
来自DMC的图像,已经开发了端到端的工作流。DMC是整个解决方案的一部分。后处理后你能将图像直接输入到所有的摄影测量工作流程中一一自动空三,特征采集,DTM生成,DOM生成等等。

无论你是采用Z/I全数字摄影测量软件还是采用任何第三方软件,DMC提供的图像产品都能符合你的要求,用于大比例尺或小比例尺测绘工程,并能满足精度要求。

为什么使用DMC对于数字摄影测量是最好的选择?
分辩率:DMC为大比例尺图像提供卓越的地面分辨率,源于它的FMC功能,FMC技术的核心是时间延迟暴光技术(TDI)和与面阵CCD刚性的联结。它的结果是地面分辨率在较差的光照条件下仍然小于2英寸。


精度:DMC基于面阵CCD技术,这种技术对摄影测量应用提供了最好的几何精度。面阵CCD内部的高精度是由在硅表面上二维排列的CCD像元结构决定的,它的结果是在航空图像的焦平面上提供了几百万个高精度的框标。(每一个CCD像元都可以被认为是一个独立的框标)结果图像严格相似于中心投影,使其获得广泛的应用,可以方便的进入任何摄影测量软件。


像元轮廓:DMC的另一个优点是像元轮廓面积上曝光。这个功能使得飞机在飞行中速度突然变化和抖动而不会影响影像。


幅射分辨率:由于DMC具有FMC功能,曝光时间能根据景物亮度来设定,与飞行速度无关,允许采用每个CCD像元12Bit的幅射分辨率。高分辨率的图像能在弱光条件下产生。在一定条件下,大大提高了可飞行的天数。


系统兼容性:由于采用了面阵CCD技术,严格的中心投影关系,使数据产品可以直接进入当今世界所有的摄影测量软件。


完整的数字化工作流:DMC使得测绘工程流完全数字化。另外,DMC是Z/I公司产品解决方案中的一部分,它能大大减少成本提高生产率。

DMC一一个完整的数据获取系统
Z/I公司的DMC系统提供的高分辨率大大比例尺图像符合工程制图精度.DMC提供的图像地面分辩率小于2英寸(在光照条件差的情况下)。DMC系统提供了一个完整的数字图像获得的解决方案,它包括相机、在线存储、飞行管理系统和后处理硬件软件。

一旦选用DMC来获取图像,并将它传送到后处理系统,摄影测量系统和DMC完整地形成一个数字产品生产流。这个工作流应用的结果是节省成本提高生产效率。

作者:彩云依依 来源:测绘信息网网友上传
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