無人機(jī)數(shù)碼遙感測(cè)繪系統(tǒng)集成及影像處理研究

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1、無人機(jī)數(shù)碼遙感測(cè)繪系統(tǒng)集成及影像處理研究【摘要】無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)在很多的行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在小區(qū)域成圖、地勢(shì)復(fù)雜地區(qū)成圖和測(cè)繪結(jié)果實(shí)時(shí)更新等方面。但與傳統(tǒng)的測(cè)量方式相比較，無人機(jī)低空航測(cè)也存在著許多問題。如穩(wěn)定性差、拍攝的影像像幅小、影像傾角過大等問題。本文圍繞無人機(jī)數(shù)碼遙感測(cè)繪系統(tǒng)影像的處理工作，做了幾個(gè)方面的研究。【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；遙感測(cè)繪；影像處理無人機(jī)與有人機(jī)相比，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是，極高的機(jī)動(dòng)性。由于無人機(jī)空間的局限性，無人機(jī)整體重量不重，在速度、范圍上有很大的提升空間；二是，極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。無人機(jī)不需要專門的起降

2、場(chǎng)，而且對(duì)氣象條件的要求也不高，從而使工作效率大大提升；三是，極好的經(jīng)濟(jì)性。飛機(jī)價(jià)格適當(dāng)，一般的公司都具備購(gòu)買能力。但是，有優(yōu)勢(shì)就有劣勢(shì)。航拍的質(zhì)量、重疊角度的誤差、漏拍等問題也一直存在。如何把無人機(jī)在航拍上的功能充分發(fā)揮出來并提高無人機(jī)數(shù)碼遙感測(cè)繪系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，是我們現(xiàn)在研究的重點(diǎn)。1系統(tǒng)集成7我國(guó)目前的無人機(jī)主要分為兩種：固定翼無人機(jī)和無人直升機(jī)。本文所進(jìn)行研究探討的無人機(jī)是固定翼飛機(jī)。平臺(tái)則是“雙發(fā)”型無人機(jī)飛行平臺(tái)，飛機(jī)的抗風(fēng)性能好，有效載荷大，能夠滿足輔助設(shè)備的安裝所占用的空間。微型無人機(jī)遙感系統(tǒng)由于受飛行平臺(tái)的制約，體積和重量較大的專業(yè)的

3、航空攝影機(jī)都不能采用，因此，我們一般采用的是數(shù)碼相機(jī)。在選用數(shù)碼相機(jī)的時(shí)候，我們主要關(guān)注一下幾點(diǎn)：一是，CCD分辨率與CCD器件尺寸。CCD器件上像素越多，分辨率就越高。二是，影像質(zhì)量。由于遙感應(yīng)用需要高質(zhì)量的數(shù)字影像，所以影像文件的存儲(chǔ)應(yīng)采用TIFF、RAW等無損的文件存儲(chǔ)格式。三是，感光度指標(biāo)。用于航拍的數(shù)碼相機(jī)應(yīng)該具有較寬的感光度范圍。四是，存儲(chǔ)介質(zhì)。應(yīng)采用可移動(dòng)儲(chǔ)存介質(zhì)較大的CF卡為主。除此之外，還有很多需要注意的問題，工作人員要具體問題具體分析。如圖1所示，微型無人機(jī)遙感系統(tǒng)組成。室內(nèi)作業(yè)和場(chǎng)外作業(yè)兩部分是微型航空遙感系統(tǒng)運(yùn)行的主要部分。室

4、內(nèi)作業(yè)設(shè)備主要是專業(yè)的圖像處理設(shè)備。而場(chǎng)外作業(yè)的目的主要是獲取高質(zhì)量的遙感影像。微型無人機(jī)航空遙感系統(tǒng)一般可以完成半徑150千米以內(nèi)的超視距自主遙感業(yè)務(wù)飛行。2飛行試驗(yàn)7在確定好無人機(jī)試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作后，針對(duì)不同的地形地貌，進(jìn)行多次的調(diào)試和試驗(yàn)。試驗(yàn)的主要目的是為了研究無人機(jī)遙感系統(tǒng)的成像能力，進(jìn)行了三次試驗(yàn)。第三次總結(jié)了前兩次的經(jīng)驗(yàn)，以在某地拍攝獲取的400張影像數(shù)據(jù)為例，飛行速度為80km/h，航高750m，航向重疊75%，旁向重疊為50%，設(shè)計(jì)航道7條，覆蓋面積為3500×2000m?，單片覆蓋約725×500m?并裝有穩(wěn)定平臺(tái)。按照一般的航空遙

5、感要求，拍攝時(shí)航向重疊率在53%到60%之間，旁向重疊率在15%到30%之間，因此，考慮到本次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題，我們將航向重疊率為75%，旁向重疊率為50%。而航跡因?yàn)樘鞖廨^好的緣故與預(yù)定航線偏差控制在1s內(nèi)。由于地區(qū)的局域性限制，在最后生成的影像中，除去非航道上拍攝的大約140張不能用之外，剩下的250多張的影像在我們的要求范圍內(nèi)。在無人機(jī)進(jìn)行切換航帶時(shí)，由于設(shè)計(jì)的飛行航線太短造成拍攝航帶時(shí)的航跡角偏差比較大。在后來的第三次飛行中安裝了穩(wěn)定平臺(tái)。在之前沒有安裝的時(shí)候角度偏差有的達(dá)到了8°，當(dāng)增加了穩(wěn)定平臺(tái)后，控制在5°以內(nèi)，使得影像在處理和拼接

6、有了改進(jìn)。至此，實(shí)驗(yàn)的目的達(dá)到。3無人機(jī)影像的獲取及處理3.1無人機(jī)影像的獲取7無人機(jī)的遙感系統(tǒng)主要由三個(gè)方面組成：空中控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)。在無人機(jī)影像采集時(shí)，具體的操作流程有以下四個(gè)步驟：一，進(jìn)行合理的航跡規(guī)劃，將規(guī)劃好的航線載入到控制系統(tǒng)；二，控制無人機(jī)按照航線飛行，進(jìn)行拍攝；三，將無人機(jī)拍攝的影像進(jìn)行存儲(chǔ)并將數(shù)據(jù)發(fā)回地面控制系統(tǒng)；四，在完成一系列的任務(wù)后，結(jié)束飛行與拍攝。3.2無人機(jī)影像的處理在獲取無人機(jī)拍攝的影像資料后，應(yīng)該先進(jìn)行檢查。檢查的步驟具體如下：第一步，確定每一張?jiān)极@得的影像數(shù)據(jù)都能夠正常打開并且各方面的數(shù)據(jù)都

7、是完整的、準(zhǔn)確的；第二步，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽查。主要檢查每張影像是否存在拍攝問題和拍攝中是否受到云或者霧等天氣狀況的影響；第三步，確定坐標(biāo)。拍攝地點(diǎn)的坐標(biāo)有時(shí)會(huì)與影像中的坐標(biāo)產(chǎn)生誤差，如果遇到這種情況應(yīng)該及時(shí)做好記錄，對(duì)其作出細(xì)致的檢查；第四步，對(duì)無人機(jī)的航向重疊度、旁向重疊度等方面進(jìn)行檢查。3.2.1影像的預(yù)處理無人機(jī)上搭載的成像設(shè)備是數(shù)碼相機(jī)。數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的內(nèi)方位元素和畸變差對(duì)相機(jī)的成像效果有著較大的影響。因此，在對(duì)影像處理前應(yīng)該先要對(duì)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行檢查，而且還要針對(duì)不同的型號(hào)的相機(jī)進(jìn)行不同的方法處理畸變差，從而使影像的質(zhì)量得到較大的提高。在一系列的檢查之

8、后，修正后的影像需要進(jìn)行均色處理，使影像在亮度、灰度、紋理等方面保持一致。73.2.2影像的匹配處理遙感影像