无人机影像处理ppt课件
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2.1 相机 2.2 重叠度与相机姿态角 2.3 小像幅、小基高比 2.4 分辨率与像点位移 2.5 曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系
13
2.1非专业数码相机
普通定焦型
数码相机
普通单反型
可量测单反型
14
2.1 镜头畸变
中间小，边缘大，可达20-40像素
无变形
桶装变形 枕形变形 径向变形
切向变形
y ( y y0 )(k1r2 k2r4 ) p2 r2 2( y y0 )2 2 p1(x x0 )( y y0 )
r (x x0 )2 ( y y0 )2
x0，y0为像主点 x，y为像素坐标系坐标
17
2.2 重叠度与相机姿态角
• 传统摄影测量
– 航向重叠60% – 旁向重叠30% – 姿态角< 3°
7
1.2.3 性能优异
无人飞行器可按预定飞行航线自主飞行、拍 摄，飞行高度从50米到1000米，高度控制 精度达到10米。阴云天气下的低空飞行也 可获取光学影像，并且影像的逼真度超过 雷达影像。不受高度限制，不受山区低云 的影响。
8
1.2.4 低成本
UAV系统及传感器成本与其它遥感系统 无法相比，一般的单位和个人都有能力负 担。影像数据后处理的设备要求不高、成 本费用低，高档微机就可以作为主要设备， 不需要像传统航摄像片需配置高精度扫描 仪和数字化处理设备。
无人机影像处理 -自动空三、DEM正摄影像生成
1
一、概述
1.1 为什么无人机摄影测量(UAV) 1.2 无人机摄影测量优势与劣势 1.3 无人机摄影测量的新起点
2
1.1 为什么UAV-1
• 需求驱动
作为城市精细三维数据获取的主要来源之一,大比 例尺、高分辨率的遥感影像需求日趋显著。现有 的卫星遥感和航空遥感技术虽然能够获取大面积 的地理信息,但因卫星受回归周期、高度等因素影 响,遥感数据分辨率和时相难以保证;载人飞机受空 域管制和气候等因素的影响较大,缺乏机动快速的 能力,同时使用成本也比较高,因此在满足精细城市 三维信息获取的要求方面存在一定不足
像点位移 使图像模糊影响有效分辨率
22
像点位移公式
• (1).飞行器的地面速度 • (2).相机曝光时间 • (3).焦距长度 c • (4).飞行器的飞行高度 • (5).像元大小
23
2.5 曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系
曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系
24
它们的关系可以由下面方程表示
3
1.1 为什么UAV-2
• 技术驱动
UAV(Unmanned Air Vehicle ,无人驾驶航空飞行器) 遥感平台的出现为这种应急需求提供了一种新的 技术途径。UAV 无人驾驶,由地面遥控站通过无线 电通信控制飞机的起飞、到达指定空域、实行遥 感操作、以及返回遥控站降落等操作。它可实现 危险区域目标图像实时获取、空中侦察与目标搜 索、环境监测、海区巡视、救援指挥、大气参数 测量、有毒污染地区空中监测等多种载人机无法 完成或不易完成的任务
4
1.2 来自百度文库人机摄影测量优势与劣势
• 优势
➢ 具有机动性、灵活性和安全性 ➢ 分辨率高 多角度 ➢ 性能优异 ➢ 低成本
• 劣势
➢ 像幅小 ➢ 基高比小 ➢ 姿态不稳定 ➢ 非专业相机
5
1.2.1 具有机动性、灵活性和安全性
无人飞行器的机动性、灵活性使得它不要求专用 起降场地，升空准备时间短、操作控制较容易、 运行成本低，城市的运动场、广场等都可以作为 起降场地，特别适合在建筑物密集的城市地区和 地形复杂地区及国内南部丘陵、多云地区应用。 它的安全性使得它能够在对人生命有害的危险和 恶劣环境下(如森林火灾、火山、有毒液体等)直 接获取影像，即便是设备出现故障，发生坠机也 无人身伤害。
• 由方程（1）容易看出当GSD一定时，相机的曝光间隔与 装载它的飞行器的地面飞行速度成反比关系
t: 曝光时间间隔 GSD: 地面分辨率 Vg: 飞行器的地面飞行速度 P: 航向重叠度 npix: 航向方向的像元个数
25
7.综合分析
通过分析可以看出当地面分辨率一定，飞行速度与曝光 时间成反比。可以看出飞行速度与影像的运动成正比。 因此可以知道飞行速度太快，像点位移会超出限定范围， 这就会使得影像模糊，影响地面分辨率。但同时如果飞行 速度太低，曝光间隔长了，这就会影响作业效率。 由于影像存储速度的影像，曝光间隔至少要大于2sec，所 以对于一定分辨率的影像，飞行器的飞行速度也不能太快。
15
畸变后果
• 使物点、投影中心、像点三点不再共线 • 影像形状发生非透视畸变 •
– 同名光线不再相交 – 空间后交精度降低 – 重建物体的几何模型变形
16
镜头畸变公式
x (x x0)(k1r2 k2r4) p1 r2 2(x x0)2 2p2(x x0)(y y0) (x x0) (y y0)
• 由于单幅影像覆盖面积小，正射影像图接 缝工作量变大，像对模型变多，增加了模 型切换和模型接边工作量
• 基高比变小，使得空中三角形不稳定，降 低解算稳定性
21
2.4 分辨率与像点位移
• 影像地面分辨率影像因素
– 相机本身CCD(CMOS)大小（ccd_size） – 像素分辨率 – 相机镜头焦距(c) – 航高(H)
9
1.2.5 劣势
• 像幅小、基高比小
相同的重叠度情况下，需要跟多的控制点
• 姿态不稳定
旋偏角、俯仰、滚动，甚至导致连接有问题
• 非专业相机
光敏度、像点位移、存在镜头畸变、其它未知的系统 误差
10
1.3 新起点 抗震救灾(1)
11
1.3 新起点 抗震救灾(2)
12
二、无人机影像特点和影响因素分析
6
1.2.2 分辨率高 多角度
无人飞行器携带的高精度数码成像设备具备垂 直或倾斜摄影的技术能力，不但能竖直拍摄获取 平面影像，还能低空多角度摄影获取建筑物多面 高分辨率纹理影像，这点弥补了卫星遥感和普通 航空摄影获取城市建筑物时遇到的高层建筑遮挡 问题。所获取影像的空间分辨率能达到分米级， 系统获取的高分辨率数码影像可用于高精度数字 地面模型的建立和三维立体景观图的制作。
• 无人机摄影测量
– 航向重叠70-85% – 旁向重叠35-55% – 姿态角可达10 °以上
18
• 姿态不稳定，需要新的初始值计算方法 • 姿态不稳定，基于灰度的相关系数匹配失
效 • 重叠度增大，增加观测值个数，增加解算
稳定和可靠性
19
2.3 小像幅、小基高比
基线B
基线B
大像幅
小像幅
航高H
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13
2.1非专业数码相机
普通定焦型
数码相机
普通单反型
可量测单反型
14
2.1 镜头畸变
中间小，边缘大，可达20-40像素
无变形
桶装变形 枕形变形 径向变形
切向变形
y ( y y0 )(k1r2 k2r4 ) p2 r2 2( y y0 )2 2 p1(x x0 )( y y0 )
r (x x0 )2 ( y y0 )2
x0，y0为像主点 x，y为像素坐标系坐标
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2.2 重叠度与相机姿态角
• 传统摄影测量
– 航向重叠60% – 旁向重叠30% – 姿态角< 3°
7
1.2.3 性能优异
无人飞行器可按预定飞行航线自主飞行、拍 摄，飞行高度从50米到1000米，高度控制 精度达到10米。阴云天气下的低空飞行也 可获取光学影像，并且影像的逼真度超过 雷达影像。不受高度限制，不受山区低云 的影响。
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1.2.4 低成本
UAV系统及传感器成本与其它遥感系统 无法相比，一般的单位和个人都有能力负 担。影像数据后处理的设备要求不高、成 本费用低，高档微机就可以作为主要设备， 不需要像传统航摄像片需配置高精度扫描 仪和数字化处理设备。
无人机影像处理 -自动空三、DEM正摄影像生成
1
一、概述
1.1 为什么无人机摄影测量(UAV) 1.2 无人机摄影测量优势与劣势 1.3 无人机摄影测量的新起点
2
1.1 为什么UAV-1
• 需求驱动
作为城市精细三维数据获取的主要来源之一,大比 例尺、高分辨率的遥感影像需求日趋显著。现有 的卫星遥感和航空遥感技术虽然能够获取大面积 的地理信息,但因卫星受回归周期、高度等因素影 响,遥感数据分辨率和时相难以保证;载人飞机受空 域管制和气候等因素的影响较大,缺乏机动快速的 能力,同时使用成本也比较高,因此在满足精细城市 三维信息获取的要求方面存在一定不足
像点位移 使图像模糊影响有效分辨率
22
像点位移公式
• (1).飞行器的地面速度 • (2).相机曝光时间 • (3).焦距长度 c • (4).飞行器的飞行高度 • (5).像元大小
23
2.5 曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系
曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系
24
它们的关系可以由下面方程表示
3
1.1 为什么UAV-2
• 技术驱动
UAV(Unmanned Air Vehicle ,无人驾驶航空飞行器) 遥感平台的出现为这种应急需求提供了一种新的 技术途径。UAV 无人驾驶,由地面遥控站通过无线 电通信控制飞机的起飞、到达指定空域、实行遥 感操作、以及返回遥控站降落等操作。它可实现 危险区域目标图像实时获取、空中侦察与目标搜 索、环境监测、海区巡视、救援指挥、大气参数 测量、有毒污染地区空中监测等多种载人机无法 完成或不易完成的任务
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1.2 来自百度文库人机摄影测量优势与劣势
• 优势
➢ 具有机动性、灵活性和安全性 ➢ 分辨率高 多角度 ➢ 性能优异 ➢ 低成本
• 劣势
➢ 像幅小 ➢ 基高比小 ➢ 姿态不稳定 ➢ 非专业相机
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1.2.1 具有机动性、灵活性和安全性
无人飞行器的机动性、灵活性使得它不要求专用 起降场地，升空准备时间短、操作控制较容易、 运行成本低，城市的运动场、广场等都可以作为 起降场地，特别适合在建筑物密集的城市地区和 地形复杂地区及国内南部丘陵、多云地区应用。 它的安全性使得它能够在对人生命有害的危险和 恶劣环境下(如森林火灾、火山、有毒液体等)直 接获取影像，即便是设备出现故障，发生坠机也 无人身伤害。
• 由方程（1）容易看出当GSD一定时，相机的曝光间隔与 装载它的飞行器的地面飞行速度成反比关系
t: 曝光时间间隔 GSD: 地面分辨率 Vg: 飞行器的地面飞行速度 P: 航向重叠度 npix: 航向方向的像元个数
25
7.综合分析
通过分析可以看出当地面分辨率一定，飞行速度与曝光 时间成反比。可以看出飞行速度与影像的运动成正比。 因此可以知道飞行速度太快，像点位移会超出限定范围， 这就会使得影像模糊，影响地面分辨率。但同时如果飞行 速度太低，曝光间隔长了，这就会影响作业效率。 由于影像存储速度的影像，曝光间隔至少要大于2sec，所 以对于一定分辨率的影像，飞行器的飞行速度也不能太快。
15
畸变后果
• 使物点、投影中心、像点三点不再共线 • 影像形状发生非透视畸变 •
– 同名光线不再相交 – 空间后交精度降低 – 重建物体的几何模型变形
16
镜头畸变公式
x (x x0)(k1r2 k2r4) p1 r2 2(x x0)2 2p2(x x0)(y y0) (x x0) (y y0)
• 由于单幅影像覆盖面积小，正射影像图接 缝工作量变大，像对模型变多，增加了模 型切换和模型接边工作量
• 基高比变小，使得空中三角形不稳定，降 低解算稳定性
21
2.4 分辨率与像点位移
• 影像地面分辨率影像因素
– 相机本身CCD(CMOS)大小（ccd_size） – 像素分辨率 – 相机镜头焦距(c) – 航高(H)
9
1.2.5 劣势
• 像幅小、基高比小
相同的重叠度情况下，需要跟多的控制点
• 姿态不稳定
旋偏角、俯仰、滚动，甚至导致连接有问题
• 非专业相机
光敏度、像点位移、存在镜头畸变、其它未知的系统 误差
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1.3 新起点 抗震救灾(1)
11
1.3 新起点 抗震救灾(2)
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二、无人机影像特点和影响因素分析
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1.2.2 分辨率高 多角度
无人飞行器携带的高精度数码成像设备具备垂 直或倾斜摄影的技术能力，不但能竖直拍摄获取 平面影像，还能低空多角度摄影获取建筑物多面 高分辨率纹理影像，这点弥补了卫星遥感和普通 航空摄影获取城市建筑物时遇到的高层建筑遮挡 问题。所获取影像的空间分辨率能达到分米级， 系统获取的高分辨率数码影像可用于高精度数字 地面模型的建立和三维立体景观图的制作。
• 无人机摄影测量
– 航向重叠70-85% – 旁向重叠35-55% – 姿态角可达10 °以上
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• 姿态不稳定，需要新的初始值计算方法 • 姿态不稳定，基于灰度的相关系数匹配失
效 • 重叠度增大，增加观测值个数，增加解算
稳定和可靠性
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2.3 小像幅、小基高比
基线B
基线B
大像幅
小像幅
航高H
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