無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量數(shù)據(jù)獲取及處理解析

崔廣汛

摘 要：無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)、靈活、快速經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，以無(wú)人機(jī)作為航空攝影平臺(tái)能夠快速高效地獲取高質(zhì)量、高分辨率的影像。無(wú)人機(jī)在攝影測(cè)量中的優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感無(wú)法比擬的，越來(lái)越受到研究者和生產(chǎn)者的青睞，擴(kuò)大了遙感的應(yīng)用范圍和用戶(hù)群，具有廣闊的應(yīng)用前景。無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)主要通過(guò)在同一攝影平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，從多個(gè)不同的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，快速、高效地獲取豐富的數(shù)據(jù)信息。由此獲得的傾斜影像不僅能夠真實(shí)地反映地物情況，滿(mǎn)足人們對(duì)三維信息的需求，還可以反映土地利用方式，在進(jìn)行城鄉(xiāng)統(tǒng)籌規(guī)劃、深化土地改革，以及監(jiān)測(cè)規(guī)劃實(shí)施等方面都可以發(fā)揮重要的作用。該技術(shù)目前已在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用于應(yīng)急指揮、國(guó)土安全、城市管理、房產(chǎn)稅收等行業(yè)。無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量是未來(lái)航空攝影測(cè)量的重要技術(shù)補(bǔ)充，逐步從研究開(kāi)發(fā)階段發(fā)展到了實(shí)際應(yīng)用階段。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；傾斜攝影測(cè)量；數(shù)據(jù)獲取；數(shù)據(jù)處理

1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取

1.1 無(wú)人機(jī)傾斜攝影原理

無(wú)人機(jī)傾斜攝影是攝影機(jī)主光軸明顯偏離鉛垂線(xiàn)或水平方向并按一定傾斜角進(jìn)行的攝影。傾斜攝影裝置安置在旋翼機(jī)等小型無(wú)人機(jī)設(shè)備上，其特征包括：多臺(tái)（一般為5臺(tái)）高空間分辨率面陣數(shù)碼相機(jī)，以一定角度安裝在航空攝影穩(wěn)定平臺(tái)上。本次航飛采用的傾斜攝影裝置包括下視相機(jī)、前視相機(jī)、后視相機(jī)、左視相機(jī)、右視相機(jī)5個(gè)相機(jī)鏡頭。下視相機(jī)為垂直攝影，前視相機(jī)、后視相機(jī)、左視相機(jī)和右視相機(jī)都為傾斜攝影，傾斜角度在15°～45°之間。通過(guò)同時(shí)從垂直、傾斜等多個(gè)不同的角度采集影像，相機(jī)之間通過(guò)時(shí)間同步裝置進(jìn)行成像時(shí)間精確對(duì)準(zhǔn)；通過(guò)姿態(tài)測(cè)量裝置獲取影像姿態(tài)和位置參數(shù)；由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)以上部件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集控制，發(fā)送同源觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)多臺(tái)面陣相機(jī)，實(shí)現(xiàn)同步數(shù)據(jù)采集，由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)維護(hù)，通過(guò)后續(xù)處理運(yùn)算，可以生成符合人眼視覺(jué)的真實(shí)三維直觀數(shù)據(jù)模型。

1.2 傾斜攝影數(shù)據(jù)采集

無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)彌補(bǔ)了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過(guò)在同一飛行平臺(tái)上搭載多臺(tái)傳感器，同時(shí)從1個(gè)垂直、4個(gè)傾斜等5個(gè)不同的角度采集影像，能夠生成符合人眼視覺(jué)的真實(shí)直觀的影像效果。本次航飛采用的是八旋翼無(wú)人機(jī)搭載傾斜攝影相機(jī)，飛行高度280m，航攝影像分辨率為0.05m，航向與旁向重疊度為80%。

根據(jù)測(cè)區(qū)的具體情況，確定航攝區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)海拔、最低點(diǎn)海拔和區(qū)域平均海拔，以確定滿(mǎn)足需要的飛行高度，規(guī)劃無(wú)人機(jī)飛行航線(xiàn)，獲取相關(guān)的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)的獲取主要包括無(wú)人機(jī)外業(yè)組進(jìn)場(chǎng)、航測(cè)前準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)獲取和航測(cè)后工作，其間伴隨著嚴(yán)格的項(xiàng)目管理與監(jiān)督和質(zhì)量控制體系機(jī)制。

本次航飛共飛行一個(gè)架次，下視相機(jī)、前視相機(jī)、后視相機(jī)、左視相機(jī)、右視相機(jī)5個(gè)相機(jī)鏡頭獲取的像片，分別放在5個(gè)文件夾里，每個(gè)鏡頭獲取的像片張數(shù)應(yīng)該是一致的，本次航飛共獲取500張像片影像。根據(jù)測(cè)區(qū)大小及具體地形，共布設(shè)了22個(gè)像控點(diǎn)，便于后期加密與檢查。

2 無(wú)人機(jī)傾斜攝影數(shù)據(jù)處理

2.1 飛行數(shù)據(jù)整理

在數(shù)據(jù)處理前應(yīng)先檢查采集數(shù)據(jù)的完整性與可靠性，5個(gè)鏡頭數(shù)據(jù)應(yīng)自動(dòng)分別存放在相應(yīng)的文件夾里，檢查各個(gè)文件夾里的影像數(shù)量，各文件夾內(nèi)影像數(shù)量應(yīng)一致，如有多片或少片，應(yīng)及時(shí)檢查文件命名，刪除錯(cuò)誤像片，并確保整理后的像片與POS參數(shù)一一對(duì)應(yīng)。檢查像片的航向、旁向重疊度是否符合要求，對(duì)重疊度不達(dá)標(biāo)的區(qū)域，考慮進(jìn)行補(bǔ)攝。

2.2 影像數(shù)據(jù)的處理

本次航飛數(shù)據(jù)的處理采用Smart 3D Captuer軟件，支持廣泛多樣的影像采集設(shè)備，在 Context Captuer Master模塊中，新建工程，導(dǎo)入各種采集的數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行空中三角測(cè)量計(jì)算，可運(yùn)算生成基于真實(shí)的超高密度點(diǎn)云，生成地表模型、正射影像以及空間三維模型重建等成果。

為獲得最優(yōu)精度和最佳性能，Smart 3D軟件會(huì)將同一臺(tái)相機(jī)在同一焦距和影像尺寸拍攝的影像定義為一個(gè)影像組，導(dǎo)入的影像必須被分入一個(gè)或多個(gè)影像組。本次航攝影像按照拍攝的相機(jī)不同存放在不同子目錄下，該軟件可以自動(dòng)確定相關(guān)的影像組。通過(guò)參數(shù)設(shè)置及運(yùn)算處理，最后得出影像圖。

通過(guò)數(shù)據(jù)獲取和處理研究可以看出，傾斜攝影測(cè)量技術(shù)借助無(wú)人機(jī)等飛行平臺(tái)可以快速采集影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)接近真實(shí)的三維建模。通過(guò)對(duì)比可以看出，傳統(tǒng)正射影像圖只能獲得正面拍攝的影像圖，雖然結(jié)合DEM數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)“三維”顯示，但由于缺乏側(cè)面信息，顯示效果較差。而傾斜攝影測(cè)量所獲得的三維數(shù)據(jù)可以真實(shí)地反映地物的外觀、位置、高度等屬性，增強(qiáng)了三維數(shù)據(jù)所帶來(lái)的真實(shí)感，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)攝影測(cè)量的缺點(diǎn)；可以在滿(mǎn)足傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量的同時(shí)獲得更多的有用數(shù)據(jù)。目前發(fā)現(xiàn)的不足是：無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)雖然實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理，由于航向及旁向重疊率大，5個(gè)鏡頭同時(shí)拍攝，即使很小的區(qū)域覆蓋也需要很大的數(shù)據(jù)量，處理過(guò)程相當(dāng)耗時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)軟硬件均有較高的要求，是否能進(jìn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)算、提高數(shù)據(jù)處理效率，有待進(jìn)一步的探討研究。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要講述了傾斜攝影測(cè)量在實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)獲取與數(shù)據(jù)處理，將八旋翼無(wú)人機(jī)作為飛行平臺(tái)與傾斜攝影測(cè)量設(shè)備結(jié)合應(yīng)用。無(wú)人機(jī)具有便攜、快速、靈活等特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的使用價(jià)值，小型無(wú)人機(jī)的應(yīng)用促進(jìn)了傾斜攝影測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。傳統(tǒng)的遙感測(cè)量手段通常采用正射影像方法只能在垂直方向?qū)ㄖ敳窟M(jìn)行模型重建，而對(duì)側(cè)面的三維重建一直缺少有效的解決手段。傾斜攝影測(cè)量技術(shù)采用對(duì)視角進(jìn)行航拍，能夠獲取豐富的側(cè)面信息，有效地解決了這一難題，處理出的影像數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)化成DSM、DOM與DLG等不同數(shù)據(jù)格式，擴(kuò)大了其使用范圍，可滿(mǎn)足不同工程的需要。無(wú)人機(jī)搭載傾斜攝影設(shè)備進(jìn)行實(shí)際量測(cè)在實(shí)踐中得到的結(jié)果比較理想，相信隨著不斷的研究和技術(shù)的發(fā)展，以后會(huì)更加成熟，應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越廣。

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