何中海 賴德軍 楊云建 匡偉
四川省川核測繪地理信息有限公司 四川成都 610000
隨著傾斜攝影測量技術(shù)的推廣,其應(yīng)用領(lǐng)域得到不斷拓展和豐富,同時也對傾斜攝影平臺提出了更高的要求。為了進一步降低傾斜攝影平臺的使用成本,實現(xiàn)更高效率和更高精度的數(shù)據(jù)采集,有必要進行新型相機的開發(fā)。
目前市面上4200 萬像素全畫幅相機機身較重,單個相機重量達500g 左右,如果直接將5 個相機進行組裝,總重將超過2kg,這對測繪無人機來說是個太大的載荷。因此,縮減相機體積和重量,滿足無人機搭載的需求最為關(guān)鍵。本研究將針對傳統(tǒng)相機進行研究和改進,形成一種滿足傾斜云臺使用的高像素通用型相機。
為了適應(yīng)多類型無人機對相機平臺的需要,相機的研發(fā)需要考慮多方面的因素,主要的要求如下:
(1)單相機為4200 萬像素;
(2)單相機改裝完成后重量不超過200g;
(3)相機機身程序精簡,不報錯、不重啟,記憶電池?zé)o電后要自動修復(fù)設(shè)置時間;
(4)相機運行穩(wěn)定,進行有效散熱和降溫。
選用最新的黑卡相機RX1RM2,其像素為4200 萬。相機機身的研發(fā)主要是對相機的功能部件進行拆解,對不必要的部件進行舍棄,對必須保留的部件進行重新布局和改造。相機機身的研發(fā)包括相機主體結(jié)構(gòu)精簡和相機組裝固定兩個方面[1]。
(1)相機機身精簡畫。根據(jù)航攝和日常使用要求,相機保留開關(guān)、菜單、撥盤、快門和存儲功能。首先,去除相機外殼、目鏡、顯示屏和電池模塊,只保留CCD 快門組、主板、卡槽板、排線;其次,為了實現(xiàn)對相機的控制,需要從電路板和排線上接引出開關(guān)、快門和電源接口。
圖1 固定支架和散熱模塊設(shè)計
(2)相機主板固定及散熱。由于相機部件經(jīng)過精簡和重新布局,要進行相機組裝就必須對相機的組件進行固定。本項目將相機固定支架和散熱系統(tǒng)融合,一方面,最大程度地減輕了整機重量,另一方面,也避免相機長時間工作發(fā)熱而導(dǎo)致死機的現(xiàn)象。相機支架采用散熱鋁合金材質(zhì),其與相機主板和卡槽板之間的散熱硅膠片和散熱鋁片直接連接,進行進一步加強了圖形運算芯片等重點發(fā)熱部位的散熱效果。
圖2 高速靜音散熱風(fēng)扇
為了加強相機芯片散熱,相機加入了散熱風(fēng)扇,盡量降低內(nèi)部溫度,保證相機正常拍攝。
由于黑卡相機不提供更換鏡頭的接口,如果需要減輕重量和體積,需要重新找光學(xué)廠家定制新的全畫幅鏡頭,減輕體積和重量。
本研究定制了40mm 焦距定焦鏡頭,測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)此鏡頭在畸變、銳度、中心和邊緣一致性方面性能突出,便于后期數(shù)據(jù)空三加密。
將相機外殼、相機主板、卡槽板、排線、按鍵、鏡頭組、鏡頭外殼等零部件按設(shè)計的位置進行安裝固定,并在主板上引出開關(guān)、電源和快門線,用于控制板進行整體控制。
研究成功的單個相機重量在160g 左右,體積縮小近50%,滿足五拼相機組裝要求。為了驗證相機效果,將單個相機放在設(shè)計的旋轉(zhuǎn)支架上,對正射和側(cè)視進行了驗證。
圖3 單相機驗證
相機獲取的照片質(zhì)量極高,航片清晰,銳度較高,邊緣畸變明顯好轉(zhuǎn),空三時精度更好。
圖4 新相機航片局部影像
本研究完成了高像素全畫幅相機的組裝和測試,使其重量、體積以及成像質(zhì)量達到了航測級水平,滿足了多平臺、多對象的航攝需求,為公司保持在傾斜攝影測量技術(shù)上的優(yōu)勢提供了強有力的支持。