无人机空三处理及全景图制作

无人机空三处理无人机空三处理及快速全景图制作及快速全景图制作报 告 内 容无人机影像资料的特点无人机影像资料的特点1无人机快速全景图生成无人机快速全景图生成2无人机空三处理无人机空三处理36.基高比小、模型数目多、基高比小、模型数目多、模型切换频繁模型切换频繁1.姿态稳定性差姿态稳定性差5.像幅小、影像数量多像幅小、影像数量多4.影像畸变大影像畸变大2.排列不整齐排列不整齐3.旋偏角大旋偏角大缺点缺点无人机小数码的不足 无无人人机机在在飞飞行行时时由由飞飞控控系系统统自自动动控控制制或或操操控控手手远远程程遥遥控控控控制制，由由于于自自身身质质量量小小，惯惯性性小小，受受气气流流影影响响大大，俯俯仰仰角角、侧侧滚滚角角和和旋旋偏偏角角较较传传统统航航测测来来说说变变化化快快，而而且且幅度远超传统航测规范要求。幅度远超传统航测规范要求。无人机小数码的不足1.1.1.姿态稳定性差姿态稳定性差姿态稳定性差受受顺顺风风、逆逆风风和和侧侧风风影影像像大大，加加上上俯俯仰仰角角和和侧侧滚滚角角的的影影响响，航航带带的的排排列列不不整整齐齐，主主要要表表现现在在重重叠叠度度（包包括括航航向向和和旁旁向向重重叠叠度度）的的变变化化幅幅度度大大，甚甚至至可可能能出出现现漏漏拍拍的情况。的情况。2 2 2.排列不整齐排列不整齐排列不整齐无人机小数码的不足相对专业航摄仪来说，小数码影相对专业航摄仪来说，小数码影像（普通单反拍摄的）畸变大，像（普通单反拍摄的）畸变大，边缘地方畸变可达边缘地方畸变可达4040个像素以上。个像素以上。4.4.4.影像畸变大影像畸变大影像畸变大受侧风和不稳定气流影响，相受侧风和不稳定气流影响，相邻两张影像一般容易出现旋偏邻两张影像一般容易出现旋偏角变化特别大（远超传统航测角变化特别大（远超传统航测规范要求）的情况。规范要求）的情况。3.3.3.旋偏角大旋偏角大旋偏角大无人机小数码的不足举例：举例：Cannon 450D，6km2,11cm；全部相片数达全部相片数达1200张张DMC；全部相片不超过；全部相片不超过100张张无人机小数码的不足为了保证测区没有漏拍，通常是通过提高航向和旁向重叠度的方法来实现这一点的，为了保证测区没有漏拍，通常是通过提高航向和旁向重叠度的方法来实现这一点的，同时普通单反相机像幅相对专业数码航摄仪来说，像幅小，在保证预定重叠度情况同时普通单反相机像幅相对专业数码航摄仪来说，像幅小，在保证预定重叠度情况下，整个测区影像数量成倍数增多，导致后期要处理的工作量（如空三加密环节）下，整个测区影像数量成倍数增多，导致后期要处理的工作量（如空三加密环节）同比例增多。同比例增多。5.5.5.像幅小、影像数量多像幅小、影像数量多像幅小、影像数量多像像幅幅小小，重重叠叠度度大大，就就会会导导致致模模型型基基高高比比变变小小，进进而而导导致致测测图图时时高高程程精精度度降降低低。同同时时影影像像数数量量多多，会会导导致致模模型型数数量量同同比比例例变变多多，相相对对传传统统航航片片来来说说，测测同同一一幅幅图图，调调用用的的模模型型数数目目多多，模模型之间来回切换频繁型之间来回切换频繁。6.6.6.基基基高高高比比比小小小、模模模型型型数数数目目目多多多、模型切换频繁模型切换频繁模型切换频繁无人机小数码的不足传统解决方案的精度与效率 空三加密自动化程度降低空三加密自动化程度降低 影像的不规则排列、重叠度忽大忽小、旋偏角较大，这些因素导致如果按传统方式进行空三加密处理，在测区自动提点和转点时，会出现很多失败的情况，如模型连接失败和航带间转点失败，或者高重叠度的同名点变成低重叠度的同名点，同名点像平面坐标精度低，整个测区连接强度低或者连接失败，后面人工干预工作量特大。如果飞行质量不好，并且地面纹理特征差，如高山区，提点和转点几乎不能自动化进行。12精度低精度低 因为影像存在较大畸变，加之模型基高比小，如果不做处理，如去畸变和选择最佳交会角测图，则空三加密成果差，三种产品成果精度低，特别是数字线划图（DLG）的高程精度低。如何解决无人机数据处理精度与效率？航飞质量检查航飞质量检查 通过一些飞行控制软件及一些航飞质量检查软件控制航飞的质量，条件容许的情况下甚至可以使用一些快速拼图的工具预先生成快拼图成果，检查是否存在航线变形、航飞漏洞、影像模糊、影像曝光问题等影响后工序处理精度的问题，以保证下工序处理的精度。12提高处理速度及效率提高处理速度及效率 利用计算机视觉领域及摄影测量领域的一些新算法、甚至利用计算机硬件的新特性提高无人机数据处理的速度及效率。航飞影像检查1、检查POS参数是否与影像一一参数是否与影像一一对应；2、检查俯仰、俯仰、测滚、旋偏角是否超限；、旋偏角是否超限；3、检查航航线是否正常；是否正常；4、检查是否有航是否有航摄漏洞；漏洞；5、检查影像曝光是否正常；影像曝光是否正常；6、检查是否存在是否存在较大的像移模糊；大的像移模糊；7、检查是否覆盖需要空拍的区域；是否覆盖需要空拍的区域；传统检查方法将影像冲印后一张张排列将影像冲印后一张张排列起来，看看是否存在上述起来，看看是否存在上述问题，费时费力，不利于问题，费时费力，不利于现场快速处理；现场快速处理；利用软件自动生成全景图检查利用软件自动生成全景图检查:ICE；Pixel4D；AGISOFT；新的检查方法无人机快速全景图制作远景快拼软件FlightMatrix关 键 技 术1、直接处理原始航片数据；、直接处理原始航片数据；2、充分利用计算机多核及、充分利用计算机多核及GPU技术，技术，做到快速成图；做到快速成图；3、对无人机航飞数据现场快速处理；、对无人机航飞数据现场快速处理；4、快速检查航摄漏洞及航摄质量；、快速检查航摄漏洞及航摄质量；技技 术术 优优 势势1、直接使用、直接使用POS参数拼参数拼接输出；接输出；2、空三光束法、空三光束法POS辅助辅助平差输出；平差输出；提供两种模式提供两种模式 模 式 一 直接利用直接利用POS，指定，指定平均高程输出全景图；平均高程输出全景图；适用于平坦区域；适用于平坦区域；模 式 二 POS辅助空三模式；辅助空三模式；航摄漏洞检查；航摄漏洞检查；航飞质量检查；航飞质量检查；航摄结果快速检查套合至Google Earth检查快速全景图输出；快速全景图输出；结果应用；结果应用；套合至Google Earth检查宜昌某测区宜昌某测区Google Earth叠合图：叠合图：套合至Google Earth检查马来西亚某测区马来西亚某测区Google Earth叠合图：叠合图：套合至Google Earth检查马来西亚某测区马来西亚某测区Google Earth叠合图：叠合图：严密光束法POS辅助空三全自动空三需要解决的问题1、对控制点布控制点布设的要求；的要求；2、直接支持原始、直接支持原始JPG格式；格式；3、支持相机畸、支持相机畸变处理；理；4、支持、支持POS的的辅助；助；5、全自、全自动转点；点；6、半自、半自动添加控制点；添加控制点；7、平差解算，自、平差解算，自动剔除粗差；剔除粗差；8、快速、快速输出空三成果；出空三成果；控制点布设基本原基本原则：区域网的划分：区域网的划分应根据成根据成图比例尺、地面分比例尺、地面分解率、解率、测区地形特点、区地形特点、摄取的取的实际划分、划分、图幅分布等幅分布等情况全面考情况全面考虑，根据具体情况，根据具体情况选择最最优方案。区域网方案。区域网的的图形宜呈矩形或方形；区域网大小和想空点之形宜呈矩形或方形；区域网大小和想空点之间的的跨度以能跨度以能满足空三精度要求足空三精度要求为原原则，主要依据成，主要依据成图精精度、航度、航摄资料的有关参数及料的有关参数及对系系统误差的差的处理等多因理等多因素确定。素确定。控制点布设控制点布设一般情况下，一般情况下，满足足1:1000比例尺要求，如果平面中比例尺要求，如果平面中误差要求在差要求在0.2m，大致估算其基，大致估算其基线间隔隔为3-4个；我个；我们通常采用平高点布通常采用平高点布设方式，高程点要求每航方式，高程点要求每航线布布设，平面点在旁向上可以放平面点在旁向上可以放宽到到3-4个航个航线。室内高精度三维检校场武汉大学遥感学院近景实验室检校场武汉大学遥感学院近景实验室检校场武汉大学测绘学院实验室检校场武汉大学测绘学院实验室检校场室室 外外 检检 校校 场场1 1主点主点x x0 0 2844.60282844.60282 2主点主点y y0 01891.73841891.73843 3焦距发焦距发f f3832.60133832.60134 4径向畸变系数径向畸变系数k k1 10.0000000048759374520.0000000048759374525 5径向畸变系数径向畸变系数k k2 2-0.000000000000000324-0.0000000000000003246 6偏心畸变系数批偏心畸变系数批p p1 1-0.000000004912469629-0.0000000049124696297 7偏心畸变系数批偏心畸变系数批p p2 2-0.000000148166745284-0.0000001481667452848 8CCDCCD非正方形非正方形比例系数比例系数-0.000376017388-0.0003760173889 9CCDCCD非正交性非正交性畸变系数畸变系数-0.000137498753-0.000137498753检检校校参参数数 室外高精度三维检校场 普通普通单反数反数码相机相机经过高精度高精度检 校，使其成校，使其成为可量可量测相机。相机。影像数据影像数据经过畸畸变差差纠正，可正，可 满足足较高精度航高精度航测遥感任遥感任务的需要。的需要。相机自动检校利用平板液晶建立控制场利用平板液晶建立控制场自动检校输出相机检校参数自动检校输出相机检校参数检校完整模型径向畸变差改正完整模型公式径向畸变差改正完整模型公式切向畸变差的改正模型公式切向畸变差的改正模型公式非方形像元改正参数及像素阵列的非正交改正参数公式非方形像元改正参数及像素阵列的非正交改正参数公式简化的检校模型径向畸变差改正简化模型公式径向畸变差改正简化模型公式切向畸变差的改正模型公式切向畸变差的改正模型公式非方形像元改正参数及像素阵列的非正交改正参数公式非方形像元改正参数及像素阵列的非正交改正参数公式相机检校参数的录入像素为单位的检校结果毫米为单位的检校结果自动根据POS划分航线划分依据：划分依据：GPS坐坐标；IMU参数；参数；航偏角；航偏角；航航线曲率；曲率；重叠度；重叠度；.全自动转点基于特征算子的数码影像转点基于特征算子的数码影像转点 无人机拍摄的数码像片，姿态很不稳定，像片与像片之间转角变化大，利用计算机视觉领域近年来的成果，特别是具备投影不变的特性算子(如SIFT，STAR,SURF)，可以很好的建立影像之间的关联。自动匹配 光束法平差 在特征点提取的基础上，对整个区域进行平差计算，在特征点提取的基础上，对整个区域进行平差计算，恢复摄影时刻的相对位置。恢复摄影时刻的相对位置。平差计算成果输出 基本原则：一般像点解算精度优于一个像元，验后输基本原则：一般像点解算精度优于一个像元，验后输出报告中最大误差在限差范围内，认为空三成果可靠，可出报告中最大误差在限差范围内，认为空三成果可靠，可以输出到下工序使用：以输出到下工序使用：常见的无人机数据处理软件INPHOPIXELFACTORYDPGRIDPIXELGRID.DATMATRIX 空三加密空三加密航天远景无人机小数码空三 空三加密空三加密 完完全全摒摒弃弃传传统统航航测测提提点点和和转转点点流流程程，可可不不依依赖赖POS信信息息实实现现全全自自动动快快速速提提点点和和转转点点，匹匹配配同同影影像像旋旋偏偏角角无无关关，克克服服了了小小数数码码 影影像像排排列列不不规规则则、俯俯仰仰角角、旋旋偏偏角角等等特特别别大大的的缺缺点点。即即使使是是超超过过80%区区域域为为水水面面覆覆盖盖，程程序序依依旧旧能能匹匹配配出出高高重重叠叠度度的的同同名名像像点点，整整个个测区连接强度高。测区连接强度高。（下下图图为为水水域域面面积积为为80%左左右右，同同时时影影像像拍拍摄摄角角度度相相差差90度度，程程序序依依旧旧能能匹匹配出足够的高精度连接点）。配出足够的高精度连接点）。航天远景无人机小数码空三直接支持数码相机输出的直接支持数码相机输出的JPG格式或格式或TIF格式，无需格式转换。格式，无需格式转换。无需影像预旋转，横排、纵排都可实现自动转点，节约数据准备时间。无需影像预旋转，横排、纵排都可实现自动转点，节约数据准备时间。实现畸变改正参数化，方便用户修正畸变改正参数，不需要事先对影像去畸变即实现畸变改正参数化，方便用户修正畸变改正参数，不需要事先对影像去畸变即可完成后续可完成后续4D产品生产。产品生产。除无人机小数码影像外，还适用于其它航空影像。除无人机小数码影像外，还适用于其它航空影像。针对不同数据源及不同地形自动选用不同匹配模式，操作更简单。针对不同数据源及不同地形自动选用不同匹配模式，操作更简单。专门针对中国测绘科学研究院二维检校场和武汉大学遥感学院近景实验室三维检专门针对中国测绘科学研究院二维检校场和武汉大学遥感学院近景实验室三维检校场检校报告格式研发了傻瓜式批处理影像畸变差改正工具，格式对应，检校参校场检校报告格式研发了傻瓜式批处理影像畸变差改正工具，格式对应，检校参数直接填入，无需转换，方便空三成果导入到其他航测软件进行后续处理。数直接填入，无需转换，方便空三成果导入到其他航测软件进行后续处理。空三加密空三加密航天远景无人机小数码空三