[发明专利]一种直接传感器定向的摄影测量相机

权利要求书

1.一种直接传感器定向的摄影测量相机，其特征在于，包括：相机外壳、图像传感器模块、姿态传感器模块、测距传感器模块以及电源和通信模块；电源和通信模块通过USB线缆和上位机通信并为系统供电，各传感器模块刚性固连，通过系统集成检校获得相机的内方位元素和偏心分量，上位机通过软件控制各传感器同时采集图像、姿态角和待测平面的斜距，并对数据进行时间戳对齐，进而根据集成检校结果修正相机的外方位元素，最终利用直接传感器定向的摄影测量模型解算物方坐标，实现免像控的平面摄影测量。

2.如权利要求1所述的直接传感器定向的摄影测量相机，其特征在于，相机外壳为长方体，由前面板、中通、和后面板组成；前面板为铁质，左侧设置有一个C口镜头座，用于连接相机镜头，镜头座内侧带有四个中心对称分布的立柱，用于安装图像传感器模块，立柱的水平和垂直间距均为34mm，立柱中心为M2的螺孔；前面板右侧设置有一尺寸为26mm×12mm的方形槽，用于安装测距仪模块；镜头座和方形槽的中心在垂直方向对齐，使得摄像头的光心和测距仪的基准点位于同一高程；中通为铝质，两端的四角带有螺孔用于安装前、后面板，底部中心有一个1/4〞的过孔用于安装相机支架螺母，过孔两侧3mm处各有一个M2的螺孔用于安装支架螺母的固定螺丝；后面板为铁质，中心安装有一个公头的四芯航空插头用于连接USB线缆。

3.如权利要求1所述的直接传感器定向的摄影测量相机，其特征在于，图像传感器模块安装于相机外壳前面板的镜头座后端，为第一层电路板，尺寸为38mm×38mm，其中心为CMOS图像传感器，模块后端带有PH2.0mm封装的四芯接线端子引出USB接口；模块采用USB接口提供的5V电源供电，工作电流小于200mA；模块支持通用的USB Video Class协议，输出MJPEG和YUV格式的图像，最大帧速率高于30fps。

4.如权利要求1所述的直接传感器定向的摄影测量相机，其特征在于，姿态传感器模块采用四个立柱平行安装于图像传感器模块后端，为第二层电路板，尺寸为38mm×38mm；模块的中心为一块三轴姿态传感器，其Z轴垂直于图像传感器平面，而X、Y轴分别与图像传感器平面的X、Y轴平行；输出数据包括三轴(X、Y、Z)加速度和两轴(X、Y)倾角，输出频率为0.1Hz～100Hz，输出接口为TTL串口，波特率范围为9600B～115200B；加速度的量程为±16g，误差为0.01g；倾角量程为±90°，静态误差为0.05°，动态误差为0.1°；模块采用3.3V～5V电压供电，工作电流小于10mA。

5.如权利要求1所述的直接传感器定向的摄影测量相机，其特征在于，测距传感器模块采用相位式单点激光测距传感器，光源为635nm的红色激光，功率1mW；室内量程为0.05～100m，室外量程0.05～50m；测距精度为±(1mm+d×0.05％)，重复精度为±1mm，分辨率为1mm；输出频率为1Hz～20Hz，输出接口为TTL串口，波特率范围为9600B～115200B；模块采用5V电压供电，工作电流小于120mA；设定测距传感器的光学前端为测量基准，将其护罩镶嵌在相机外壳前面板的方形槽中，与相机光学镜头的物镜端共面；模块的电路板通过四根高度精密可调的立柱固定于相机外壳中通底部的支撑板上，集成时进行光轴的平行性检校，通过观测激光光斑在图像中的位置微调立柱高度，使得测距传感器的光轴平行于相机光学镜头的光轴，即垂直于图像传感器平面。

6.如权利要求1所述的直接传感器定向的摄影测量相机，其特征在于，电源及通信模块采用四个立柱平行安装于姿态传感器模块后端，为第三层电路板，尺寸为38mm×38mm；模块以四通道USB 2.0集线器电路为核心，包含一个主机端和四个扩展端，其中主机端通过机壳后面板上的四芯航空插头连接上位机，最高传输速率为480Mbps，并为整个系统提供最大工作电流为500mA的5V电源；扩展端1连接图像传感器模块，工作电流约200mA；扩展端2通过USB转TTL串口电路1连接姿态传感器模块，工作电流约20mA；扩展端3通过USB转TTL串口电路2连接测距传感器模块，工作电流约130mA；扩展端4为保留端口。