無人機(jī)影像處理

無人機(jī)影像處理演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有72頁\編輯于星期六（優(yōu)選）無人機(jī)影像處理現(xiàn)在是2頁\一共有72頁\編輯于星期六一、概述1.1為什么無人機(jī)攝影測(cè)量(UAV)1.2無人機(jī)攝影測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)與劣勢(shì)1.3無人機(jī)攝影測(cè)量的新起點(diǎn)現(xiàn)在是3頁\一共有72頁\編輯于星期六1.1為什么UAV-1需求驅(qū)動(dòng)作為城市精細(xì)三維數(shù)據(jù)獲取的主要來源之一,大比例尺、高分辨率的遙感影像需求日趨顯著?，F(xiàn)有的衛(wèi)星遙感和航空遙感技術(shù)雖然能夠獲取大面積的地理信息,但因衛(wèi)星受回歸周期、高度等因素影響,遙感數(shù)據(jù)分辨率和時(shí)相難以保證;載人飛機(jī)受空域管制和氣候等因素的影響較大,缺乏機(jī)動(dòng)快速的能力,同時(shí)使用成本也比較高,因此在滿足精細(xì)城市三維信息獲取的要求方面存在一定不足現(xiàn)在是4頁\一共有72頁\編輯于星期六1.1為什么UAV-2技術(shù)驅(qū)動(dòng)UAV(UnmannedAirVehicle,無人駕駛航空飛行器)遙感平臺(tái)的出現(xiàn)為這種應(yīng)急需求提供了一種新的技術(shù)途徑。UAV無人駕駛,由地面遙控站通過無線電通信控制飛機(jī)的起飛、到達(dá)指定空域、實(shí)行遙感操作、以及返回遙控站降落等操作。它可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)區(qū)域目標(biāo)圖像實(shí)時(shí)獲取、空中偵察與目標(biāo)搜索、環(huán)境監(jiān)測(cè)、海區(qū)巡視、救援指揮、大氣參數(shù)測(cè)量、有毒污染地區(qū)空中監(jiān)測(cè)等多種載人機(jī)無法完成或不易完成的任務(wù)現(xiàn)在是5頁\一共有72頁\編輯于星期六1.2無人機(jī)攝影測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)與劣勢(shì)優(yōu)勢(shì)具有機(jī)動(dòng)性、靈活性和安全性分辨率高多角度性能優(yōu)異低成本劣勢(shì)像幅小基高比小姿態(tài)不穩(wěn)定非專業(yè)相機(jī)現(xiàn)在是6頁\一共有72頁\編輯于星期六1.2.1具有機(jī)動(dòng)性、靈活性和安全性無人飛行器的機(jī)動(dòng)性、靈活性使得它不要求專用起降場(chǎng)地，升空準(zhǔn)備時(shí)間短、操作控制較容易、運(yùn)行成本低，城市的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、廣場(chǎng)等都可以作為起降場(chǎng)地，特別適合在建筑物密集的城市地區(qū)和地形復(fù)雜地區(qū)及國(guó)內(nèi)南部丘陵、多云地區(qū)應(yīng)用。它的安全性使得它能夠在對(duì)人生命有害的危險(xiǎn)和惡劣環(huán)境下(如森林火災(zāi)、火山、有毒液體等)直接獲取影像，即便是設(shè)備出現(xiàn)故障，發(fā)生墜機(jī)也無人身傷害?，F(xiàn)在是7頁\一共有72頁\編輯于星期六1.2.2分辨率高多角度 無人飛行器攜帶的高精度數(shù)碼成像設(shè)備具備垂直或傾斜攝影的技術(shù)能力，不但能豎直拍攝獲取平面影像，還能低空多角度攝影獲取建筑物多面高分辨率紋理影像，這點(diǎn)彌補(bǔ)了衛(wèi)星遙感和普通航空攝影獲取城市建筑物時(shí)遇到的高層建筑遮擋問題。所獲取影像的空間分辨率能達(dá)到分米級(jí)，系統(tǒng)獲取的高分辨率數(shù)碼影像可用于高精度數(shù)字地面模型的建立和三維立體景觀圖的制作?，F(xiàn)在是8頁\一共有72頁\編輯于星期六1.2.3性能優(yōu)異無人飛行器可按預(yù)定飛行航線自主飛行、拍攝，飛行高度從50米到1000米，高度控制精度達(dá)到10米。陰云天氣下的低空飛行也可獲取光學(xué)影像，并且影像的逼真度超過雷達(dá)影像。不受高度限制，不受山區(qū)低云的影響?，F(xiàn)在是9頁\一共有72頁\編輯于星期六1.2.4低成本 UAV系統(tǒng)及傳感器成本與其它遙感系統(tǒng)無法相比，一般的單位和個(gè)人都有能力負(fù)擔(dān)。影像數(shù)據(jù)后處理的設(shè)備要求不高、成本費(fèi)用低，高檔微機(jī)就可以作為主要設(shè)備，不需要像傳統(tǒng)航攝像片需配置高精度掃描儀和數(shù)字化處理設(shè)備?，F(xiàn)在是10頁\一共有72頁\編輯于星期六1.2.5劣勢(shì)像幅小、基高比小 相同的重疊度情況下，需要跟多的控制點(diǎn)姿態(tài)不穩(wěn)定

旋偏角、俯仰、滾動(dòng)，甚至導(dǎo)致連接有問題非專業(yè)相機(jī)

光敏度、像點(diǎn)位移、存在鏡頭畸變、其它未知的系統(tǒng)誤差現(xiàn)在是11頁\一共有72頁\編輯于星期六1.3新起點(diǎn)

抗震救災(zāi)(1)現(xiàn)在是12頁\一共有72頁\編輯于星期六1.3新起點(diǎn)抗震救災(zāi)(2)現(xiàn)在是13頁\一共有72頁\編輯于星期六2.1相機(jī)2.2重疊度與相機(jī)姿態(tài)角2.3小像幅、小基高比2.4分辨率與像點(diǎn)位移2.5曝光間隔與地面分辨率、地面速度關(guān)系二、無人機(jī)影像特點(diǎn)和影響因素分析

現(xiàn)在是14頁\一共有72頁\編輯于星期六數(shù)碼相機(jī)普通定焦型普通單反型可量測(cè)單反型2.1非專業(yè)數(shù)碼相機(jī)現(xiàn)在是15頁\一共有72頁\編輯于星期六枕形變形桶裝變形無變形2.1鏡頭畸變切向變形徑向變形中間小，邊緣大，可達(dá)20-40像素現(xiàn)在是16頁\一共有72頁\編輯于星期六畸變后果使物點(diǎn)、投影中心、像點(diǎn)三點(diǎn)不再共線影像形狀發(fā)生非透視畸變同名光線不再相交空間后交精度降低重建物體的幾何模型變形現(xiàn)在是17頁\一共有72頁\編輯于星期六鏡頭畸變公式

x0，y0為像主點(diǎn)x，y為像素坐標(biāo)系坐標(biāo)現(xiàn)在是18頁\一共有72頁\編輯于星期六2.2重疊度與相機(jī)姿態(tài)角傳統(tǒng)攝影測(cè)量航向重疊60%旁向重疊30%姿態(tài)角<3°無人機(jī)攝影測(cè)量航向重疊70-85%旁向重疊35-55%姿態(tài)角可達(dá)10°以上現(xiàn)在是19頁\一共有72頁\編輯于星期六姿態(tài)不穩(wěn)定，需要新的初始值計(jì)算方法姿態(tài)不穩(wěn)定，基于灰度的相關(guān)系數(shù)匹配失效重疊度增大，增加觀測(cè)值個(gè)數(shù)，增加解算穩(wěn)定和可靠性現(xiàn)在是20頁\一共有72頁\編輯于星期六2.3

小像幅、小基高比航高H基線B基線B大像幅小像幅現(xiàn)在是21頁\一共有72頁\編輯于星期六由于單幅影像覆蓋面積小，正射影像圖接縫工作量變大，像對(duì)模型變多，增加了模型切換和模型接邊工作量基高比變小，使得空中三角形不穩(wěn)定，降低解算穩(wěn)定性現(xiàn)在是22頁\一共有72頁\編輯于星期六2.4分辨率與像點(diǎn)位移影像地面分辨率影像因素相機(jī)本身CCD(CMOS)大?。╟cd_size）像素分辨率相機(jī)鏡頭焦距(c)航高(H)像點(diǎn)位移使圖像模糊影響有效分辨率現(xiàn)在是23頁\一共有72頁\編輯于星期六像點(diǎn)位移公式(1).飛行器的地面速度(2).相機(jī)曝光時(shí)間(3).焦距長(zhǎng)度c(4).飛行器的飛行高度(5).像元大小現(xiàn)在是24頁\一共有72頁\編輯于星期六曝光間隔與地面分辨率、地面速度關(guān)系2.5曝光間隔與地面分辨率、地面速度關(guān)系現(xiàn)在是25頁\一共有72頁\編輯于星期六由方程（1）容易看出當(dāng)GSD一定時(shí)，相機(jī)的曝光間隔與裝載它的飛行器的地面飛行速度成反比關(guān)系t: 曝光時(shí)間間隔GSD:地面分辨率Vg: 飛行器的地面飛行速度P:航向重疊度npix: 航向方向的像元個(gè)數(shù)它們的關(guān)系可以由下面方程表示現(xiàn)在是26頁\一共有72頁\編輯于星期六7.綜合分析

通過分析可以看出當(dāng)?shù)孛娣直媛室欢?，飛行速度與曝光時(shí)間成反比?？梢钥闯鲲w行速度與影像的運(yùn)動(dòng)成正比。 因此可以知道飛行速度太快，像點(diǎn)位移會(huì)超出限定范圍，這就會(huì)使得影像模糊，影響地面分辨率。但同時(shí)如果飛行速度太低，曝光間隔長(zhǎng)了，這就會(huì)影響作業(yè)效率。 由于影像存儲(chǔ)速度的影像，曝光間隔至少要大于2sec，所以對(duì)于一定分辨率的影像，飛行器的飛行速度也不能太快。 飛行時(shí)既要顧及作業(yè)效率也要考慮獲取的影像質(zhì)量，所以要在曝光間隔與搭載平臺(tái)的飛行速度間找到一個(gè)最佳的值?，F(xiàn)在是27頁\一共有72頁\編輯于星期六四、待需解決的問題1.變焦距引起的在相機(jī)內(nèi)定向和檢校方面的問題 由于焦距長(zhǎng)度可變，所以每次變換焦距長(zhǎng)度都需要從新進(jìn)行相機(jī)檢校即使機(jī)械固定了焦距使其不變，在飛行高度增加時(shí)由于大氣壓的變化，焦距的長(zhǎng)度仍然會(huì)發(fā)生變化2.像點(diǎn)位移帶來的問題

高于5CM，需要FMC（向前運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償）3.輻射校定方面的問題

輻射校正方面主要的還是沒有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)算法進(jìn)行獲取的影像格式的轉(zhuǎn)換（從BayerfilterorFoveonsensortoRGB）4.由于單幅影像覆蓋面積小，正射影像圖接縫工作量變大，像對(duì)模型變多，增加了模型切換和模型接邊工作量

現(xiàn)在是28頁\一共有72頁\編輯于星期六處理技術(shù)三、無人機(jī)影像處理技術(shù)與方法現(xiàn)在是29頁\一共有72頁\編輯于星期六3.1相機(jī)標(biāo)定由于數(shù)碼相機(jī)的焦距可變，這樣在不同的航空條件下內(nèi)定向就會(huì)發(fā)生改變，因此可進(jìn)行以下4個(gè)水平層次上進(jìn)行幾何校正（1）在實(shí)驗(yàn)室二維或三維試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行幾何校正（2）在一個(gè)檢校區(qū)域進(jìn)行飛行幾何校正（3）為了適應(yīng)特定的區(qū)域環(huán)境，在飛行任務(wù)時(shí)同時(shí)進(jìn)行檢校（4）根據(jù)長(zhǎng)期來檢校的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定檢校的時(shí)間周期現(xiàn)在是30頁\一共有72頁\編輯于星期六標(biāo)定方法二維平面法現(xiàn)在是31頁\一共有72頁\編輯于星期六iWitness模板現(xiàn)在是32頁\一共有72頁\編輯于星期六武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院標(biāo)定場(chǎng)室內(nèi)三維檢校場(chǎng)現(xiàn)在是33頁\一共有72頁\編輯于星期六由測(cè)繪遙感國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)基金和重點(diǎn)開放基金支持的測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)遠(yuǎn)建設(shè)項(xiàng)目”高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)定標(biāo)與綜合試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)”第一期航空定標(biāo)與綜合試驗(yàn)場(chǎng)已初步建成,并投入使用。航空定標(biāo)與綜合試驗(yàn)場(chǎng)位于河南登封市,面積近100平方公里,區(qū)域內(nèi)有農(nóng)田、道路、村鎮(zhèn)、河流、樹林等，典型的丘陵地形，交通便利，植被多樣。217個(gè)高精度控制點(diǎn)分三級(jí)均勻分布在整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)，可滿足不同分辨率航空傳感器的檢校與性能測(cè)試需要。各種可移動(dòng)的標(biāo)志物可用于傳感器的分辨率測(cè)試和幅射校正工作。

目前已獲取了ADS40的不同GSD的影像，后續(xù)處理工作正在進(jìn)行中。預(yù)計(jì)在年前完成DMC，LIDAR，TOPDC等航空傳感器的航空攝影?，F(xiàn)在是34頁\一共有72頁\編輯于星期六室外三維檢校場(chǎng)現(xiàn)在是35頁\一共有72頁\編輯于星期六三維檢校場(chǎng)方法三維控制場(chǎng)需要有一定的深度利用空間后方交會(huì)標(biāo)志點(diǎn)的關(guān)系長(zhǎng)期穩(wěn)定、不變標(biāo)志點(diǎn)利用經(jīng)緯儀精確測(cè)量現(xiàn)在是36頁\一共有72頁\編輯于星期六3.2航帶生成根據(jù)kappa角的變化劃分航帶，自動(dòng)去掉航帶之間轉(zhuǎn)向部分影像，自動(dòng)生成航帶現(xiàn)在是37頁\一共有72頁\編輯于星期六3.3基于特征的匹配

基于特征匹配通常分為點(diǎn)、線、面的特征匹配。一般來說特征匹配分為三步：---特征提取---利用一組參數(shù)對(duì)特征進(jìn)行描述---利用參數(shù)進(jìn)行特征匹配現(xiàn)在是38頁\一共有72頁\編輯于星期六3.4錯(cuò)誤匹配過濾1）基于一對(duì)一約束的粗差剔除2）基于尺度約束和角度約束的粗差剔除3）基于幾何約束的錯(cuò)誤匹配過濾4）RANSAC魯棒估計(jì)現(xiàn)在是39頁\一共有72頁\編輯于星期六3.5光束法空中三角測(cè)量

光束法空中三角測(cè)量以共線方程為基礎(chǔ)（即攝影時(shí)地面點(diǎn)，攝站點(diǎn)，像點(diǎn)共線為條件），以一幅影像所組成的一束光線作為平差的基本單元，通過各個(gè)光線束在空間的旋轉(zhuǎn)和平移，使模型之間的公共點(diǎn)的光線實(shí)現(xiàn)最佳交會(huì)。在具有多余觀測(cè)的情況下，在保證[pvv]最小的意義下解求待求參數(shù)?，F(xiàn)在是40頁\一共有72頁\編輯于星期六3.6DEM生成常用的主要生成方法：1)移動(dòng)曲面擬合法2)多面函數(shù)法DEM內(nèi)插3)有限元法DEM內(nèi)插現(xiàn)在是41頁\一共有72頁\編輯于星期六3.7正射影像生成與鑲嵌

根據(jù)有關(guān)的參數(shù)與數(shù)字地面模型，利用相應(yīng)的構(gòu)像方程式，或按一定的數(shù)學(xué)模型用控制點(diǎn)解算，從原始的非正射投影的數(shù)字影像獲取正射影像，其實(shí)就是將影像化為很多微小的區(qū)域逐一進(jìn)行糾正（變換或映射）。然后將區(qū)域所有正射影像鑲嵌成整個(gè)區(qū)域的正射影像?，F(xiàn)在是42頁\一共有72頁\編輯于星期六3.8立體像對(duì)生成立體相對(duì)生成主要是用于立體測(cè)圖儀（JX4C，VirtuoZo等等）進(jìn)行立體觀測(cè)。利用兩幅相互重疊的影像構(gòu)成立體相對(duì)。現(xiàn)在是43頁\一共有72頁\編輯于星期六4.天工無人機(jī)攝影測(cè)量處理軟件現(xiàn)有處理軟件模式4.1系統(tǒng)概述4.2系統(tǒng)功能4.3系統(tǒng)特色4.4系統(tǒng)流程4.5效率測(cè)試4.6實(shí)例現(xiàn)在是44頁\一共有72頁\編輯于星期六現(xiàn)有處理軟件模式傳統(tǒng)攝影測(cè)量軟件流程成熟作業(yè)效率低快速拼接，生成一張全景影像無精度，不可量測(cè)專用無人機(jī)攝影測(cè)量軟件效率高有待大量生產(chǎn)檢驗(yàn)現(xiàn)在是45頁\一共有72頁\編輯于星期六4.1系統(tǒng)概述針對(duì)無人飛機(jī)像幅小、姿態(tài)不穩(wěn)定、重疊度大、非專業(yè)相機(jī)等特點(diǎn)，開發(fā)了一套無人機(jī)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)處理系統(tǒng)GodWork現(xiàn)在是46頁\一共有72頁\編輯于星期六4.2系統(tǒng)功能無人機(jī)影像數(shù)據(jù)相機(jī)標(biāo)定參數(shù)影像POS數(shù)據(jù)DP-UAV全自動(dòng)處理系統(tǒng)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)帶顏色三維點(diǎn)云DEM正射影像現(xiàn)在是47頁\一共有72頁\編輯于星期六4.3系統(tǒng)特色采用特征匹配，適用于大偏角影像、大高差地區(qū)空三和DEM生成一體化，所有點(diǎn)參與光束法平差每片像點(diǎn)5千~2萬個(gè)，空三結(jié)果直接生成DEM較傳統(tǒng)空三增加了上百倍的觀測(cè)值，系統(tǒng)具備更強(qiáng)的粗差檢測(cè)能力自標(biāo)定，不需要嚴(yán)格相機(jī)參數(shù)處理自動(dòng)化程度高支持多核CPU現(xiàn)在是48頁\一共有72頁\編輯于星期六4.4系統(tǒng)流程特征匹配每張影像提取特征點(diǎn)，相鄰影像進(jìn)行匹配初始構(gòu)網(wǎng)每張影像提取特征點(diǎn)，相鄰影像進(jìn)行匹配帶附加參數(shù)的光束法平差把所有匹配點(diǎn)納入平差過程DEM和正射影像生成現(xiàn)在是49頁\一共有72頁\編輯于星期六4.5效率測(cè)試采用不同地面類型無人機(jī)影像數(shù)據(jù)20套，每套數(shù)據(jù)像片數(shù)150~800張不等，航高500~800米，佳能400D相機(jī)，焦距24mm，像片大小3888x2592像素運(yùn)行環(huán)境，Intel4核CPU主頻2.33GHz、內(nèi)存3G運(yùn)行模式全自動(dòng)批處理平均處理速度每分鐘2-3片成果密集點(diǎn)云（每片5,000~20,000像點(diǎn)）DEM正射影像（采用GeoDoging進(jìn)行勻光和鑲嵌）現(xiàn)在是50頁\一共有72頁\編輯于星期六4.6實(shí)例(左)彩色的點(diǎn)云(中)DEM(右)正射影像新疆某地區(qū)338張像片，耗時(shí)147分鐘，自動(dòng)生成136萬物方點(diǎn)，DEM和正射影像現(xiàn)在是51頁\一共有72頁\編輯于星期六三維瀏覽現(xiàn)在是52頁\一共有72頁\編輯于星期六GeoDoging勻光鑲嵌的結(jié)果現(xiàn)在是53頁\一共有72頁\編輯于星期六5.低空影像數(shù)據(jù)處理實(shí)例拍攝范圍布設(shè)控制點(diǎn)航線設(shè)計(jì)影像數(shù)據(jù)相機(jī)檢校參數(shù)現(xiàn)在是54頁\一共有72頁\編輯于星期六飛行區(qū)域大小---6×4平方公里獲取方式：無人飛機(jī)，航高500米使用相機(jī)：canon450D獲取時(shí)間：某日上午；天氣狀況：晴朗獲取的影像：共1338張，15航帶現(xiàn)在是55頁\一共有72頁\編輯于星期六5.1Google影像圖現(xiàn)在是56頁\一共有72頁\編輯于星期六5.2

1:10000的地形圖現(xiàn)在是57頁\一共有72頁\編輯于星期六相機(jī)檢校參數(shù)（像素坐標(biāo)原點(diǎn):影像左上角）主點(diǎn)x02111.1586主點(diǎn)y01446.3661焦距f4675.8297徑向畸變系數(shù)k10.000000005103349760徑向畸變系數(shù)k2-0.000000000000000217偏心畸變系數(shù)p10.000000028772388976偏心畸變系數(shù)p2-0.000000022685532581CCD非正方形比例系數(shù)α-0.000202395822CCD非正交性畸變系數(shù)β0.000054488146

現(xiàn)在是58頁\一共有72頁\編輯于星期六.鏡頭畸變模型x0，y0為像主點(diǎn)x，y為像素坐標(biāo)系坐標(biāo)現(xiàn)在是59頁\一共有72頁\編輯于星期六控制點(diǎn)實(shí)際布設(shè)情況---布設(shè)個(gè)數(shù)（40