无人机航拍数据及图像处理方法研究

无人机航拍数据及图像处理方法研究

王佳奇1王启鹏2

1.黑龙江信息技术职业学院黑龙江哈尔滨150025；2.中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司黑龙江省哈尔滨市150078

摘要：随着社会不断发展和进步，无人机遥感航拍技术凭借其独特的技术优势，在很多领域发挥着不可或缺的作用，譬如军事领域、农业领域、考古领域、环境监测领域、城市规划领域、灾害监测领域、地理测绘领域等。本文主要结合笔者工作实际，对无人机航拍数据及图像处理技术方法进行探讨研究，以供参考。

关键词：无人机航拍；图像处理；数据分析

无人机遥感航拍图像具有高灵活性、续航时间长，可以在特别危险地区探测，效率特别高，成本也低，还有无人机可在低海拔地区飞行，能够避免云层干扰等独特优势，在众多领域测绘中得到了广泛应用。在处理图像的时候，必须进行遥感图像几何校正、无缝拼接和质量评价等工作，以便于更高效、更准确地获取相关的信息。

一、无人机遥感发展

1.1无人机发展概况

因为计算机技术的不断发展，无人机遥感技术也获得了巨大进步，并且因为本身独特优势，受到愈来愈广泛的关注。一般来说，无人机遥感技术提取和归纳人们所需信息，主要是利用精密成像仪器和图像分析技术，然后通过对这些时效性较高的图像进行特性分析等其他操作来达成。无人机遥感技术发展如此之快，以至于图像拼接技术也受到越来越多关注，国内外很多研究人员正在对图像拼接技术进行更深研究。目前，无人机图像拼接技术受到普遍关注，各个国家的学者都进行着与无人机图像拼接有关技术研究工作。图像拼接技术通过数年研究，已经获取相当多研究成果，但是现在依然有很多问题有待解决，诸如相幅较小、数量多、影像倾斜度大、重叠不规则等一系列问题。图像拼接效果和效率主要受图像配准精度和有效性所制约。

1.2无人机航拍原理

无人机，顾名思义是一种无人驾驶的或称作不载人的飞行器。它主要是通过无线电遥控设备或机载计算机程序系统来进行控制。无人机航拍是以无人机作为拍摄基准平台，随机载有高分辨率CCD数码相机、红外扫描仪、激光扫描仪等机载遥感设备获取地面图像或其他类型数据信息。通过计算机对所获取的遥感图像信息按照一定精度要求进行解译识别处理，并制作成相关更重要、更全面信息的大幅全景图像。无人机航拍技术是一种全新的高科技遥感应用技术，需要多种技术手段互相支撑构建成为一个平台系统。全系统是集成遥感、遥测技术与计算机技术新型应用技术，在设计和最优化组合方面具有突出特点。

1.3无人机遥感图像特点

无人机遥感图像具有获取图像快、成本低、精度高、非接触等诸多优势。然而，作为空中飞行载体，无人机飞行过程中的外界条件变化相对复杂，飞行速度比较快，导致图像特性不稳定。例如无人机在工作的时候，由于受实际的温度、气压、风力、光照条件等气象条件因素影响，无人机所获得的数据质量有时间差，如模糊、高曝光、偏离航线等；为了获得较高质量的无人机图像，有时需要采取低空、盘旋等多变飞行模式对目标进行跟踪。这会使得待拍摄物体与无人机之间产生明显的相对运动，导致图像畸变较大等问题，还可能会出现工作量大、效率低等一系列问题。

二、数据获取与处理技术要点

2.1数据获取

在利用无人机进行航摄之前要先进行测区的选择，进行选择时要综合地形地物以及海拔等因素考虑。之后要进行航拍范围的确定，根据相应比例尺的飞空底图对适宜的起飞降落场地进行确定。无人机航摄工作组进入作业区后，要与当地的相关的政府部门以及主管测绘部门进行联系，进行备案和相关情况的报备工作，根据作业区的实际情况确定飞降场地，要注意的是起飞和降落的场地要符合没有无线电设备、整体没有突出的障碍物、没有高大的树木以及没有空中管线等的要求，而且为了保证能够安全监控，十千米是起飞场地与摄影区的最大间隔距离[3]。在进行航摄任务时，从任务要求出发，对如何实现其技术指标，实现完全覆盖的规划是非常重要的，目前已经存在成熟的航摄规范可进行参考。

2.2数据处理及要点

（1）数据处理的准备工作。其主要包括对影像数据进行双拼处理、将POS数据以及影像数据进行整理并存档、分析影响的整体情况和判断飞行质量等。通过对数据进行准备工作可以对后期数据处理的进行可能性作出判断，并由数据处理人员对补飞的数据与否进行决定。

（2）进行空三加密工作。空中三角测量采用广州遥感信息科技有限公司研发的现代航测全自动空三及无人机影像处理系统（Cloud-AT），通过该软件进行控制点加密解算，获取高精度的像对定向点；空三包括双拼虚拟影像区域网平差和单像机影像区域网平差，平差方法采用光束法区域网平差。

Cloud-AT软件在处理方法上采用了不同与传统的空中三角测量方法，其主要特点是：利用POS或GPS等飞行数据自动建立航带内和航带间模型间的拓扑关系网便于全自动定向处理；快速、高精度的影像匹配算法大大降低了作业人员的劳动强度。采用光束法区域网方法进行平差解算，对野外测定的平高像控点进行加密和检核，从而为数据采集提供高质量的定向点。

（3）生产4D产品。Cloud-AT可以进行DEM制作：DEM制作采用Cloud-AT中的DEM制作模块进行DEM生产。DEM数据的制作采用在DLG数据中提取地表面数据与外业实测高程点合成，在保证DEM精度的同时，将该步骤工作量减小到最少。

数字高程模型生成以后，主要通过数字微分纠正的方法生成数字正射影像（DOM），之后再通过正射影像的镶嵌完成一幅正射影像的制作。Cloud-AT可利用空中三角测量生成高密度的匹配连接点点云，进行像片微分纠正，可快速进行DOM的生产。由于无人机的飞行状态是不稳定的，在飞行的过程中的旋偏角相对较大，对核线在绝对定向之后进行采集时，要采集水平核线后再进行IGS测图，完成传统的编辑工作与立体测图工作。

三、对无人机获得的图像的处理

3.1图像纠正

数字图象纠正的作用，是纠正原始图像的几何畸变，生成满足要求的地图投影，或图象表达要求的新图象。其基本方法，有两种：一种是像坐标变换，第二个是重采样像素亮度值。

3.2图像配准

图像数据或地图，在进行图像配准时，扫描形成一个位图图像和矢量数据，可以视为正交投影，基本上解决了简单的图像配准，并使用最小平方法方案，可以获得满意的结果，这种方法与多项式校正原理相同。

3.3图像增强

图像增强是指提高或突出图像中的某些信息，削弱或消除一些不需要的信息技术。它对遥感数字图像是有意义的。图像增强方法和光学增强方法是常用的增强方法。根据图像处理的效果，可分为图像对比度增强、图像平滑、图像锐化处理和图像处理的颜色，等等。

3.4图像的编辑

本模块还接合生产实际，研究了两种智能化算法：一是自动内插等高线，二是自动生成街道缓冲区。这两种方法极大地提高了该部分的编辑速度，提高了在图形编辑过程中的作业效率。

四、结语

无人机低空摄影相对于传统航空摄影来说，优势颇多。利用无人机航拍，能满足局部范围内地理、环境数据采集，可有效完善中国低空航空遥感监测系统，提高地理空间数据采集、处理和分析能力，也起到一定的作用，推动高分辨率遥感数据普及，减少了国家不同的相关领域过度依赖外国高分辨率遥感数据的现状。

参考文献：

[1]张涵.无人机在测绘工程中应用技术的分析[J].硅谷，2014，（8）.

[2]张梦花.基于无人机低空摄影测量成图实例研究[D].西安科技大学,2017.

[3]王斯丙.基于特征的航拍视频处理技术研究及其应用[D].西北工业大学,2016.