采用无人机航拍技术进行大比例尺测图研究

曹春明

摘 要：无人机操作简单，具有极强的机动性，体积小而不需要申请空域，在云层下就可以实施航拍，风险性较小且拍摄分辨率高，被广泛应用城市规划、城市建设、城市管理等领域的大比例尺地图的测图之中。但由于无人机相较于大飞机而言在飞行稳定性和数据精确性上有很大差别，同时容易出现影像畸变，要进行正确的影像镶嵌。该文主要介绍了无人机航空影像处理技术流程和关键技术研究，主要包括影像畸变纠正、控制点布控、影像镶嵌和海量影像数据处理。

关键词：无人机 航拍技术 大比例尺 测图 影像畸变纠正

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）09（b）-0021-02

城市发展越来越智能化，城市的管理也更加趋向于精细化。城市规划、城市建设、城市的交通和管理等领域都需要大比例尺地图来支持。而传统航空摄影容易受到天气的限制，对于摄影时的环境要求较高，相对的成本投入大而手续繁杂，需要较长时间的航摄周期，在日益快速的城市发展过程中不能很好满足对高精度影像数据现实性的需求。无人航空摄影技术逐渐显示了在大比例尺测图中的优势，无人航空摄影技术的发展建立于无人机的成熟之上。

1 无人机航空影像处理技术流程

无人机航拍技术进行大比例尺测图主要是通过航空摄影后进行影像畸变纠正，从而提高影像的精度和效率。此后选择合适的航带进行影像金字塔的创建，并建立过程、相机和航带。同时应当从相对定向和绝对定向两方面进行影像的匹。此后在SSK软件中利用ISAT模块进行连接點的提取，并进行空三计算和分析。在进行检查修改之后就利用x轴和y轴进行正射校正处理，并利用数学高程模型在z轴上进行高程数据纠正。数据纠正完就可以进行影像的拼接，在拼接时需要修改镶嵌线，并将其隐藏。在进行图像装饰之后就可以将航拍摄影图输出。

2 无人机航拍关键技术

2.1 无人机影像畸变纠正技术

无人机在实际航空摄影测量中由于自重小易受风向影响，因而飞行较不稳定。此外在无人机上所搭载的相机并不是专业的测量相机，因而其影响数据与定位定向系统所获取的数据较大飞机而言较为模糊。在无人机航拍测量过程中不可避免存在着倾斜误差和投影误差，这都是受到搭载相机和地形影响而成的。相片的切斜造成像点的移位，从而造成倾斜误差。而地形起伏造成的像点移位，需要通过地面控制点数量的增加、纠正无人机影像畸变和提高影像镶嵌技术以及小像幅大数据两的数据处理。

2.2 光学成像畸变矫正技术

镜头设计的缺陷、制造过程中操作不当引起的缺陷以及加工安装过程中造成的误差容易造成薄棱镜畸变。此外若是CCD镜头形状有缺陷就会造成径向畸变，会造成较大的畸变误差。相较于薄棱镜畸变和由于几何中心不一致而导致的偏心畸变而言，径向畸变对于影像畸变的影响更大，会严重影响空三精度。通过计算和实验，不难发现镜头径向畸变较大，切向畸变较小。在图像中心区域内发生畸变的可能较小，而在图像的边缘区域内畸变较大。因此在实际使用无人机进行航空摄影时需要考虑到光学成像造成畸变的可能，并将其进行正确的矫正，避免出现较大的畸变。

2.3 均匀布点

无人机受风力的影响较大，飞行时不能保持未定，在飞行过程中所取得的POS数据精度不够高，这就需要通过增加地面控制点的数量来提高测区的成图精度。在进行无人机航拍时需要确保测量人员的人为误差较小，测量的温度适宜无人机的飞行，大气压环境也较为适合，这样才能通过已知的地面控制点采取实时动态定位系统（real time kine-matic，RTK）来进行控制点的加密工作。同时由于无人机飞行航带航向重叠高达80%，旁向重叠达到60%，其航带设置的要求远高于大飞机航拍测量的要求，因而在设计飞行航带时在依据小比例尺地图的基础上要将地面控制点符号制作精确，同时在布设时要均匀进行地面控制点的布设。相控点的布设必须均匀排数，在航向三片重叠和旁向重叠的中线可以在重叠范围内布设。在无特征的大面积区域内可以增加控制点，必须确保测区四周均匀布设，当出现误差较大的控制点时应当及时剔除。

2.4 影像镶嵌技术

无人机所搭载的相机并非专业的测量相机，无人机也无法达到较高的飞行高度，因而在投影时会产生较大的误差，影像与共线方程有出入。当无人机对地表高层建筑物进行航拍时不能真正射改正，尤其是边缘位置出现的影像误差更大，因而在使用无人机航拍技术进行大比例尺测图时应当进行影像镶嵌，从正射纠正后的影像中提取相应的影像信息。但是在大比例尺测图成像时要避免出现明显的影像间接缝，在自动生成之后再进行人工交互修改，从而确保镶嵌线太过暴露。同时，镶嵌线的选择和修改都应当采用线性特征的接边物，避免直接穿过大型建筑物、水区、沙漠、戈壁和森林等大面积范围，同时不应当将镶嵌线放置于影像的边缘，应当沿着道路或地面等实体的边缘进行镶嵌。当镶嵌结束后应当张整个测区的拼接线集合成一套数据，以便之后的编辑修改。由于受到各类环境的影响，影像间会有一定的色差，这就需要进行匀光匀色处理，必要时还需进行羽化处理，从而使影像的拼接自然过渡。

2.5 临界航带重复处理

无人机在进行航空摄影测量时会因为较高的重叠度而造成影响信息较大，加大了影像处理工作的难度。在影像自动空三阶段需要将所有影像信息都进行处理，按照分航带分块的方法提取DEM和正射纠正。对于临界航带要进行重复处理。为了确保影像的质量，应当将影像镶嵌工作在同一工程中处理。当区域较大时，可以人为分块具有一定重叠度的影像再进行镶嵌。当镶嵌工作完成后就可以进行输出。但由于相机像素较高，分辨率也高，因而最后的文件数据也大。然而镶嵌软件的性能决定了输出的文件不能大于4 GB影响，因而当进行输出时要进行必要的分块再进行输出。

3 结语

随着中国改革开放的逐步深入，经济建设迅猛发展，各地区的地貌发生巨大变迁。现有的航空遥感技术手段已无法适应经济发展，需要新的遥感技术为日益发展的经济建设和文化事业服务。以无人驾驶飞机为空中遥感平台的技术，正是适应这一需要而发展起来的一项新型应用性技术。使用无人机进行小区域遥感航拍技术，在实践中取得了明显成效和经验。以无人机为空中遥感平台的微型航空遥感技术，适应国家经济和文化建设发展的需求，为中小城市特别是城、镇、县、乡等地区经济和文化建设提供了有效的遥感技术服务手段。遥感航拍技术对我国经济的发展具有重要的促进作用。

参考文献

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