無人機(jī)空三處理及全景圖制作

無人機(jī)空三處理及全景圖制作第1頁/共45頁報告內(nèi)容無人機(jī)影像資料的特點(diǎn)1無人機(jī)快速全景圖生成2無人機(jī)空三處理3第2頁/共45頁6.基高比小、模型數(shù)目多、模型切換頻繁1.姿態(tài)穩(wěn)定性差5.像幅小、影像數(shù)量多4.影像畸變大2.排列不整齊3.旋偏角大缺點(diǎn)無人機(jī)小數(shù)碼的不足第3頁/共45頁無人機(jī)在飛行時由飛控系統(tǒng)自動控制或操控手遠(yuǎn)程遙控控制，由于自身質(zhì)量小，慣性小，受氣流影響大，俯仰角、側(cè)滾角和旋偏角較傳統(tǒng)航測來說變化快，而且幅度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)航測規(guī)范要求。無人機(jī)小數(shù)碼的不足1.姿態(tài)穩(wěn)定性差第4頁/共45頁受順風(fēng)、逆風(fēng)和側(cè)風(fēng)影像大，加上俯仰角和側(cè)滾角的影響，航帶的排列不整齊，主要表現(xiàn)在重疊度（包括航向和旁向重疊度）的變化幅度大，甚至可能出現(xiàn)漏拍的情況。2.排列不整齊無人機(jī)小數(shù)碼的不足第5頁/共45頁相對專業(yè)航攝儀來說，小數(shù)碼影像（普通單反拍攝的）畸變大，邊緣地方畸變可達(dá)40個像素以上。4.影像畸變大受側(cè)風(fēng)和不穩(wěn)定氣流影響，相鄰兩張影像一般容易出現(xiàn)旋偏角變化特別大（遠(yuǎn)超傳統(tǒng)航測規(guī)范要求）的情況。3.旋偏角大無人機(jī)小數(shù)碼的不足第6頁/共45頁舉例： Cannon450D，6km2,11cm；

全部相片數(shù)達(dá)1200張

DMC；全部相片不超過100張無人機(jī)小數(shù)碼的不足為了保證測區(qū)沒有漏拍，通常是通過提高航向和旁向重疊度的方法來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的，同時普通單反相機(jī)像幅相對專業(yè)數(shù)碼航攝儀來說，像幅小，在保證預(yù)定重疊度情況下，整個測區(qū)影像數(shù)量成倍數(shù)增多，導(dǎo)致后期要處理的工作量（如空三加密環(huán)節(jié)）同比例增多。5.像幅小、影像數(shù)量多第7頁/共45頁像幅小，重疊度大，就會導(dǎo)致模型基高比變小，進(jìn)而導(dǎo)致測圖時高程精度降低。同時影像數(shù)量多，會導(dǎo)致模型數(shù)量同比例變多，相對傳統(tǒng)航片來說，測同一幅圖，調(diào)用的模型數(shù)目多，模型之間來回切換頻繁。6.基高比小、模型數(shù)目多、模型切換頻繁無人機(jī)小數(shù)碼的不足第8頁/共45頁傳統(tǒng)解決方案的精度與效率空三加密自動化程度降低

影像的不規(guī)則排列、重疊度忽大忽小、旋偏角較大，這些因素導(dǎo)致如果按傳統(tǒng)方式進(jìn)行空三加密處理，在測區(qū)自動提點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)時，會出現(xiàn)很多失敗的情況，如模型連接失敗和航帶間轉(zhuǎn)點(diǎn)失敗，或者高重疊度的同名點(diǎn)變成低重疊度的同名點(diǎn)，同名點(diǎn)像平面坐標(biāo)精度低，整個測區(qū)連接強(qiáng)度低或者連接失敗，后面人工干預(yù)工作量特大。如果飛行質(zhì)量不好，并且地面紋理特征差，如高山區(qū)，提點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)幾乎不能自動化進(jìn)行。12精度低因?yàn)橛跋翊嬖谳^大畸變，加之模型基高比小，如果不做處理，如去畸變和選擇最佳交會角測圖，則空三加密成果差，三種產(chǎn)品成果精度低，特別是數(shù)字線劃圖（DLG）的高程精度低。第9頁/共45頁如何解決無人機(jī)數(shù)據(jù)處理精度與效率？航飛質(zhì)量檢查通過一些飛行控制軟件及一些航飛質(zhì)量檢查軟件控制航飛的質(zhì)量，條件容許的情況下甚至可以使用一些快速拼圖的工具預(yù)先生成快拼圖成果，檢查是否存在航線變形、航飛漏洞、影像模糊、影像曝光問題等影響后工序處理精度的問題，以保證下工序處理的精度。12提高處理速度及效率利用計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域及攝影測量領(lǐng)域的一些新算法、甚至利用計(jì)算機(jī)硬件的新特性提高無人機(jī)數(shù)據(jù)處理的速度及效率。第10頁/共45頁航飛影像檢查1、檢查POS參數(shù)是否與影像一一對應(yīng)；2、檢查俯仰、測滾、旋偏角是否超限；3、檢查航線是否正常；4、檢查是否有航攝漏洞；5、檢查影像曝光是否正常；6、檢查是否存在較大的像移模糊；7、檢查是否覆蓋需要空拍的區(qū)域；……第11頁/共45頁傳統(tǒng)檢查方法將影像沖印后一張張排列起來，看看是否存在上述問題，費(fèi)時費(fèi)力，不利于現(xiàn)場快速處理；第12頁/共45頁利用軟件自動生成全景圖檢查:ICE；Pixel4D；AGISOFT；…新的檢查方法第13頁/共45頁無人機(jī)快速全景圖制作第14頁/共45頁遠(yuǎn)景快拼軟件FlightMatrix第15頁/共45頁關(guān)鍵技術(shù)1、直接處理原始航片數(shù)據(jù)；2、充分利用計(jì)算機(jī)多核及GPU技術(shù)，做到快速成圖；3、對無人機(jī)航飛數(shù)據(jù)現(xiàn)場快速處理；4、快速檢查航攝漏洞及航攝質(zhì)量；技術(shù)優(yōu)勢1、直接使用POS參數(shù)拼接輸出；2、空三光束法POS輔助平差輸出；提供兩種模式第16頁/共45頁模式一直接利用POS，指定平均高程輸出全景圖；適用于平坦區(qū)域；第17頁/共45頁模式二

POS輔助空三模式；第18頁/共45頁航攝漏洞檢查；航飛質(zhì)量檢查；航攝結(jié)果快速檢查第19頁/共45頁套合至GoogleEarth檢查快速全景圖輸出；結(jié)果應(yīng)用；第20頁/共45頁套合至GoogleEarth檢查宜昌某測區(qū)GoogleEarth疊合圖：第21頁/共45頁套合至GoogleEarth檢查馬來西亞某測區(qū)GoogleEarth疊合圖：第22頁/共45頁套合至GoogleEarth檢查馬來西亞某測區(qū)GoogleEarth疊合圖：第23頁/共45頁嚴(yán)密光束法POS輔助空三第24頁/共45頁全自動空三需要解決的問題1、對控制點(diǎn)布設(shè)的要求；2、直接支持原始JPG格式；3、支持相機(jī)畸變處理；4、支持POS的輔助；5、全自動轉(zhuǎn)點(diǎn)；6、半自動添加控制點(diǎn)；7、平差解算，自動剔除粗差；8、快速輸出空三成果；第25頁/共45頁控制點(diǎn)布設(shè)基本原則：區(qū)域網(wǎng)的劃分應(yīng)根據(jù)成圖比例尺、地面分解率、測區(qū)地形特點(diǎn)、攝取的實(shí)際劃分、圖幅分布等情況全面考慮，根據(jù)具體情況選擇最優(yōu)方案。區(qū)域網(wǎng)的圖形宜呈矩形或方形；區(qū)域網(wǎng)大小和想空點(diǎn)之間的跨度以能滿足空三精度要求為原則，主要依據(jù)成圖精度、航攝資料的有關(guān)參數(shù)及對系統(tǒng)誤差的處理等多因素確定。第26頁/共45頁控制點(diǎn)布設(shè)第27頁/共45頁控制點(diǎn)布設(shè)一般情況下，滿足1:1000比例尺要求，如果平面中誤差要求在0.2m，大致估算其基線間隔為3--4個；我們通常采用平高點(diǎn)布設(shè)方式，高程點(diǎn)要求每航線布設(shè)，平面點(diǎn)在旁向上可以放寬到3-4個航線。第28頁/共45頁室內(nèi)高精度三維檢校場武漢大學(xué)遙感學(xué)院近景實(shí)驗(yàn)室檢校場武漢大學(xué)測繪學(xué)院實(shí)驗(yàn)室檢校場第29頁/共45頁室外檢校場1主點(diǎn)x0

2844.60282主點(diǎn)y01891.73843焦距發(fā)f3832.60134徑向畸變系數(shù)k10.0000000048759374525徑向畸變系數(shù)k2-0.0000000000000003246偏心畸變系數(shù)批p1-0.0000000049124696297偏心畸變系數(shù)批p2-0.0000001481667452848CCD非正方形比例系數(shù)α-0.0003760173889CCD非正交性畸變系數(shù)β-0.000137498753檢校參數(shù)

室外高精度三維檢校場普通單反數(shù)碼相機(jī)經(jīng)過高精度檢

校，使其成為可量測相機(jī)。

影像數(shù)據(jù)經(jīng)過畸變差糾正，可

滿足較高精度航測遙感任務(wù)的需要。第30頁/共45頁相機(jī)自動檢校利用平板液晶建立控制場自動檢校輸出相機(jī)檢校參數(shù)第31頁/共45頁檢校完整模型徑向畸變差改正完整模型公式切向畸變差的改正模型公式非方形像元改正參數(shù)及像素陣列的非正交改正參數(shù)公式第32頁/共45頁簡化的檢校模型徑向畸變差改正簡化模型公式切向畸變差的改正模型公式非方形像元改正參數(shù)及像素陣列的非正交改正參數(shù)公式第33頁/共45頁相機(jī)檢校參數(shù)的錄入像素為單位的檢校結(jié)果毫米為單位的檢校結(jié)果第34頁/共45頁自動根據(jù)POS劃分航線劃分依據(jù)：GPS坐標(biāo)；IMU參數(shù)；航偏角；航線曲率；重疊度；...第35頁/共45頁全自動轉(zhuǎn)點(diǎn)基于特征算子的數(shù)碼影像轉(zhuǎn)點(diǎn)

無人機(jī)拍攝的數(shù)碼像片，姿態(tài)很不穩(wěn)定，像片與像片之間轉(zhuǎn)角變化大，利用計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域近年來的成果，特別是具備投影不變的特性算子(如SIFT，STAR,SURF)，可以很好的建立影像之間的關(guān)聯(lián)。第36頁/共45頁自動匹配光束法平差在特征點(diǎn)提取的基礎(chǔ)上，對整個區(qū)域進(jìn)行平差計(jì)算，恢復(fù)攝影時刻的相對位置。第37頁/共45頁平差計(jì)算第38頁/共45頁成果輸出

基本原則：一般像點(diǎn)解算精度優(yōu)于一個像元，驗(yàn)后輸出報告中最大誤差在限差范圍內(nèi)，認(rèn)為空三成果可靠，可以輸出到下工序使用：第39頁/共45頁常見的無人機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件INPHOPIXELFACTORYDPGRIDPIXELGRID...DATMATRIX第40頁/共45頁空三加密航天遠(yuǎn)景無人機(jī)小數(shù)碼空三第41頁/共45頁空三加密

完全摒棄傳統(tǒng)航測提點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)流程，可不依賴POS信息實(shí)現(xiàn)全自動快速提點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)，匹配同影像旋偏角無關(guān)，克服了小數(shù)碼影像排列不規(guī)則、俯仰角、旋偏角等特別大的缺點(diǎn)。即使是超過80%區(qū)域?yàn)樗娓采w，程序依舊能匹配出高重疊度的同名像點(diǎn)，整個測區(qū)連接強(qiáng)度高。（下圖為水域面積為80%左右，同時影像拍攝角度相差90度，程序依舊能匹配出足夠的高精度連接點(diǎn)）。航天遠(yuǎn)景無人機(jī)小數(shù)碼空三第42頁/共45頁 直接支持?jǐn)?shù)碼相機(jī)輸出的JPG格式或TIF格式，無需格式轉(zhuǎn)換。

無需影像預(yù)旋轉(zhuǎn)，橫排、縱排都可實(shí)現(xiàn)自動轉(zhuǎn)點(diǎn)，節(jié)約數(shù)據(jù)準(zhǔn)備時間。

實(shí)現(xiàn)畸變改正參數(shù)化，方便用戶修正畸變改正參數(shù)，不需要事先對影像去畸變即可完成后續(xù)4D產(chǎn)品生產(chǎn)。

除無人機(jī)小數(shù)碼影像外，還適用于其