采用無人機航拍技術進行大比例尺測圖研究

曹春明

摘 要：無人機操作簡單，具有極強的機動性，體積小而不需要申請空域，在云層下就可以實施航拍，風險性較小且拍攝分辨率高，被廣泛應用城市規劃、城市建設、城市管理等領域的大比例尺地圖的測圖之中。但由于無人機相較于大飛機而言在飛行穩定性和數據精確性上有很大差別，同時容易出現影像畸變，要進行正確的影像鑲嵌。該文主要介紹了無人機航空影像處理技術流程和關鍵技術研究，主要包括影像畸變糾正、控制點布控、影像鑲嵌和海量影像數據處理。

關鍵詞：無人機 航拍技術 大比例尺 測圖 影像畸變糾正

中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（b）-0021-02

城市發展越來越智能化，城市的管理也更加趨向于精細化。城市規劃、城市建設、城市的交通和管理等領域都需要大比例尺地圖來支持。而傳統航空攝影容易受到天氣的限制，對于攝影時的環境要求較高，相對的成本投入大而手續繁雜，需要較長時間的航攝周期，在日益快速的城市發展過程中不能很好滿足對高精度影像數據現實性的需求。無人航空攝影技術逐漸顯示了在大比例尺測圖中的優勢，無人航空攝影技術的發展建立于無人機的成熟之上。

1 無人機航空影像處理技術流程

無人機航拍技術進行大比例尺測圖主要是通過航空攝影后進行影像畸變糾正，從而提高影像的精度和效率。此后選擇合適的航帶進行影像金字塔的創建，并建立過程、相機和航帶。同時應當從相對定向和絕對定向兩方面進行影像的匹。此后在SSK軟件中利用ISAT模塊進行連接點的提取，并進行空三計算和分析。在進行檢查修改之后就利用x軸和y軸進行正射校正處理，并利用數學高程模型在z軸上進行高程數據糾正。數據糾正完就可以進行影像的拼接，在拼接時需要修改鑲嵌線，并將其隱藏。在進行圖像裝飾之后就可以將航拍攝影圖輸出。

2 無人機航拍關鍵技術

2.1 無人機影像畸變糾正技術

無人機在實際航空攝影測量中由于自重小易受風向影響，因而飛行較不穩定。此外在無人機上所搭載的相機并不是專業的測量相機，因而其影響數據與定位定向系統所獲取的數據較大飛機而言較為模糊。在無人機航拍測量過程中不可避免存在著傾斜誤差和投影誤差，這都是受到搭載相機和地形影響而成的。相片的切斜造成像點的移位，從而造成傾斜誤差。而地形起伏造成的像點移位，需要通過地面控制點數量的增加、糾正無人機影像畸變和提高影像鑲嵌技術以及小像幅大數據兩的數據處理。

2.2 光學成像畸變矯正技術

鏡頭設計的缺陷、制造過程中操作不當引起的缺陷以及加工安裝過程中造成的誤差容易造成薄棱鏡畸變。此外若是CCD鏡頭形狀有缺陷就會造成徑向畸變，會造成較大的畸變誤差。相較于薄棱鏡畸變和由于幾何中心不一致而導致的偏心畸變而言，徑向畸變對于影像畸變的影響更大，會嚴重影響空三精度。通過計算和實驗，不難發現鏡頭徑向畸變較大，切向畸變較小。在圖像中心區域內發生畸變的可能較小，而在圖像的邊緣區域內畸變較大。因此在實際使用無人機進行航空攝影時需要考慮到光學成像造成畸變的可能，并將其進行正確的矯正，避免出現較大的畸變。

2.3 均勻布點

無人機受風力的影響較大，飛行時不能保持未定，在飛行過程中所取得的POS數據精度不夠高，這就需要通過增加地面控制點的數量來提高測區的成圖精度。在進行無人機航拍時需要確保測量人員的人為誤差較小，測量的溫度適宜無人機的飛行，大氣壓環境也較為適合，這樣才能通過已知的地面控制點采取實時動態定位系統（real time kine-matic，RTK）來進行控制點的加密工作。同時由于無人機飛行航帶航向重疊高達80%，旁向重疊達到60%，其航帶設置的要求遠高于大飛機航拍測量的要求，因而在設計飛行航帶時在依據小比例尺地圖的基礎上要將地面控制點符號制作精確，同時在布設時要均勻進行地面控制點的布設。相控點的布設必須均勻排數，在航向三片重疊和旁向重疊的中線可以在重疊范圍內布設。在無特征的大面積區域內可以增加控制點，必須確保測區四周均勻布設，當出現誤差較大的控制點時應當及時剔除。

2.4 影像鑲嵌技術

無人機所搭載的相機并非專業的測量相機，無人機也無法達到較高的飛行高度，因而在投影時會產生較大的誤差，影像與共線方程有出入。當無人機對地表高層建筑物進行航拍時不能真正射改正，尤其是邊緣位置出現的影像誤差更大，因而在使用無人機航拍技術進行大比例尺測圖時應當進行影像鑲嵌，從正射糾正后的影像中提取相應的影像信息。但是在大比例尺測圖成像時要避免出現明顯的影像間接縫，在自動生成之后再進行人工交互修改，從而確保鑲嵌線太過暴露。同時，鑲嵌線的選擇和修改都應當采用線性特征的接邊物，避免直接穿過大型建筑物、水區、沙漠、戈壁和森林等大面積范圍，同時不應當將鑲嵌線放置于影像的邊緣，應當沿著道路或地面等實體的邊緣進行鑲嵌。當鑲嵌結束后應當張整個測區的拼接線集合成一套數據，以便之后的編輯修改。由于受到各類環境的影響，影像間會有一定的色差，這就需要進行勻光勻色處理，必要時還需進行羽化處理，從而使影像的拼接自然過渡。

2.5 臨界航帶重復處理

無人機在進行航空攝影測量時會因為較高的重疊度而造成影響信息較大，加大了影像處理工作的難度。在影像自動空三階段需要將所有影像信息都進行處理，按照分航帶分塊的方法提取DEM和正射糾正。對于臨界航帶要進行重復處理。為了確保影像的質量，應當將影像鑲嵌工作在同一工程中處理。當區域較大時，可以人為分塊具有一定重疊度的影像再進行鑲嵌。當鑲嵌工作完成后就可以進行輸出。但由于相機像素較高，分辨率也高，因而最后的文件數據也大。然而鑲嵌軟件的性能決定了輸出的文件不能大于4 GB影響，因而當進行輸出時要進行必要的分塊再進行輸出。

3 結語

隨著中國改革開放的逐步深入，經濟建設迅猛發展，各地區的地貌發生巨大變遷。現有的航空遙感技術手段已無法適應經濟發展，需要新的遙感技術為日益發展的經濟建設和文化事業服務。以無人駕駛飛機為空中遙感平臺的技術，正是適應這一需要而發展起來的一項新型應用性技術。使用無人機進行小區域遙感航拍技術，在實踐中取得了明顯成效和經驗。以無人機為空中遙感平臺的微型航空遙感技術，適應國家經濟和文化建設發展的需求，為中小城市特別是城、鎮、縣、鄉等地區經濟和文化建設提供了有效的遙感技術服務手段。遙感航拍技術對我國經濟的發展具有重要的促進作用。

參考文獻

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