无人机数据处理
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连接点度数 像片边界 逐步优化 图像增强
3.1 无人机的选择
❖ 飞行速度
飞行速度越慢，像点位移越小
❖ 飞行平稳度
飞机平稳，保证重叠度
❖ 续航时间
续航时间长短，直接影响作业效率
❖ 有效荷载
可装载的相机类型（+镜头）
❖ 易操作性 ❖ 维修保养
3.2 相机方面
❖ 相机关键参数
光圈、快门、CCD尺寸、芯片处理速度、镜头质量
3. 如何获得良好的空三成果
❖ 3.1 无人机的选择
❖ 3.2 相机方面
❖ 3.3 飞行设计
❖ 3.4 控制点布设
❖ 3.5 空三处理
❖ 影像重叠度 ❖ 相机标定与飞行的时间差 ❖ 相机设置 (光圈优先 快门优先 测光全手动) ❖ 飞行速度 ❖ 地面分辨率 ❖ 地面控制点分布 均匀分布、水边、测区边角 ❖ 控制点布设方式 ❖ 焦距与基高比 ❖ 解算技巧
2 无人机航飞对空三影响
❖2.1 大偏角给匹配带来困难 ❖2.2 基高比小和大偏角对相对定向的影响 ❖2.3 高重叠度的匹配更稳健 ❖2.4 像点位移降低了像点量测精度 ❖2.5 非专业相机的镜头畸变
2.1 大偏角给匹配带来困难
❖ 由于无人机姿态不稳定的特性，决定了相邻影像间很可能 存在较大的旋偏角和上下错动，无法使用传统的灰度影像 匹配算法获取同名点，具体在以下三个方面：
1.1 非专业数码相机
普通定焦型
普通单反型
数码相机
可量测单反型
佳能5D Mark II 相机
❖ 无人机装载的非专业相机存 在镜头畸变系统误差。如下 图所示的佳能5D Mark II 相 机和其参数。
相机型号
佳能5D Mark II
像片大小(pixel)
5616*3744
焦距(mm)
24.0
像主点x0
2.2 对相对定向的影响
❖ 基高比小：由于无人机获取的影像重叠度大，摄影时的基 线短，而基线越短，所成的交会角就会小，极大程度的影 响了测图的高程精度，如果仍然按传统方法用相邻影像构 成立体相对，高程精度就很难得到保证。一般处理办法是 通过隔片构成立体相对，通过增加基线长度和增大前方交 会角的方式，提高测图的高程精度。
非正交性畸变(1e-5) -1.7928397
1.2 小像幅、小基高比
基线B
基线B
大像幅
小像幅
航高H
1.3 影像数量多
❖ 举例对6km2 方某地进行航拍：
❖ 无人机平台装载Cannon 450D相机
❖
全部相片数达1200张
❖ 传统航测平台使用DMC相机
❖
全部相片不超过300张
1.4 重叠度高、偏角大
❖ 航向重叠度能达到 70-85%，旁向重叠 35-55%，但受相机 姿态的影响，所拍摄 影像间的预设重叠度 无法得到严格保证
❖ 相邻影像间很可能存 在较大的旋角和上下 错动，最大旋转角可 能达到 20°
1.5 像点位移
• 摄影相机安装在无人机的移动平台上，在相机曝光时间内飞行器的 运动产生的像点位移会造成影像模糊。对于大型专业宽幅量测数码 航空相机会通过时间延迟与向前运动补偿来消除像点位移影响。但 对于无人机搭载的中幅甚至小幅的非量测相机，这些像点位移是没 法得到补偿的。
❖ 1. 像间的左右重叠度和上下重叠度变化大，加上低空遥感 影像摄影比例尺大，造成表面不连续地物（如高楼）在影 像上的投影差大，因而无法确定匹配的搜索范围；
❖ 2. 相邻影像间的旋偏角大，难以进行灰度相关； ❖ 3.飞行器的飞行高度、侧滚角和俯仰角变化大，从而导致
影像间的比例尺差异大，降低了灰度相关的成功率和可靠 性
2805.2330
像主点y0
1909.9680
焦距f
3805.0257
径向畸变系数k1(1e-9) 7.8963158668
径向畸变系数k2(1e- -5.29 16)
偏心畸变系数p1(1e-8) 7.8087790670
偏心畸变系数p2(1e-8) -6.1462701818
非正方形比例(1e-6) -2.498976
无人机影像处理(2012版)
主要内容
❖ 1. 无人机影像特点 ❖ 2. 无人机影像对空三的影响 ❖ 3. 如何获得良好的空三成果 ❖ 4. GodWork简介 ❖ 5. 无人机数据处理实例 ❖ 6. DSM匹配与滤波
1 无人机航飞特点
❖1.1 装载非专业数码相机 ❖1.2 小像幅、小基高比 ❖1.3 影像数量多 ❖1.4 重叠度高，偏角大 ❖1.5 存在像点位移
❖ 大偏角：当无人机在几百米高空飞行时，由于其自身的质 量较轻、气流影响较大，使其在空中的姿态很不稳定，导 致获取的影像存在较大的畸变差，并且相邻影像的亮度、 对比度的差距也较大，降低了同名点匹配的数量和精度， 而影像的相对定向的精度与匹配特征点的数量和精度密切 相关。
2.3 高重叠度的匹பைடு நூலகம்更稳健
❖ 影像的重叠度越大(也即基线越短)，相邻影像间的差异越小， 自动匹配越容易，匹配点越多，相对定向的精度也非常好。
❖ 随着影像重叠度的减小(也即基线变长)，影像间的差异变大， 由姿态引起的影像间的差异比较明显，造成匹配的同名点 数不断减少，相对定向精度逐渐降低，在重叠度低于65％ 时(大于60％)，匹配困难。
像点位移综合分析
❖ 相同曝光时间下飞行器运动速度越 大,像点位移量越大,影像模糊程度 越高；
❖ 相同飞行器运动速度下曝光时间越 长,像点位移量越大,影像模糊程度 越高；
❖ 减少曝光时间会相应地减少进光量， 这样同样影响影像的拍摄质量；降 低飞行速度，顾虑到影像基高比就 要相应地增加曝光时间间隔，这样 就会影响作业效率；
航向重叠 89.1
86.3
80.1
75.3
70.0
65.1
度(%)
自动匹配 940
770
645
510
440
348
点数
中误差 0.1
0.2
0.3
0.4
0.6
0.8
(pixel)
2.3 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
❖ 飞行时既要考虑到像点位移也要考
虑作业效率和影像获取的质量，所
曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系
以需要在曝光时间间隔与飞行器的 飞行速度间找到一个最佳值。
2.5 镜头畸变
❖ 从左图中的我们直接看出可以看出边缘像片点的镜头畸 变值较中间大，而右图给出了镜头畸变大小与点离像主 点距离的模拟的函数关系。
3.1 无人机的选择
❖ 飞行速度
飞行速度越慢，像点位移越小
❖ 飞行平稳度
飞机平稳，保证重叠度
❖ 续航时间
续航时间长短，直接影响作业效率
❖ 有效荷载
可装载的相机类型（+镜头）
❖ 易操作性 ❖ 维修保养
3.2 相机方面
❖ 相机关键参数
光圈、快门、CCD尺寸、芯片处理速度、镜头质量
3. 如何获得良好的空三成果
❖ 3.1 无人机的选择
❖ 3.2 相机方面
❖ 3.3 飞行设计
❖ 3.4 控制点布设
❖ 3.5 空三处理
❖ 影像重叠度 ❖ 相机标定与飞行的时间差 ❖ 相机设置 (光圈优先 快门优先 测光全手动) ❖ 飞行速度 ❖ 地面分辨率 ❖ 地面控制点分布 均匀分布、水边、测区边角 ❖ 控制点布设方式 ❖ 焦距与基高比 ❖ 解算技巧
2 无人机航飞对空三影响
❖2.1 大偏角给匹配带来困难 ❖2.2 基高比小和大偏角对相对定向的影响 ❖2.3 高重叠度的匹配更稳健 ❖2.4 像点位移降低了像点量测精度 ❖2.5 非专业相机的镜头畸变
2.1 大偏角给匹配带来困难
❖ 由于无人机姿态不稳定的特性，决定了相邻影像间很可能 存在较大的旋偏角和上下错动，无法使用传统的灰度影像 匹配算法获取同名点，具体在以下三个方面：
1.1 非专业数码相机
普通定焦型
普通单反型
数码相机
可量测单反型
佳能5D Mark II 相机
❖ 无人机装载的非专业相机存 在镜头畸变系统误差。如下 图所示的佳能5D Mark II 相 机和其参数。
相机型号
佳能5D Mark II
像片大小(pixel)
5616*3744
焦距(mm)
24.0
像主点x0
2.2 对相对定向的影响
❖ 基高比小：由于无人机获取的影像重叠度大，摄影时的基 线短，而基线越短，所成的交会角就会小，极大程度的影 响了测图的高程精度，如果仍然按传统方法用相邻影像构 成立体相对，高程精度就很难得到保证。一般处理办法是 通过隔片构成立体相对，通过增加基线长度和增大前方交 会角的方式，提高测图的高程精度。
非正交性畸变(1e-5) -1.7928397
1.2 小像幅、小基高比
基线B
基线B
大像幅
小像幅
航高H
1.3 影像数量多
❖ 举例对6km2 方某地进行航拍：
❖ 无人机平台装载Cannon 450D相机
❖
全部相片数达1200张
❖ 传统航测平台使用DMC相机
❖
全部相片不超过300张
1.4 重叠度高、偏角大
❖ 航向重叠度能达到 70-85%，旁向重叠 35-55%，但受相机 姿态的影响，所拍摄 影像间的预设重叠度 无法得到严格保证
❖ 相邻影像间很可能存 在较大的旋角和上下 错动，最大旋转角可 能达到 20°
1.5 像点位移
• 摄影相机安装在无人机的移动平台上，在相机曝光时间内飞行器的 运动产生的像点位移会造成影像模糊。对于大型专业宽幅量测数码 航空相机会通过时间延迟与向前运动补偿来消除像点位移影响。但 对于无人机搭载的中幅甚至小幅的非量测相机，这些像点位移是没 法得到补偿的。
❖ 1. 像间的左右重叠度和上下重叠度变化大，加上低空遥感 影像摄影比例尺大，造成表面不连续地物（如高楼）在影 像上的投影差大，因而无法确定匹配的搜索范围；
❖ 2. 相邻影像间的旋偏角大，难以进行灰度相关； ❖ 3.飞行器的飞行高度、侧滚角和俯仰角变化大，从而导致
影像间的比例尺差异大，降低了灰度相关的成功率和可靠 性
2805.2330
像主点y0
1909.9680
焦距f
3805.0257
径向畸变系数k1(1e-9) 7.8963158668
径向畸变系数k2(1e- -5.29 16)
偏心畸变系数p1(1e-8) 7.8087790670
偏心畸变系数p2(1e-8) -6.1462701818
非正方形比例(1e-6) -2.498976
无人机影像处理(2012版)
主要内容
❖ 1. 无人机影像特点 ❖ 2. 无人机影像对空三的影响 ❖ 3. 如何获得良好的空三成果 ❖ 4. GodWork简介 ❖ 5. 无人机数据处理实例 ❖ 6. DSM匹配与滤波
1 无人机航飞特点
❖1.1 装载非专业数码相机 ❖1.2 小像幅、小基高比 ❖1.3 影像数量多 ❖1.4 重叠度高，偏角大 ❖1.5 存在像点位移
❖ 大偏角：当无人机在几百米高空飞行时，由于其自身的质 量较轻、气流影响较大，使其在空中的姿态很不稳定，导 致获取的影像存在较大的畸变差，并且相邻影像的亮度、 对比度的差距也较大，降低了同名点匹配的数量和精度， 而影像的相对定向的精度与匹配特征点的数量和精度密切 相关。
2.3 高重叠度的匹பைடு நூலகம்更稳健
❖ 影像的重叠度越大(也即基线越短)，相邻影像间的差异越小， 自动匹配越容易，匹配点越多，相对定向的精度也非常好。
❖ 随着影像重叠度的减小(也即基线变长)，影像间的差异变大， 由姿态引起的影像间的差异比较明显，造成匹配的同名点 数不断减少，相对定向精度逐渐降低，在重叠度低于65％ 时(大于60％)，匹配困难。
像点位移综合分析
❖ 相同曝光时间下飞行器运动速度越 大,像点位移量越大,影像模糊程度 越高；
❖ 相同飞行器运动速度下曝光时间越 长,像点位移量越大,影像模糊程度 越高；
❖ 减少曝光时间会相应地减少进光量， 这样同样影响影像的拍摄质量；降 低飞行速度，顾虑到影像基高比就 要相应地增加曝光时间间隔，这样 就会影响作业效率；
航向重叠 89.1
86.3
80.1
75.3
70.0
65.1
度(%)
自动匹配 940
770
645
510
440
348
点数
中误差 0.1
0.2
0.3
0.4
0.6
0.8
(pixel)
2.3 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
❖ 飞行时既要考虑到像点位移也要考
虑作业效率和影像获取的质量，所
曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系
以需要在曝光时间间隔与飞行器的 飞行速度间找到一个最佳值。
2.5 镜头畸变
❖ 从左图中的我们直接看出可以看出边缘像片点的镜头畸 变值较中间大，而右图给出了镜头畸变大小与点离像主 点距离的模拟的函数关系。