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二次成像在分布式数字航空摄影相机系统中的应用 　　摘要：现有数字式航摄相机普遍采用传统一次成像的光学构像方式，通过多影像校正拼接技术获取大幅面数字影像。该类数字航摄相机在中心投影构像严格性、几何精度等方面都存在不可避免的系统误差．本文提出了一种新型的基于二次成像原理的分布式航摄相机设计思路，并开展了光学实验和测试．该思路可以成为高精度大幅面数字航摄相机系统研究的新方向。 　　关键词：航空摄影测量、二次成像、数字传感器、分布式 　　中图分类号：D993.4 文献标识码：A 文章编号： 　　 　　1 引言 　　航空摄影测量向诞生以来按照技术处理手段不同，其发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量，正在全面进入的全数字摄影测量阶段。全数字摄影测量要求应用数字采集、数字处理、数字成图等技术全面实现摄影测量数字化。作为数字摄影测量工作流程数据获取的主要手段，数字航空摄影相机发挥着越来越重要的作用。同时。由于数字传感器发展现状还与航空摄影实际需求存在一定差距，数字航摄相机发展成为了制约数字摄影测最发展的一个重要瓶颈[1,2]。现有数字式航摄相机(UltraCamD，DMC等)普遍采用传统一次成像的光学构像方式，通过多传感器影像校正拼接技术获取大幅面数字影像。该类数字航摄相机在中心投影构像严格性、几何精度等方面都存在不可避免的系统误差。基于新型构像方式的数字航空相机系统亟待发展。 　　2 基于二次成像的分布式数字成像传感器系统 　　2.1 二次成像原理光学构像 　　现有摄影相机系统(胶片以及数码相机)普遍是采用光学透镜(或透镜组)一次成像的构像方式。该构像方式在数字航空摄影应用中主要存在难于获取大幅面影像的不足。CCD等数字传感器芯片面阵较小，所以为了获取大幅面数字影像必须通过多芯片拼接或增加曝光次数实现。通过多次曝光的方式，单张影像覆盖区域小，成像效率低，并且对相机系统提出了更高的曝光时间间隔要求。 　　基于二次成像的新型光学构像方式可以很好的解决上述问题，二次成像构像如图1所示。 　　 　　图1 基于二次成像原理的构像示意图 　　基于二次成像原理的光学构像过程包括一次承影和二次成像两个步骤。如图所示，L 1为一次承影镜头，11为一次承影器件(11左平面为承影面)，C1和C2是分布式二次成像数字相机系统。二次成像过程如下：一次承影，一次承影器件11的承影面置于一次承影镜头的成像面处，并通过一次承影镜头Ll于承影面呈现物体的清晰影像；二次采集，通过若干数字成像传感器(C1与C2)获取一次承影器件所呈现的影像。各传感器采集影像区域具有，。定的重叠率，通过校正拼接生成完成的一次承影器件的完整数字影像。 　　基于二次成像的光学构像方式具有以下优点：（1）获取大幅面数字影像。通过二次成像的构像方式以及数字影像的拼接，可以实现与一次承影器件同等幅面的数字影像。该优点为二次成像方案存航空摄影仪系统的应用奠定了基础。（2）若干数字传感器进行二次成像实现获取更高分辨率的数字影像。（3）拼接生成的大幅面数字影像满足严格一次承影镜头的中心投影构像。 　　2.2 分布式数字成像传感器图像采集系统 　　分布式数字成像传感器技术已经在目标识别、跟踪与监视、三维重建、信息融合等领域得到了普遍的应用。为实现二次成像在航摄相机系统的应用，分布式数字成像传感器的设计是关键环节。 　　本文以四CCD成像传感器单元系统为例，介绍分布式二次成像系统的设计。分布式四CCD二次成像传感器单元系统实现网个CCD芯片的同步曝光及数据并行快速存储。该系统可以分为总控单元、CCD感光成像单元及数据存储单元以及其他的外围设备等。总控单元实现根据航摄任务灵活设置系统各项参数、对各成像传感器单元曝光同步控制、系统工作状态的实时监视与反馈以及外部接口通讯等功能；CCD感光成像单元实现高分辨率CCD数字成像系统，输出CCD原始数据；CCD数据存储单元实现对CCD感光成像单元的影像数据管理。 　　2.3 基于二次成像原理的分布式航空摄影相机设计 　　充分发挥二次成像和分布式成像传感器系统的技术优势，同时考虑到降低自主研制数字航摄仪的难度，发挥原有胶片航摄相机的技术优势，以胶片航摄相机高精度光学镜头和稳定平台为基础。按照二次成像原理和分布式数字传感器系统设计思路，开发数字后背取代原有胶片暗合，组成了该新型航空摄影仪系统。 　　通过分布式四CCD数字传缚器系统，我们在每一个曝光点获得四张影像。四张子影像根据相邻图像的重叠区域进行原始影像或正射影像进行拼接(包括匀光、匀色以及几何和色调处理)生成高精度豹一次承影器件所成影像镶嵌图，并且该影像满地物经次一次承影光学镜头严格的中心投影。由于各CCD成像单元主光轴垂直于一次承影器件承影面，在每个曝光点CCD成像单元相对于一次承影