UltraCam鱼鹰Prime -传感器的最低点和倾斜成像

Michael Gruber和沃尔夫冈沃尔奇沃尔彻的微软Ultracam业务部门描述了最新的清水空中相机的品质。

Ultracam Meperey Prime是来自微软近距离业务部门的第二代斜空传感器。它首次于2014年3月肯塔基州路易斯维尔的ASPRS介绍。设计目标 - 结合高质量的公制Nadir相机和大型45°斜传感器头 - 从Ultracam Osprey，它的前身略微修改。升级的Nadir子系统产生了一个全色高分辨率图像，真彩色RGB图像和近红外图像。现在，四个倾斜的真彩色相机头现在安装在45°的偏离Nadir角度，并从所有四个方向 - 向前，向后，向左和向右传送图像。

最重要的设计变化是传感器系统的焦距和新的斜视锥布置。新的最低点和斜镜头显示更长的焦距，即80毫米的最低点和120毫米的斜相机头。因此，空中任务可以从较高的飞行高度进行，以提供相同的地面采样距离。从1000米的高度，相机获得了7.5厘米的最低点地面像素。另一项重要的改进来自于新一代CCD探测器阵列，该阵列用于倾斜相机头，可提供60mpx惊人的质量。快速读出探测器阵列意味着相机可以实现1.8秒的帧间间隔，提高飞行任务的生产率。

摄像头设计

相机的最低点部分收集高分辨率的全色图像，真彩色和近红外图像。45°斜角相机被设计成单锥，并在其观察方向组装，因此光学棱镜是不需要的。

提高空气中的生产力是设计目标之一。利用飞行方向上60%的重叠和飞行线之间40%的重叠，飞行计划显示的基本长度为225米，线间距为525米，使倾斜脚印之间有足够的重叠。在1000米的飞行高度和7.5厘米的最低点GSD时，最低点图像的最外层覆盖面积为2800 × 2800米。

四斜相机头的焦距为120毫米，很好地适应了最低点相机子系统的规格。在45°视角下，物距为1414米，倾斜图像中心的GSD在7 - 10 cm之间变化。斜锥配备了60 Mpx CCD传感器阵列，像素大小为6µm，并配备了拜耳模式色滤片。CCD传感器的位置为左和右看的头是在肖像模式和轻微偏离中心。这提供了更多的交叉轨迹重叠，但保持最外面的足迹范围相同的所有四个倾斜的相机头。

摄像机标定

通过实验室标定，对每一个单独的锥体进行标定，以计算锥体的内部几何参数和透镜畸变。本程序是根据在校准实验室中建立的三维目标所拍摄的一组照片进行的。这个目标有大量测量良好的目标点，覆盖110°视场。为了允许新的传感器的更大的视场，目标被扩展。额外的控制点可用来覆盖向左和向右的倾斜摄像机。将相机倾斜90°也可以校准前后传感器。

标定程序最具体的特点是同时标定摄像机的最低点和斜锥。验证了该方法的质量和可靠性。该方法为摄像机斜头的标定提供了基础，将摄像机斜头的外倾角参数引入到摄像机斜头的定位参数计算中。该方法不仅提高了调节的冗余度，而且提高了偏心参数的质量。

斜摄像机的标定过程是基于84个拍摄位置的大量图像，这些位置是由3个摄像机站和28个不同的旋转角度组合而成的。因此，可以将高度冗余的图像位置集自动测量并引入最小二乘束调整过程中。整套测量的图像位置包括大约10,000个来自全色最低点相机组件的位置，以及几乎相同数量的来自四个斜相机头的图像位置。校准程序的质量是在亚像素级。

UltraCam Osprey Prime相机的校准程序还包括单个相机头的辐射校准。推导了低角色锥和四种斜角相机的颜色性能，并计算了各自的颜色校正矩阵。为了完成校准，我们还确定了各个快门的行为，所有CCD传感器阵列的偏移和增益值，以及在所有支持的光圈设置下的镜头渐晕。

图像质量

新型60mpx CCD传感器阵列的传感器技术支持动态范围，能够提供12+位水平的数字信号。因此，产生的图像的每个彩色波段可以分辨超过4000个不同的强度等级。

2014年春天，微软内部的制图项目获得了第一批UltraCam Osprey Prime图像。分析了航空三角测量、表面建模和正交图像制作的结果，生成了城市环境的三维照片纹理模型。这些任务的成功显示了UltraCam Osprey prime图像的可用性和高质量。这显示了UltraCam Osprey Prime的高潜力，良好的平衡设计和高质量的测量最低点传感器组件的好处。

本文发表在2014年9月/ 10月《测绘世界》杂志上