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(yīng)用城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市管理等領(lǐng)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(wěn)定性和數(shù)據(jù)精確性上有很大差別，同時容易出現(xiàn)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(shù)流程和關(guān)鍵技術(shù)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(shù)據(jù)處理。

關(guān)鍵詞：無人機 航拍技術(shù) 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(fā)展越來越智能化，城市的管理也更加趨向于精細化。城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市的交通和管理等領(lǐng)域都需要大比例尺地圖來支持。而傳統(tǒng)航空攝影容易受到天氣的限制，對于攝影時的環(huán)境要求較高，相對的成本投入大而手續(xù)繁雜，需要較長時間的航攝周期，在日益快速的城市發(fā)展過程中不能很好滿足對高精度影像數(shù)據(jù)現(xiàn)實性的需求。無人航空攝影技術(shù)逐漸顯示了在大比例尺測圖中的優(yōu)勢，無人航空攝影技術(shù)的發(fā)展建立于無人機的成熟之上。

1 無人機航空影像處理技術(shù)流程

無人機航拍技術(shù)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(chuàng)建，并建立過程、相機和航帶。同時應(yīng)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(shù)學高程模型在z軸上進行高程數(shù)據(jù)糾正。數(shù)據(jù)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(guān)鍵技術(shù)

2.1 無人機影像畸變糾正技術(shù)

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(wěn)定。此外在無人機上所搭載的相機并不是專業(yè)的測量相機，因而其影響數(shù)據(jù)與定位定向系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)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(shù)量的增加、糾正無人機影像畸變和提高影像鑲嵌技術(shù)以及小像幅大數(shù)據(jù)兩的數(shù)據(jù)處理。

2.2 光學成像畸變矯正技術(shù)

鏡頭設(shè)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(fā)現(xiàn)鏡頭徑向畸變較大，切向畸變較小。在圖像中心區(qū)域內(nèi)發(fā)生畸變的可能較小，而在圖像的邊緣區(qū)域內(nèi)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(xiàn)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(shù)據(jù)精度不夠高，這就需要通過增加地面控制點的數(shù)量來提高測區(qū)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(huán)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(tài)定位系統(tǒng)（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(shè)置的要求遠高于大飛機航拍測量的要求，因而在設(shè)計飛行航帶時在依據(jù)小比例尺地圖的基礎(chǔ)上要將地面控制點符號制作精確，同時在布設(shè)時要均勻進行地面控制點的布設(shè)。相控點的布設(shè)必須均勻排數(shù)，在航向三片重疊和旁向重疊的中線可以在重疊范圍內(nèi)布設(shè)。在無特征的大面積區(qū)域內(nèi)可以增加控制點，必須確保測區(qū)四周均勻布設(shè)，當出現(xiàn)誤差較大的控制點時應(yīng)當及時剔除。

2.4 影像鑲嵌技術(shù)

無人機所搭載的相機并非專業(yè)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(chǎn)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(xiàn)的影像誤差更大，因而在使用無人機航拍技術(shù)進行大比例尺測圖時應(yīng)當進行影像鑲嵌，從正射糾正后的影像中提取相應(yīng)的影像信息。但是在大比例尺測圖成像時要避免出現(xiàn)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(yīng)當采用線性特征的接邊物，避免直接穿過大型建筑物、水區(qū)、沙漠、戈壁和森林等大面積范圍，同時不應(yīng)當將鑲嵌線放置于影像的邊緣，應(yīng)當沿著道路或地面等實體的邊緣進行鑲嵌。當鑲嵌結(jié)束后應(yīng)當張整個測區(qū)的拼接線集合成一套數(shù)據(jù)，以便之后的編輯修改。由于受到各類環(huán)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(zhì)量，應(yīng)當將影像鑲嵌工作在同一工程中處理。當區(qū)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(shù)據(jù)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(jié)語

隨著中國改革開放的逐步深入，經(jīng)濟建設(shè)迅猛發(fā)展，各地區(qū)的地貌發(fā)生巨大變遷?，F(xiàn)有的航空遙感技術(shù)手段已無法適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展，需要新的遙感技術(shù)為日益發(fā)展的經(jīng)濟建設(shè)和文化事業(yè)服務(wù)。以無人駕駛飛機為空中遙感平臺的技術(shù)，正是適應(yīng)這一需要而發(fā)展起來的一項新型應(yīng)用性技術(shù)。使用無人機進行小區(qū)域遙感航拍技術(shù)，在實踐中取得了明顯成效和經(jīng)驗。以無人機為空中遙感平臺的微型航空遙感技術(shù)，適應(yīng)國家經(jīng)濟和文化建設(shè)發(fā)展的需求，為中小城市特別是城、鎮(zhèn)、縣、鄉(xiāng)等地區(qū)經(jīng)濟和文化建設(shè)提供了有效的遙感技術(shù)服務(wù)手段。遙感航拍技術(shù)對我國經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的促進作用。

參考文獻

[1] 呂立蕾.無人機航攝技術(shù)在大比例尺測圖中的應(yīng)用研究[J].測繪與空間地理信息，2016（2）：116-118，122.

[2] 廖偉.利用無人機航空相片進行大比例尺測圖的探討[J].城市地理，2016（2）：239.

[3] 劉玉潔，崔鐵軍，郭繼發(fā)，等.無人機航攝大比例尺測圖的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].天津師范大學學報：自然科學版，2014（2）：37-40，48.