[发明专利]一种航测相机定点拍摄预测控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空测绘相机中实现定点拍摄预测和控制的方法，特别涉及对航测相机目标拍摄点的拍摄时刻进行预测计算、对相机各功能模块进行同步控制的方法，属于航空测绘相机技术领域。

背景技术

随着航空技术的迅速发展，航测相机的应用领域不断扩宽，对航测相机的功能提出了新的要求。航测相机传统的工作方式是只设定拍摄航线和航向重叠率，对拍摄点不作要求，由航测相机在满足重叠率的前提下自行控制相机曝光。在该工作方式下，相机实际的拍摄位置具有随机性且不可重复，不便于进行数据管理和事后的图像处理。

为了弥补传统工作方式的不足，在新一代航测相机的研制中提出了定点拍摄的工作方式。定点拍摄工作方式是根据航测相机载体的飞行高度和速度，结合相机的视场角、最大拍摄帧频率等参数，并考虑拍摄的航向重叠率要求，预先设定一系列拍摄点(经纬度坐标)，形成作业文件。在实际工作中，航测相机依据作业文件，当载体运动到达设定的拍摄点时触发CCD曝光成像。

相对于航测相机传统的工作方式，定点拍摄方式的优点包括：预先对整个拍摄过程进行了详细的规划，便于对作业过程进行管理和控制；由于拍摄点预先设定，相邻航带上的拍摄点位置关系是确定的，便于后期进行图像拼接；同时拍摄的图像帧数也是确定的，便于进行图像数据管理；由于拍摄点确定，任意航带的拍摄过程是可重复的，方便进行补拍；通过对拍摄点的灵活设定，可满足航测相机在不同应用领域的功能需求，有利于扩展航测相机的应用范围。

航测相机定点拍摄工作方式的实现要解决以下两个主要问题：1.航测相机载体的实际运动轨迹无法严格遵循设定的航线，当设定的目标拍摄点无法达到时需要选择与目标拍摄点最接近的点作为实际拍摄点；2.航测相机系统中的机械式快门和相移补偿机构需要提前启动工作，才能保证在CCD曝光的时刻快门完全开启，相移补偿机构进入有效工作区间，因此要对到达拍摄点的时刻进行预测。

发明内容

为了解决航测相机定点拍摄工作方式下实际拍摄点的计算，拍摄时刻预测以及各功能模块同步控制问题，本发明设计了一种基于载体航迹拟合的航测相机定点拍摄预测控制方法。

本发明采用的技术方案如下：一种航测相机定点拍摄预测控制方法，其特征在于：该控制方法利用的航测相机同步控制系统包括机载位置和姿态测量系统(即POS)、主控计算机、单片机、时序控制FPGA、数字信号处理器(即DSP)、CCD相机、快门及像移补偿机构，POS连接主控计算机，输出测量信息；主控计算机连接单片机，输出控制指令及工作参数；单片机作为中转，将指令及参数分别转发到DSP及时序控制FPGA；DSP控制像移补偿机构运动；时序FPGA连接DSP、CCD相机、快门和POS，发出同步控制信号；所述的航测相机定点拍摄预测控制方法具体实现过程如下：

(1)机载位置和姿态测量系统提供航测相机载体当前的经纬度位置、速度、姿态信息，同时还输出同步时间信号以及对应的时刻信息；

(2)主控计算机收到与同步时间信号对应的时刻信息，经由单片机转发到时序控制FPGA；

(3)主控计算机收到带时间戳的相机载体位置信息，以此为依据拟合计算相机载体的运动轨迹，并根据定点拍摄中设定的拍摄点预测下一个拍摄时刻以及像移补偿速度；

(4)主控计算机将预测结果发送到单片机，单片机将时间相关参数发送到时序控制FPGA，将像移补偿速度参数发送到DSP；

(5)FPGA收到同步时间信号以及对应的时刻信息，建立航测相机同步控制系统时间基准；

(6)FPGA根据接收到的拍摄时刻参数，参照时间基准在指定时刻发出外同步脉冲，触发相移补偿机构、CCD相机、快门同步工作，完成一次拍照。

进一步的，步骤(5)中，时序控制FPGA收到低精度的同步时间信号和对应的时刻信息，所述的低精度为秒级，通过内部高精度时钟进行细分，所述的高精度为微秒级，得到高精度的时间基准，以满足定点拍摄控制精度要求。

进一步的，步骤(3)中，主控计算机根据当前以及过去一段时间内相机载体位置随时间变化的趋势，采用基于“滑窗最小二乘”的多项式拟合的方法，得到载体的位置随时间变化的函数。

进一步的，步骤(3)中，根据设定的拍摄位置，计算“位置-时间”函数上距离设定拍摄位置最近的点以及对应的时刻，作为该位置的拍摄时刻的预测值。