高像素航摄相机研发

何中海 赖德军 杨云建 匡伟

四川省川核测绘地理信息有限公司 四川成都 610000

随着倾斜摄影测量技术的推广，其应用领域得到不断拓展和丰富，同时也对倾斜摄影平台提出了更高的要求。为了进一步降低倾斜摄影平台的使用成本，实现更高效率和更高精度的数据采集，有必要进行新型相机的开发。

目前市面上4200 万像素全画幅相机机身较重，单个相机重量达500g 左右，如果直接将5 个相机进行组装，总重将超过2kg，这对测绘无人机来说是个太大的载荷。因此，缩减相机体积和重量，满足无人机搭载的需求最为关键。本研究将针对传统相机进行研究和改进，形成一种满足倾斜云台使用的高像素通用型相机。

1 相机研发要求

为了适应多类型无人机对相机平台的需要，相机的研发需要考虑多方面的因素，主要的要求如下：

（1）单相机为4200 万像素；

（2）单相机改装完成后重量不超过200g；

（3）相机机身程序精简，不报错、不重启，记忆电池无电后要自动修复设置时间；

（4）相机运行稳定，进行有效散热和降温。

2 相机机身研发

选用最新的黑卡相机RX1RM2，其像素为4200 万。相机机身的研发主要是对相机的功能部件进行拆解，对不必要的部件进行舍弃，对必须保留的部件进行重新布局和改造。相机机身的研发包括相机主体结构精简和相机组装固定两个方面[1]。

（1）相机机身精简画。根据航摄和日常使用要求，相机保留开关、菜单、拨盘、快门和存储功能。首先，去除相机外壳、目镜、显示屏和电池模块，只保留CCD 快门组、主板、卡槽板、排线；其次，为了实现对相机的控制，需要从电路板和排线上接引出开关、快门和电源接口。

图1 固定支架和散热模块设计

（2）相机主板固定及散热。由于相机部件经过精简和重新布局，要进行相机组装就必须对相机的组件进行固定。本项目将相机固定支架和散热系统融合，一方面，最大程度地减轻了整机重量，另一方面，也避免相机长时间工作发热而导致死机的现象。相机支架采用散热铝合金材质，其与相机主板和卡槽板之间的散热硅胶片和散热铝片直接连接，进行进一步加强了图形运算芯片等重点发热部位的散热效果。

图2 高速静音散热风扇

为了加强相机芯片散热，相机加入了散热风扇，尽量降低内部温度，保证相机正常拍摄。

3 相机镜头研发

由于黑卡相机不提供更换镜头的接口，如果需要减轻重量和体积，需要重新找光学厂家定制新的全画幅镜头，减轻体积和重量。

本研究定制了40mm 焦距定焦镜头，测试结果发现此镜头在畸变、锐度、中心和边缘一致性方面性能突出，便于后期数据空三加密。

4 单相机测试

将相机外壳、相机主板、卡槽板、排线、按键、镜头组、镜头外壳等零部件按设计的位置进行安装固定，并在主板上引出开关、电源和快门线，用于控制板进行整体控制。

研究成功的单个相机重量在160g 左右，体积缩小近50%，满足五拼相机组装要求。为了验证相机效果，将单个相机放在设计的旋转支架上，对正射和侧视进行了验证。

图3 单相机验证

相机获取的照片质量极高，航片清晰，锐度较高，边缘畸变明显好转，空三时精度更好。

图4 新相机航片局部影像

5 结语

本研究完成了高像素全画幅相机的组装和测试，使其重量、体积以及成像质量达到了航测级水平，满足了多平台、多对象的航摄需求，为公司保持在倾斜摄影测量技术上的优势提供了强有力的支持。