3无人机数据采集ppt课件
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无人机遥感数据采集
1
主要内容
2
1 无人机测图的优势
✓ 由于采用无人及远距离操作、适合于人无法达到的危险地区作业
大坝监测
滑坡与塌方调查
冰川与泥石流监测
雪崩
火山监测
地雷探测
3
1 无人机测图的优势
✓ 由于体积小、重量轻，一般不算做飞行器受限制小, 搬运方便
4
1 无人机测图的优势
✓ 由于飞行高度低, 能够 获取高分辨率数据
• 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。
• 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。
19
2.3 高重叠度的匹配更稳健
16
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：
– 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；
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 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。
22
2.5 低空无人机相机标定
• 二维平面法
23
2.5 低空无人机相机标定
•室外三维检校场
24
2.5 低空无人机相机标定
25
主要内容
26
3 无人机航摄计划
27
航测无人机规范
• 《无人机航摄安全作业基本要求》， 编号为CH/Z 3001－2010；
• 《无人机航摄系统技术要求》， 编号为CH/Z 3002－2010；
• 《低空数字航空摄影测量内业规范》， 编号为CH/Z 3003－2010；
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。
14
主要内容
15
2 无人机航飞对数据处理影响
• 大偏角给匹配带来困难 • 基高比小和大偏角对相对定向的影响 • 高重叠度的匹配更稳健 • 像点位移降低了像点量测精度 • 非专业相机的镜头畸变
航高H
9
1 无人机遥感的缺点
1.3 影像数量多 • 像幅小，像片多，影响处理效率，需要更多的控
制
• 举例：对6km2 方某地进行航拍， ① 无人机平台装载Cannon 450D相机、
全部相片数达1200张 ① 传统航测平台使用DMC相机
全部相片不超过300张
10
1 无人机遥感的缺点
1.4 抗风能力差, 稳定性差
数码相机
普通定焦型
普通单反型
可量测单反型
7
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。
8
1 无人机遥感的缺点
1.2 小像幅、小基高比
基线B
基线B
大像幅
小像幅
✓ 相机性能和无人机性能之间的平衡 ✓ 考虑到拍摄响应和实际像幅，不能飞得太低 ✓ 影响到摄影比例尺成图精度
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
点数来自百度文库
中误差 0.1
0.2
0.3
0.4
0.6
0.8
(pixel)
20
2.4 像点位移
• 飞行器的地面速度 • 相机曝光时间 • 焦距长度 c • 飞行器的飞行高度 • 像元大小
21
像点位移综合分析
– 相邻影像间的旋偏角大，难以进行灰度相关； – 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
17
基于尺度/旋转不变的全自动相对定向(无人机影像 – 影像旋偏角较大)
18
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。
✓ 在空中飞行, 视点高， 地面地物遮挡少, 便于 获取高质量的纹理信 息用于3D建模和小范 围测图作业
5
1 无人机遥感的缺点
• 装载非专业数码相机 • 小像幅、小基高比 • 影像数量多 • 抗风能力差, 稳定性差 • 重叠度高，偏角大 • 存在像点位移
6
1 无人机遥感的缺点
1.1 装载非专业数码相机
• • •
•
曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系
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；
• 由于体积小飞行中抗风能力差, 稳定性差, 载重量少
11
1 无人机遥感的缺点
1.5 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°
12
最低航速
w为无人机重量，
Vmin
w 2
s
c
s为机翼面积，
为空气密度，
为什么要低速？
c为该机型的最大升力系数。
– 安全性
– 像点位移
– = v ·t t为曝光时间
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1 无人机遥感的缺点
1.6 像点位移
摄影曝光时间误差带来像移将会带来空间分辨率的损失 • 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
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主要内容
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1 无人机测图的优势
✓ 由于采用无人及远距离操作、适合于人无法达到的危险地区作业
大坝监测
滑坡与塌方调查
冰川与泥石流监测
雪崩
火山监测
地雷探测
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1 无人机测图的优势
✓ 由于体积小、重量轻，一般不算做飞行器受限制小, 搬运方便
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1 无人机测图的优势
✓ 由于飞行高度低, 能够 获取高分辨率数据
• 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。
• 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。
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2.3 高重叠度的匹配更稳健
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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：
– 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；
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 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。
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2.5 低空无人机相机标定
• 二维平面法
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2.5 低空无人机相机标定
•室外三维检校场
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2.5 低空无人机相机标定
25
主要内容
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3 无人机航摄计划
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航测无人机规范
• 《无人机航摄安全作业基本要求》， 编号为CH/Z 3001－2010；
• 《无人机航摄系统技术要求》， 编号为CH/Z 3002－2010；
• 《低空数字航空摄影测量内业规范》， 编号为CH/Z 3003－2010；
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。
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主要内容
15
2 无人机航飞对数据处理影响
• 大偏角给匹配带来困难 • 基高比小和大偏角对相对定向的影响 • 高重叠度的匹配更稳健 • 像点位移降低了像点量测精度 • 非专业相机的镜头畸变
航高H
9
1 无人机遥感的缺点
1.3 影像数量多 • 像幅小，像片多，影响处理效率，需要更多的控
制
• 举例：对6km2 方某地进行航拍， ① 无人机平台装载Cannon 450D相机、
全部相片数达1200张 ① 传统航测平台使用DMC相机
全部相片不超过300张
10
1 无人机遥感的缺点
1.4 抗风能力差, 稳定性差
数码相机
普通定焦型
普通单反型
可量测单反型
7
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。
8
1 无人机遥感的缺点
1.2 小像幅、小基高比
基线B
基线B
大像幅
小像幅
✓ 相机性能和无人机性能之间的平衡 ✓ 考虑到拍摄响应和实际像幅，不能飞得太低 ✓ 影响到摄影比例尺成图精度
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
点数来自百度文库
中误差 0.1
0.2
0.3
0.4
0.6
0.8
(pixel)
20
2.4 像点位移
• 飞行器的地面速度 • 相机曝光时间 • 焦距长度 c • 飞行器的飞行高度 • 像元大小
21
像点位移综合分析
– 相邻影像间的旋偏角大，难以进行灰度相关； – 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
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基于尺度/旋转不变的全自动相对定向(无人机影像 – 影像旋偏角较大)
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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。
✓ 在空中飞行, 视点高， 地面地物遮挡少, 便于 获取高质量的纹理信 息用于3D建模和小范 围测图作业
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1 无人机遥感的缺点
• 装载非专业数码相机 • 小像幅、小基高比 • 影像数量多 • 抗风能力差, 稳定性差 • 重叠度高，偏角大 • 存在像点位移
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1 无人机遥感的缺点
1.1 装载非专业数码相机
• • •
•
曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系
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；
• 由于体积小飞行中抗风能力差, 稳定性差, 载重量少
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1 无人机遥感的缺点
1.5 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°
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最低航速
w为无人机重量，
Vmin
w 2
s
c
s为机翼面积，
为空气密度，
为什么要低速？
c为该机型的最大升力系数。
– 安全性
– 像点位移
– = v ·t t为曝光时间
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1 无人机遥感的缺点
1.6 像点位移
摄影曝光时间误差带来像移将会带来空间分辨率的损失 • 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