關于測繪無人機低空數字航攝影像去霧霾的研究

馬旭 崔俊生

摘 要：隨著我國的通信技術、科學技術的不斷發展，測繪無人機的誕生充分證實了我國科技的發達。在傳統的測繪工作、地理檢測、災害應急處理等方面測繪無人機憑著操作簡單、成本較低等優勢逐漸代替了人工測繪的工作。但是近年來隨著環境惡劣的加劇，在很多城市中都會出現霧霾，也嚴重影響了測繪無人機的工作質量。因此，本文將研究測繪無人機低空數字航攝影響去霧霾的方法，使測繪無人機可以更高效的工作。

關鍵詞：測繪無人機；低空數字航攝影像；去霧霾研究

隨著我國經濟的不斷發展，人們的經濟水平也有了逐漸的提升，人們的出行的交通工具也有自行車轉變成了小汽車，但是這樣的轉變雖然給人們帶來出行的方便，但是對環境卻有了嚴重的危害。汽車的尾氣排放就是造成霧霾的重要因素之一，不但影響人們的身體健康，給人們造成呼吸道疾病等，還嚴重影響了能見度。測繪無人機作為近年來測繪的重要工具，主要以影響等方式將測繪結果呈現給工作人員，但是由于霧霾的出現，嚴重影響了影響的呈現，給測繪工作帶來難度。針對這樣的現象出現，研究相關的解決方案是首要任務。

一、測繪無人機的優勢

近年來，在測繪領域的工作過程中已經廣泛使用測繪無人機進行勘測工作，針對一些突發狀況測繪無人機可以進行有效的應對，自然災害是不可抗拒的突發性災害，例如山體滑坡、森林火災等，對于這些狀況的出現，如果使用人工進行檢測肯定會對人員帶來一定的危害，但是利用測繪無人機遙感技術就可以在短時間內對災害現場進行航拍，將影像數據傳達給相關的工作人員，可以對災害現象及時制定解決方案，降低了損失，對我國的國土測繪領域也有重要的作用，經過測繪無人機的航拍數據，可以清晰的掌握我國的國土情況，有利于國土資源的檢測和調查，由于測繪無人機航拍影響清晰，還廣泛應用于區域策劃等方面；另外，測繪無人機在運行成本方面也相對較低，不需要飛機駕駛員和面積較大的起飛場地，只要對無人機數據進行輸入，人工遠程操控就可以完成工作任務，極大程度上縮短了工作時間，提高了工作效率，還節省了大量的費用。

二、霧霾對測繪無人機低空數字航攝影像的影響

測繪無人機通過紅外掃描儀、數碼相機等獲取測繪數據，然后再用計算機對圖片或者影響進行處理，將測繪結果呈現給工作人員。其實測繪無人機對大多的天氣情況都可以進行忽視，可以透過云層對目標進行測繪，但是在遇到霧霾的情況下就嚴重降低了工作效率。霧霾天氣是一種嚴重的大氣污染現象，空氣中含有大量并且超標的懸浮顆粒，使大氣出現渾濁的現象，并且對視線造成一定的影響，嚴重的霧霾天氣將能見度惡化，因此，在霧霾的天氣情況下，測繪無人機即使是進行測繪工作，但是所拍攝的影像也由于霧霾中的顆粒將測繪結果不能有效的呈現出來，很多測繪單位使用無人機測繪時，如果遇到霧霾的天氣，那就只能進行等待，等天氣晴好在進行測繪，嚴重降低了工作效率，也可以說霧霾天氣是測繪無人機的致命傷害。

為了可以提高測繪無人機的工作效率，相關的工作人員必須要對霧霾天氣做出有效的應急方案，雖然無法改變天氣情況，但是可以從測繪無人機的數據入手，將測繪無人機在霧霾中所拍攝出來的影像經過一系列的優化將測繪結果有效的呈現出來。

三、測繪無人機低空數字航攝影像去霧霾的研究

（一）大氣輻射傳輸方程法

大氣輻射傳輸是指電磁波在大氣界質中的傳播輸送過程。大氣中吸收太陽輻射的主要成分是氧氣、臭氧、水汽、二氧化碳、甲烷等，不同氣體對不同波段輻射的吸收作用也不同。這種性質稱為大氣對輻射能的選擇吸收。散射作用的強弱取決于入射電磁波的波長及散射質點的性質和大小。當散射粒子的尺度遠小于波長時，稱為分子散射或瑞利散射，散射系數與波長的四次方成反比，主要是空氣分子的散射。當粒子尺度可與波長相比擬時，稱為米氏散射，散射系數是波長和粒子半徑的一個復雜函數。當粒子尺度遠大于波長時，稱為無選擇性散射。散射系數與波長無關。電磁波在大氣中的傳輸規律對于研究地球輻射能量收支、環境資源遙感及反演大氣溫度和濕度的分布情況有重要意義。因此，大氣輻射傳輸模式可以應用于氣候研究和遙感研究領域。

在對人眼視物呈色機理、真彩色數字影像獲取存儲表達、無人機低空數字航攝技術流程的分析基礎上，依據霧霾在可見光中傳輸的物理特性，利用大氣輻射傳輸方程，結合無人機低空數字航攝技術特征，建立了霧霾天低空數字航攝影像的成像模型。

（二）RGB色彩空間模型法

根據建立的霧霾天成像模型，在影像空間域上利用RGB彩色空間模型揭示了低空數字航攝影像的降質機理。分析了霧霾天低空數字航攝影像中霧霾的空間分布特征以及影像的成像特征。基于降質機理建立了影像退化與復原過程模型。

（三）霧霾成像的檢測原理與方法

霧霾檢測點粗差檢測與剔除方法。采用空間插值理論方法解決了霧霾成像估值的求解問題，實現了對霧霾天可見光路徑衰減和輻射源衰減的復原。

四、研究結果

對比分析了國內外數字影像評價方法，提出了基于灰度共生矩陣的角二階矩、信息熵和對比度3個去霧霾影像評價指標。利用本文提出的影像去霧霾方法，開發了應用程序，對低空數字航攝去霧霾影像進行了主客觀評價。主觀評價結果表明，去霧疆后影像清晰度有了很大提高，色調正常，反差適中，能夠滿足測繪有關規范中的質量要求。客觀評價結果表明，去霧霾后影像對比度和信息熵有了很大的提高，角二階矩減小，說明影像構像紋理更加細致，更加清晰，包含了更多的信息量，通過影像主客評價驗證了本文影像去霧霾方法的有效性和實用性。

五、結語

由于近年來大氣污染的嚴重現象，不僅對人體有一定的危害外，還嚴重影響了測繪無人機的正常工作效率，因此，針對這樣的情況相關的工作人員應該全面掌握我國現今的研究技術，及時制定出解決方案，讓測繪無人機可以進行發揮出更多的作用，面對任何天氣狀況都可以正常工作。研究人員要有不斷進取、不斷鉆研的精神，時刻保持清醒的頭腦，面對出現的情況臨危不亂，從而促進我國技術有更好的發展。

參考文獻

[1]基于固定翼無人機航攝影像獲取及應用探討[J].楊愛玲，孫汝岳，徐開明.測繪與空間地理信息.2010（05）

[2]關于輕型無人機航攝影像的質量探討[J].楊愛玲，于洪偉，鄭燦輝.測繪與空間地理信息.2011（02）

（作者單位：1.北京蒼穹數碼技術有限公司；2.銀川科昊測繪科技有限公司）