一种九相机的倾斜摄影系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及航拍领域，具体涉及一种九相机的倾斜摄影系统及其使用方法。
背景技术
传统的无人机航拍用倾斜摄影相机为5镜头摄影，具体由一个中间相机，和前后左右四个倾斜相机构成，如CN106052648B公开的一种轻小型倾斜摄影测量系统及方法，就是这种5相机布局的倾斜摄影相机，这种倾斜摄影相机结构简单，数据采集面少，对于目前复杂的建模场景，如城市高楼区、密集建筑区、玻璃楼等区域的建模效果不佳。
现有技术中也出现了9镜头的摄影装置：如CN108327922A公开的一种九视角航空倾斜摄影云台，利用3相机摆动形成9视角的倾斜摄影相机，但这种相机完成一个周期曝光的时间长，不适合搭载于速度较快的飞行器上，且不利于集成高精度惯导系统；此外，该方案倾斜和垂直的相机镜头的焦距相同，导致拍摄场景的分辨率差距较大。又如CN107257427A公开的九镜头无人机全景摄像机及其图像处理方法，是一种9镜头的全景相机，是为采集同一个坐标点360°视角的相机，其与倾斜摄影相机的工作原理与相机排布方式完全不同，根本无法用于飞行器航拍中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种九相机的倾斜摄影系统及其使用方法，以解决现有技术中倾斜摄影相机难以满足复杂建模需求、导致对复杂建模场景的建模效果不佳的问题，实现通过倾斜摄影系统建立外观效果更好、精度更高的复杂模型的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
一种九相机的倾斜摄影系统，包括三个并排的相机组，每个相机组由三个长轴共面的相机构成；各相机组内相邻两个相机之间的夹角相等，相邻两个相机组之间的夹角相等；各相机组内位于中间的相机的短轴相互平行。
针对现有技术中倾斜摄影相机难以满足复杂建模需求、导致对复杂建模场景的建模效果不佳的问题，本发明提出一种九相机的倾斜摄影系统，以三个相机组进行并排，其中每个相机组内为三个相机，且三个相机长轴共面。相机的长轴即为相机底座的长轴，对于现有的用于倾斜摄影的相机而言，其结构均呈方形，因此本领域技术人员能够准确确定其长轴。在同一个相机组内相邻两个相机之间的夹角均相等，且对于不同相机组而言该夹角也相等。并且，对于三个相机组而言，相邻两个相机组之间的夹角也相等。各相机组内位于中间的相机的短轴相互平行，即是每个相机组内均有一个相机位于另外两个相机之间，三个相机组内就有三个位于中间的相机，这三个位于各自相机组内中间位置的相机的短轴相互平行。倾斜摄影系统从原理上讲同一立面拍摄的角度越多，角度差异越小，空三匹配成功率会更高。现有技术中使用的五镜头倾斜摄影相机，采集的数据经常会出现多次空三不能通过的情况，而采用本申请排列方式的九相机系统，比五镜头具有更多的角度、更小的角度间距，空三匹配成功率会更高，能有效减少数据处理时间，减轻内业负担。此外，通过采用本申请排列方式的九相机系统，可以采集到的更高角度的建筑立面，使得模型侧面纹理更平整；能采集更多的地物影像数据信息，建立的模型外观效果更好，精度更高；单次拍摄，各相机拍摄区域重叠区域小，有效区域大；通过调整各相机倾斜角度及镜头焦距的配合，还能保证各相机航片分辨率的一致性，有效提高模型质量。
进一步的，当正中间的相机拍摄影像的地面投影为矩形时，其前后左右四个相机拍摄影像的地面投影为梯形，其左上、右上、左下、右下四个相机拍摄影像的地面投影为梯形或不规则四边形。对于三个相机组而言，每个相机组内三个相机，因此必然有一个相机位于最正中，其余相机按空间位置可分为前、后、左、右、左上、右上、左下、右下八个方向分布，本方案通过对各相机投影形状的限定来间接限定各相机的不同倾斜角度，确保单次拍摄时，各相机拍摄区域重叠区域小，有效区域大。
进一步的，每个相机均设定A面、B面，每个相机组内三个相机的A面相互平行，各相机组内位于中间的相机的B面相互平行；其中所述A面为过镜头中心线，且平行于相机底座长轴的平面；所述B面为过镜头中心线，且平行于相机底座短轴的平面。本方案中，设穿过镜头中心线、且平行于相机底座长边的面为A面，穿过镜头中心线、且平行于相机底座长边的面为B面。其中A面、B面非实体平面，仅为便于文字描述而假设的虚拟平面。
各相机组内相邻两个相机之间的夹角，为相邻两个相机的B面之间的夹角。
相邻两个相机组之间的夹角，为相邻两个相机组内的相机的A面之间的夹角。
进一步的，正中间的相机的镜头焦距≤其余相机镜头的焦距。
优选的，f1/cosα≤f3≤2f1；f1/cosβ≤f2≤2f1；f1/cosα≤f4≤2.5f1；其中，α为各相机组内相邻两个相机之间的夹角，β为相邻两个相机组之间的夹角，f1为正中间的相机的镜头焦距；f2为位于中间的相机组中边缘两个相机的镜头焦距；f3为位于边缘的两个相机组内、位于中间的相机的镜头焦距；f4为其余相机的镜头焦距。满足本方案的各相机的倾斜角度与镜头焦距，通过调整各相机倾斜角度及镜头焦距的配合，相较于现有的五镜头倾斜摄影相机而言能够有效保证各相机航片分辨率的一致性，有效提高模型质量。
进一步的，共九个相机，九个相机按3×3方式布局；九个相机之间通过刚性结构固定连接。当然，九个相机之间具体的连接方式不属于本申请请求保护的内容，现有技术中的任意刚性连接方式均可适用于本申请中用于连接九个相机。。
进一步的，每个相机均包括个图像传感器和定焦镜头。
一种九相机的倾斜摄影系统的使用方法，安装在飞行器上，使得当飞行器机身水平时，正中间的相机垂直朝下；在拍摄过程中，所有相机以固定飞行时间和/或固定飞行距离同时进行一次拍摄。即是在拍摄过程中，所有相机以设定好的时间间隔或距离间隔进行一次启动、进行一次拍摄。各相机拍摄的数据采用重叠率计算方式进行计算，可有效增加曝光点之间的距离和航线间距，既能适用于飞行速度更快的飞行器上，且能减少相同测区面积下的总拍摄数据量，提高航飞效率。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、现有技术中使用的五镜头倾斜摄影相机，采集的数据经常会出现多次空三不能通过的情况，而采用本申请排列方式的九相机系统，比五镜头具有更多的角度、更小的角度间距，空三匹配成功率会更高，能有效减少数据处理时间，减轻内业负担。
2、本发明一种九相机的倾斜摄影系统及其使用方法，可以采集到的更高角度的建筑立面，使得模型侧面纹理更平整。
3、本发明一种九相机的倾斜摄影系统及其使用方法，能采集更多的地物影像数据信息，建立的模型外观效果更好，精度更高。
4、本发明一种九相机的倾斜摄影系统及其使用方法，对于单次拍摄而言，各相机拍摄区域重叠区域小，有效区域大；通过调整各相机倾斜角度及镜头焦距的配合，还能保证各相机航片分辨率的一致性，有效提高模型质量。
5、本发明一种九相机的倾斜摄影系统及其使用方法，可有效增加曝光点之间的距离和航线间距，既能适用于飞行速度更快的飞行器上，又能减少相同测区面积下的总拍摄数据量，提高航飞效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例的结构示意图；
图2为本发明具体实施例中一个相机组的结构示意图；
图3为本发明具体实施例中三个相机组内位于中间的相机的位置关系示意图；
图4为本发明具体实施例中单个相机的示意图；
图5为本发明具体实施例水平放置于地面时，各相机在水平面的投影示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-相机一，2-相机二，3-相机三，4-相机四，5-相机五，6-相机六，7-相机七，8-相机八，9-相机九。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
一种九相机的倾斜摄影系统，包括三个并排的相机组，每个相机组由三个长轴共面的相机构成；各相机组内相邻两个相机之间的夹角相等，相邻两个相机组之间的夹角相等；各相机组内位于中间的相机的短轴相互平行。如图1所示，本实施例中共九个相机，每个相机均包括个图像传感器和定焦镜头。九个相机按3×3方式布局；九个相机之间通过刚性结构固定连接。
本实施例的三个相机组在图1中横向分布，每个相机组内的三个相机纵向分布，即是最左侧的相机组由相机一1、相机四4、相机七7组成，中间的相机组由相机二2、相机五5、相机八8组成，最右侧的相机组由相机三3、相机六6、相机九9组成。
每个相机的A面、B面如图4所示。
其中，相机一1和相机四4、相机七7和相机四4、相机二2和相机五5、相机八8和相机五5、相机三3和相机6、相机九9和相机六6的B面之间的夹角都是α；
相机一1、相机四4、相机七7的A面共面，相机二2、相机五5、相机八8的A面共面，相机三3、相机6、相机九9的A面共面，即是任意一个相机组内的所有相机的A面均共面。对于任意两个相邻的相机组而言，其A面间的夹角如图3所示均为β。此外，相机四4、相机五5、和相机六6的B面也共面。
本实施例由9个相机由刚性结构连接，便于集成高精度惯导系统，采用重叠率计算方式时，可增加曝光点之间的距离和航线间距，既能适用于飞行速度更快的飞行器上，且能减少相同测区面积下的总拍摄数据量，提高航飞效率。
本实施例使用时安装在飞行器上，使得当飞行器机身水平时，正中间的相机垂直朝下；在拍摄过程中，所有相机以固定飞行时间和/或固定飞行距离同时进行一次拍摄。
实施例2：
一种九相机的倾斜摄影系统，在实施例1的基础上，当正中间的相机拍摄影像的地面投影为矩形时，其前后左右四个相机拍摄影像的地面投影为梯形，其左上、右上、左下、右下四个相机拍摄影像的地面投影为梯形或不规则四边形。
各相机组内相邻两个相机之间的夹角，为相邻两个相机的B面之间的夹角。相邻两个相机组之间的夹角，为相邻两个相机组内的相机的A面之间的夹角。
本实施例满足f1/cosα≤f3≤2f1；f1/cosβ≤f2≤2f1；f1/cosα≤f4≤2.5f1；
其中，如图2所示，α为各相机组内相邻两个相机之间的夹角；如图3所示，β为相邻两个相机组之间的夹角，f1为相机五5的镜头焦距；f2为相机二2、相机八8的镜头焦距；f3为相机四4、相机六6的镜头焦距；f4为相机一1、相机三3、相机七7、相机九9的镜头焦距。
采用本实施例排列方式的九相机系统，可以采集到的更高角度的建筑立面，使得模型侧面纹理更平整；单次拍摄，各相机拍摄区域重叠区域小，有效区域大；通过调整各相机倾斜角度及镜头焦距的配合，保证各相机航片分辨率的一致性，有效提高模型质量。现在使用的五镜头倾斜摄影相机，采集的数据经常会出现多次空三不能通过的情况，而采用本实施例排列方式的九相机系统，比五镜头具有更多的角度，更小的角度间距，空三匹配成功率会更高，能有效减少数据处理时间，减轻内业负担。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
