UAV载多面阵数码相机拼接技术的研究

摘要

由于受航空平台及传感器的限制，传统航空摄影测量在获取小面积、大比例尺数据方面，存在着成本高、性价比差、高程精度达不到规范要求等问题。而无人飞艇低空遥感系统具有低成本、机动灵活等优点，能够低空低速飞行，在小区域内快速获取高质量遥感影像，可以作为国家航空遥感监测体系的重要补充。
　　由于受无人飞艇平台体积、重量等方面的限制，目前无人飞艇遥感系统大多采用带稳定平台的单相机作为遥感设备。由于单个CCD面阵尺寸较小，其影像的地面覆盖范围和基高比都比较小，致使航测内、外业工作量增加，高程精度较低。因此，采用多相机拼接技术，增大像幅尺寸，成为目前摄影测量界研究的热点。
　　本文对组合相机的拼接方案进行了研究，分析了多面阵组合相机拼接需要考虑的各项参数，包括相机间距、相机倾角、影像重叠度、虚拟像幅等。并结合Cannon5D数码相机的各项参数具体分析了相机间距对拼接误差的影响，相机倾角对图像变形的影响，以及相机倾角与影像重叠度的虚拟像幅之间的关系。结论表明：相机间距越大，导致的拼接误差越大；像片倾斜导致GSD随之变化，并且倾角越大，GSD变化就越明显；相机倾角越大，重叠度越小，虚拟像幅尺寸越大，但虚拟有效像幅的尺寸越小。
　　数码相机属于非量测相机，其内方位元素未知，且镜头存在较大的畸变差，使用之前必须进行精确的检校；组合相机固定好之后，相机之间的“相对外方位元素”也就确定下来，必须将其标定，作为初值参与运算。本文介绍了基于空间后方交会原理的数码相机检校方案，推导了双拼相机检校的数学模型，并对实现了对单个相机和双拼相机的检校。结果表明利用大型室外检校场对数码相机进行检校，可以获得很高的检校精度。
　　本文对多面阵组合相机虚拟影像的拼接技术进行了重点研究，其具体流程可以概括为：首先对各子影像进行畸变差改正，借助组合相机检校获取的“相对外方位元素”初始值对各子影像进行水平纠正，然后对虚拟片重叠区域内的影像进行特征匹配寻找同名点，借助同名点完成子影像间的相对定向，求得精确的拼接参数，最后利用这些拼接参数完成虚拟影像的拼接。
　　本论文最后通过实验验证了利用无人飞艇搭载单相机系统可以完成1:2000的航摄任务，而搭载双拼相机系统可以完成1:1000的航摄任务。

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Contents

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2课题研究的意义

1.3本文的研究内容及结构

2 无人飞艇遥感系统及其特点

2.1无人飞艇遥感系统研究的必要性

2.2无人飞艇遥感系统的组成

2.3 无人飞艇遥感系统外业数据采集

2.4 无人飞艇遥感数据处理系统

3 多面阵数码相机的设计与检校

3.1 数码相机系统简介

3.2 多面阵数码相机的设计

3.3 多面阵数码相机的检校

4 多面阵数码相机影像的拼接

4.1 影像畸变差改正

4.2 影像水平纠正

4.3 特征匹配

4.4 子影像间相对定向

4.5 虚拟影像拼接

4.6 虚拟片生成误差分析

5 实验与分析

5.1 山东科技大学实验区概况

5.2 单相机实验

5.3 双相机实验

6 结论与展望

6.1工作总结

6.2前景展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果