研究低空无人机影像处理技术及方法

　　无人机技术论文第四篇：研究低空无人机影像处理技术及方法

　　摘要：近年来，科学技术的快速发展使得无人机的低空摄影测量技术在三维重建等方面的应用范围不断增加，但是，无人机影像本身的特殊性较为明显，在后续处理，特别是数据处理等方面的困难程度较高。因此，为了更加高效、更加简单地完成低空无人机影像处理，通常需要使用相应的处理技术与方法。将低空无人机影像的主要特点作为入手点，通过低空无人机影像数据获取等分析引出低空无人机影像处理技术及其方法，并进行深入研究。

　　关键词：低空无人机; 影像处理; 技术; 方法;

　　社会经济的快速发展要求遥感影像数据获取的准确性及影像质量更高，如社会发展所需要的资源管理、城乡规划建设等工作的开展均需要在遥感影像数据的辅助下进行。但在数据获取过程中，天气条件、高度及重访周期等通常会成为阻碍影像获取的主要因素。航空摄影的方式需要投入大量的资金成本，在紧急任务的处理方面并不具优势。无人机低空摄影测量技术的出现实现了投资成本及灵活性等多方面的优化。除此以外，我国土地管理监测、城市建设规划等也与无人机低空摄影息息相关。

　　1 低空无人机影像的特点

　　相较于其他大型摄影方式而言，低空无人机所具备的飞行高度低、摄影设备体积小的特点十分突出。在低空无人机摄影过程中，不同类型的无人机所配备的相机型号及功能等是有所区别的，因此不同无人机摄影出的影像质量通常存有一定的差异。但不论使用哪一种类的无人机，其所获得的影像均符合色彩和高分辨的相关要求。另外，尽管无人机体积小容易携带，但也正因为此特点导致其十分容易受到空气中气流的影响，从而导致飞行方向或角度等发生变化。一般来说，低空无人机所配备的相机性价比较高，但并不属于专业测量的机器，这就会在一定程度上增加非线性光学畸变等情况出现的概率，不利于影像数据精度提升的同时，也在潜移默化中增加了后期处理的难度。

　　2 低空无人机的主要组成部分

　　无人机飞行器遥感系统包含传感器系统、地面监控系统等多个组成部分，其组成复杂程度较高。传感器系统通常包含小型数码相机、定点摄影技术等部分。地面监控系统主要负责航线规划与数据接收，因此航线规划系统与数据接收系统的设立是必须的。

　　无人机空中部分所起到的主要作用与地面监控系统所起到的作用具有很大的相似性，两者均能够完成无人机运行航线的规划。不同的是，空中部分还需要对航线的布置情况进行上传，从而更加清楚地对飞机运行的相关数据进行监控。而地面监控系统的主要作用也不只是规划运行航线一种，还包括设计航线、调取数据等。该过程主要是通过无线传输通道的信息传播功能实现的，能够有效地将所收集到的数据进行反馈，地面工作人员据此信息对本次飞行计划的合理性进行判断并结合实际情况进行优化，如根据拍摄情况及数据分析的实际需求决定补拍区域与补拍方法，亦或者在飞行或降落过程中遇到紧急情况，可将其转换为手控飞行模式。

　　3 低空无人机影像处理技术及方法

　　3.1 技术方法及主要流程

　　如图1所示。

　　图1 低空无人机影像处理流程图   

　　无人机影像的处理首先需要利用摄影测量的相关软件设置空三加密。其次，使用精确度较高的数字模型对无人机的影像进行纠正。但仅有数据纠正是远远不够的，还需要根据影像拍摄实际情况的不同对色调进行调整或加入镶嵌等手段进行成果提取。

　　无人机影像的处理需要与原始的影像航摄鉴定表结合，从而更加科学地判断影像畸变校正工作进行的必要性，校正完成后再次将结果与航摄鉴定表结合起来，为空三加密奠定基础。加密后的结果同样需要进行纠正，此时的纠正手段多以数字高程模型为主，微分纠正完成后，还需要结合实际情况对影响进行色调处理等，检查无误后所得数据为影像处理的最终数据。

　　3.2 影像处理关键技术环节

　　低空无人机的影像处理主要与以下关键技术有关：

　　3.2.1 无人机影像进行检查与分析

　　无人机在飞行过程中由于自身体积的原因，会受到风向、气流等客观因素的影响，此时无人机的飞行方向或飞行角度会出现不可控的变化。此时，影像的旋偏角及重叠度的稳定状态并不佳，可能会出现多部分或少部分重叠的情况。这就要求有关工作人员在进行正式处理之前要对无人机影像进行有针对性的检查，从而更加清楚地对无人机的飞行状况及其所捕捉影像的相关信息进行了解。现阶段所采用的影像处理技术多以高分辨率的遥感影像一体化测图系统技术为主。在实际处理过程中，惯导数据的应用也是很有必要的，其在无人机影像检查中的应用能够达到去掉POS突变影像的目的。根据重叠情况的不同，所采用的处理方法也有所不同。若在检查过程中发现重叠程度较高，可采用抽片处理的方法进行处理。在重叠部分较少的情况下，可采用分航线处理的方式，为空三加密精度的增加提供保障。

　　3.2.2 影像数据预处理

　　为了减少前文所述的光学畸变对影像准确度产生的不良影响，需要在处理技术实施之前设立预处理环节。前文提到，无人机上所配备的相机专业性有待进一步提升，导致非线性光学畸变出现的可能性增加。此时进行预处理，能够很好地恢复地面景物的位置，减少或纠正相机拍摄所导致的畸变差。预处理结束后才能进行上述空三加密的相关步骤。除此以外，预处理环节还需要根据无人机飞行方向的不同进行相片旋转及格式调整。该工作的开展同样是以高分辨率的遥感影像一体化测图系统技术为主，并通过该系统内部工具进行畸变改正的。

　　3.2.3 空三加密技术

　　空三加密技术可以说是高分辨率的遥感影像一体化测图系统的精髓，该技术对影像处理所起到的作用是十分重要的。从另一方面来说，空三加密质量的高低将直接对后续处理的准确性产生影响。受到低空无人机摄像本身发展条件的限制，其所拍摄的影像像幅并不大，但在数量上所占优势较为明显。这一基本特点使得小区域网中待处理的影像数量不断增加。再者，前文多次提到的气流等客观条件的影响，会导致无人机飞行方向及飞行角度会产生不同程度的偏差。此时，传统的加密方式已经不能满足现阶段的影响处理要求。高分辨率的遥感影像一体化测图系统内部包含专门进行快速处理的模块。该模块将航飞本身与模型连接航飞的状态关联了起来，即在航飞状态不太稳定的条件下，模型连接的稳定性也并不理想。在航带初始偏移量定义的情况下，偏移点的数量将会不断增加，模型之间转点的精度及其成功率也受此影响得以优化。当然，在此过程中出现模型无法自动连接的情况是不可避免的，为了进一步增强模型之间的连接强度，可结合实际情况采用人工干预的方式进行处理。

　　3.2.4 DEM匹配

　　DEM匹配在高分辨率的遥感影像一体化测图系统中所起到的作用也十分重要。该技术的采用是在多基线的高精度DSM匹配算法的基础上进行的，通过对整个测区DSM数据的自动提取为后续数据处理奠定基础。最后通过坡度法的应用对建筑区、树林等位置进行滤波处理，结合实际情况进行适当的人工编辑，从而使DEM数据满足发展条件。

　　3.2.5 DOM生成

　　DOM生成同样与高分辨率的遥感影像一体化测图系统这一基本框架密不可分。DOM生成是以DEM数据为基础的，数字微分技术在此过程中发挥了一定的作用，能够很好地对测区内的影像进行处理。若想要最大程度上使无人机影像摄像的完整程度得到还原，色调调整、镶嵌等手段的应用就很有必要，特别是对于影像捕捉到的不同地貌、植被特点不同、分布状态不同及不同类型的居住地等进行匀色处理，增加测区色彩的可分辨性。

　　3.3 成果质量控制

　　无人机影像质量评价的主要元素较多，但位置精度与影像质量对成果质量控制所起到的作用较为突出。影像质量主要与影响特性及分辨率息息相关。就影像分辨率而言，其检查方式较为简单，人工检查就能够对其纹理、色调等进行判断。相较于分辨率而言，位置精度的检查要求较高，人机交互通常作为位置精度检查的首要方式。一般来说，对平面精度进行检验方法有两种，一种是与空三加密过程有直接联系的。该方法首先需要选取多个检查点，通过计算得出检查点与定向点之间的平差，并将其作为检查点的具体坐标。之后对检查点点位的正射影像成果相对应的点位坐标进行计算。两者之间进行对比，其所存在的数据差为中误差。另一种检查方法较为直接，即直接获取正射影像的结果，并将该结果与前期比例尺条件下的正射影像结果进行对比，没有发生变化的点位为最终目标。

　　4 低空无人机影像处理技术

　　4.1 裁边和匀色处理

　　通过对低空无人机的拍摄结果进行比较不难发现，两者在航片、航带等部位存有颜色、光线等诸多差异。导致该现象产生的主要原因有多种，一方面，天气条件等多种客观因素可能会导致此现象的产生。当然，相机本身的质量也会或多或少对上述内容产生影响。但不论是哪种原因导致的，原始影像的匀色处理都是具有实践意义的，能够大大降低后续工作开展的难度。裁边处理主要应用于照片边缘变形的情况，同样是为了提升后续工作开展的准确性。

　　4.2 全景影像图快速拼接处理

　　相较于正射影像图而言，全景影像图的特殊性更为明显。首先，该图像的获取并不需要地面控制点的辅助，原始图像的拼接就可成功获取，但需要在影像匹配的条件下对相关的同名点进行获取。这样的快速拼接的处理方式固然带来了诸多便利，但严谨性不高，因此可能导致边缘地带出现物体错位的情况。尽管该方法的应用所产生的误差较大，并由于此原因无法在大比例尺的地图测绘中应用，但该方法操作性较强，在灾害发生或意外情况发生的情况下能够作为数据获取的主要应急手段。

　　5 结语

　　低空无人拍摄需要在部分软硬件的协助下进行。拍摄过程中适当的进行人工干预预处理能够有效地提升区域影像处理的效率。通过上述研究内容不难发现，高分辨率的遥感影像一体化测图系统下的影像获取能够满足现阶段数据获取及影像处理等的要求。经济社会的不断发展为无人机航摄技术的进步带来了多重机遇，目前我国依然对低空无人机影像处理技术的操作性、便捷性等进行不断优化，使其在各个领域中的应用地位更加稳固，进一步拓展应用范围。

　　参考文献

　　[1] 宋文平.无人机航测系统集成及影像后处理有关问题研究[D].长安大学,2016.

　　[2] 于广瑞,曲以春,于兴超,李元强.基于Geoway软件的低空无人机影像快速处理[J].北京测绘,2015,(06):58-61.

　　[3] 葛洪涛.低空无人机影像的获取与处理[J].测绘技术装备,2015,17(03):37-39+36.

　　[4] 周辉,王旭东,赵青兰.基于低空遥感的无人机航片获取与处理[J].陕西气象,2014,(06):43-45.