无人机影像处理课件.ppt
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1、无人机影像处理无人机影像处理一、概述一、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1.1为什么UAV-2技术驱动UAV(UnmannedAirVehicle,无人驾驶航空
2、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1.2无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
3、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。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。1.2.
4、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。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。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
5、1.3新起点抗震救灾(1)1.3新起点抗震救灾(2)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、地面速度关系二、二、无人机影像特点和影响因素分析无人机影像特点和影响因素分析普通定焦型普通定焦型普通单反型普通单反型可量测单反型可量测单反型2.1非专业数码相机枕形变形桶装变形无变形2.1镜头畸变切向变形径向变形中间小,边缘大,可达20-40像素畸变后果畸变后果使物点、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镜头畸变公式镜头畸变公式x0,y0为像主点x,y为像素坐标系坐标2.2
6、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2.3小像幅、小基高比航高H基线B基线B大像幅小像幅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)像点位移像点位移
7、 使图像模糊影响有效分辨率使图像模糊影响有效分辨率像点位移公式(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).像元大小曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系2.5曝光间隔与地面分辨率、地面速度关系由方程(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它们的关系可以由下面方程表示它们的关系可以由下面方程表示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
8、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。飞行时既要顾及作业效率也要考虑获取的影像质量,所以要在曝光间隔与搭载平台的飞行速度间找到一个最佳的值。四、待需解决的问题四、待需解决的问题1.变焦距引起的在相机内定向和检校方面的问题由于焦距长度可变,所以每次变换焦距长度都需要从新进行相机检校即使机械固定了焦距使其不变,在飞行高度增加时由于大气压的变化,焦距的长度仍然会发生变化2.像点位移带来的问题高于5
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