無人機(jī)攝影測量技術(shù)教程

1、.目 錄第1章 緒論1.1 攝影測量的定義和任務(wù)11.2 正直攝影測量11.3 傾斜攝影測量1第二章 航測無人機(jī)2.1 無人機(jī)基本知識72.1 多旋翼航測無人機(jī)組成和原理92.2 固定翼航測無人機(jī)組成和原理11第三章 攝影測量基本原理3.1 無人機(jī)空中攝影和航帶計算 153.2 共線方程 163.3 雙目立體視覺和立體觀測 203.4 立體影像匹配 21第四章 相機(jī)檢校4.1 概述264.2 相機(jī)檢校算法274.3 工程實例28第五章 無人機(jī)航線規(guī)劃和像控點測量5.1 無人機(jī)航線規(guī)劃原理和算法315.2 無差分GPS無人機(jī)像控點布設(shè)與測量325.3 帶差分GPS無人機(jī)像控點布設(shè)與測量33第六章

2、 空中三角測量加密6.1 空三加密的目的和意義346.2 空三加密連接點的類型與設(shè)置356.2.1標(biāo)志點刺點356.2.2明顯地物點刺點356.2.3影像匹配轉(zhuǎn)點356.3 光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量356.3.1光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量的基本思想與內(nèi)容356.3.2解析空中三角測量的精度分析396.4 inpho攝影測量系統(tǒng)空三加密41第七章 矢量數(shù)據(jù)采集7.1 矢量數(shù)據(jù)采集基本算法41第八章 正射影像和數(shù)字高程模型8.1 真正射影像的概念和制作原理428.2 數(shù)字高程模型概念和采集方法468.3 商用攝影測量軟件制作DOM和DEM方法488.3.1 inpho攝影測量系統(tǒng)生產(chǎn)DOM和DEM4

3、98.3.2Pix4D生產(chǎn)DOM和DEM50第九章 無人機(jī)傾斜攝影測量9.1 概況609.2 傾斜攝影測量原理609.2.1 密集匹配算法619.2.2 紋理映射和細(xì)節(jié)層次模型619.3 傾斜攝影測量相機(jī)629.4 商用傾斜攝影測量軟件三維建模629.4.1Photoscan三維建模技術(shù)639.4.2 Smart3D三維建模技術(shù)699.5 Photoscan三維建模軟件操作具體步驟69第一章 緒論1.1 攝影測量的定義和任務(wù)國際攝影測量與遙感協(xié)會ISPRS(Intenational Society of Photogrammetry and Remote Sensing)1998年給攝影測量與

4、遙感的定義是：攝影測量與遙感是從非接觸成像和其他傳感器系統(tǒng)，通過記錄、量測、分析與表達(dá)等處理，獲取地球以及環(huán)境和其他物體可靠信息的工藝、科學(xué)與技術(shù)(Photogrammetry and Remote Sensing is the art,science and technology of obtaining reliable information from noncontract imaging and other sensor systems about the Earth and its environment,and other physical objects and process

5、es through recording,measuring,analyzing and representation )。其中，攝影測量側(cè)重于提取幾何信息，遙感側(cè)重于提取物理信息。也就是說攝影測量是從非接觸成像系統(tǒng)，通過記錄、量測、分析與表達(dá)等處理，獲取地球及其環(huán)境和其他物體的幾何、屬性等可靠信息的工藝、科學(xué)與技術(shù)。攝影測量的特點是對影像進(jìn)行量測與解譯等處理，無需接觸物體本身，因而較少受到周圍環(huán)境與條件的限制。被攝物體可以是固體、液體或氣體；可以是靜態(tài)或動態(tài)；也可以是遙遠(yuǎn)的、巨大的（宇宙天體與地球）或極近的、微小的（電子顯微鏡下的細(xì)胞）。按照成像距離的不同，攝影測量可分為航天攝影測量、航空攝

6、影測量、近景攝影測量和顯微攝影測量等。影像是客觀物體或目標(biāo)的真實反映，其信息豐富、形態(tài)逼真，可以從中提取所研究物體大量的幾何信息與物理信息，因此，攝影測量可以廣泛應(yīng)用于各個方面。按照應(yīng)用對象的不同，攝影測量可分為地形地形攝影測量與非地形攝影測量。地形攝影測量的主要任務(wù)是測繪各種比例尺的地形圖及城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、交通、工程、資源與規(guī)劃等部門需要的各種專題圖，建立地形數(shù)據(jù)庫，為各種地理信息系統(tǒng)提供三維的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。非地形攝影測量用于工業(yè)、建筑、考古、醫(yī)學(xué)、生物、體育、變形觀測、事故調(diào)查、公安偵破與軍事偵查等各種方面。其對象與任務(wù)千差萬別，但其主要方法與地形攝影測量一樣，即從二維影像重建三維模型

7、，在重建的三維模型上提取所需的各種信息。傳統(tǒng)的攝影測量三維模型重建也考慮物體表面紋理的表達(dá)，例如地面的正射影像就是地表的真是紋理，但是大多數(shù)的應(yīng)用中，較少考慮物體表面紋理的表達(dá)。隨著社會、經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，三維模型真實紋理的重建，在攝影測量的任務(wù)中變得非常重要了。在一些應(yīng)用中，需要利用不同的攝影方法完成真實紋理的重建，例如城市的三維建模，可能需要航空攝影與近景攝影相結(jié)合才能完成。攝影測量的技術(shù)手段有模擬法、解析法與數(shù)字法。隨著攝影測量技術(shù)的發(fā)展，攝影測量也經(jīng)歷了模擬攝影測量、解析攝影測量與數(shù)字?jǐn)z影測量三個發(fā)展階段。1.2 正直攝影測量地面立體測量的從本思想是從外業(yè)攝影取立體像對，（在不同的兩個

8、攝站對同一地區(qū)進(jìn)行攝影所得的兩張像片為一個立體像對）。再施測少量控制點，經(jīng)過內(nèi)業(yè)一系列的處理，通過不同途徑，獲得被攝區(qū)我們所需要的地形圖。它的基本原理是前方交會原理。1.3 傾斜攝影測量傾斜攝影測量技術(shù)通過在同一飛行平臺上搭載5臺傳感器，同時從一個垂直、四個傾斜五個不同的角度采集影像，拍攝相片時，同時記錄航高，航速，航向和旁向重疊，坐標(biāo)等參數(shù)，然后對傾斜影像進(jìn)行分析和整理。在一個時段，飛機(jī)連續(xù)拍攝幾組影像重疊的照片，同一地物最多能夠在3張相片上被找到，這樣內(nèi)業(yè)人員可以比較輕松地進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)分析，并且能選擇最為清晰的一張照片進(jìn)行紋理制作。向用戶提供真實直觀的實景信息。影像數(shù)據(jù)不僅能夠真實地反映

9、地物情況，而且可通過先進(jìn)的定位技術(shù)，嵌入地理信息、影像信息，獲得更高的用戶體驗，極大地拓展遙感影像的應(yīng)用范圍。1.3.1 傾斜攝影測量技術(shù)特點1、 反映地物真實情況并且能對地物進(jìn)行量測傾斜攝影測量所獲得三維數(shù)據(jù)可真實地反映地物的外觀、位置、高度等屬性，增強了三維數(shù)據(jù)所帶來的真實感，彌補了傳統(tǒng)人工模型仿真度低的缺點。增強了傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用。2、 高性價比傾斜攝影測量數(shù)據(jù)是帶有空間位置信息的可量測的影像數(shù)據(jù)，能同時輸出DSM，DOM，DLG等數(shù)據(jù)成果。可在滿足傳統(tǒng)航空攝影測量的同時獲得更多的數(shù)據(jù)。同時使用傾斜影像批量提取及貼紋理的方式，能夠有效地降低城市三維建模成本。3、 高效率傾斜攝影測量技術(shù)

10、借助無人機(jī)等飛行載體可以快速采集影像數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全自動化的三維建模。實驗數(shù)據(jù)證明：12年的中小城市人工建模工作，借助傾斜攝影測量技術(shù)只需35個月就可完成。1.3.2 傾斜攝影測量的關(guān)鍵技術(shù)1、多視影像聯(lián)合平差多視影像不僅包含垂直攝影數(shù)據(jù)，還包括傾斜攝影數(shù)據(jù)，而部分傳統(tǒng)空中三角測量系統(tǒng)無法較好地處理傾斜攝影數(shù)據(jù)，因此，多視影像聯(lián)合平差需充分考慮影像間的幾何變形和遮擋關(guān)系。結(jié)合POS系統(tǒng)提供的多視影像外方位元素，采取由粗到精的金字塔匹配策略，在每級影像上進(jìn)行同名點自動匹配和自由網(wǎng)光束法平差，得到較好的同名點匹配結(jié)果。同時，建立連接點和連接線、控制點坐標(biāo)、GPU /IMU輔助數(shù)據(jù)的多視影像自檢校區(qū)域網(wǎng)

11、平差的誤差方程，通過聯(lián)合解算，確保平差結(jié)果的精度。2、多視影像密集匹配影像匹配是攝影測量的基本問題之一，多視影像具有覆蓋范圍大，分辨率高等特點。因此，如何在匹配過程中充分考慮冗余信息，快速準(zhǔn)確地獲取多視影像上的同名點坐標(biāo)，進(jìn)而獲取地物的三維信息，是多視影像匹配的關(guān)鍵。由于單獨使用一種匹配基元或匹配策略往往難以獲取建模需要的同名點，因此，近年來隨著計算機(jī)視覺發(fā)展起來的多基元、多視影像匹配，逐漸成為人們研究的焦點。目前，在該領(lǐng)域的研究己取得了很大進(jìn)展，例如建筑物側(cè)面的自動識別與提取。通過搜索多視影像上的特征，如建筑物邊緣、墻面邊緣和紋理，來確定建筑物的二維矢量數(shù)據(jù)集，影像上不同視角的二維特征可以轉(zhuǎn)

12、化為三維特征，在確定墻面時，可以設(shè)置若干影響因子并給予一定的權(quán)值，將墻面分為不同的類，將建筑的各個墻面進(jìn)行平面掃描和分割，獲取建筑物的側(cè)面結(jié)構(gòu)，再通過對側(cè)面進(jìn)行重構(gòu)，提取出建筑物屋頂?shù)母叨群洼喞?.數(shù)字表面模型生成和真正射影像糾正多視影像密集匹配能得到高精度高分辨率的數(shù)字表面模型DSM，充分地表達(dá)了地形地物起伏特征，己經(jīng)成為新一代空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要內(nèi)容。由于多角度傾斜影像之間的尺度差異較大，加上較嚴(yán)重的遮擋和陰影等問題，基于傾斜影像的自動獲取DSM存在新的難點。可以首先根據(jù)自動空三解算出來的各影像外方位元素，分析與選擇合適的影像匹配單元進(jìn)行特征匹配和逐像素級的密集匹配，引入并行算法，提高

13、計算效率。在獲取高密度DSM數(shù)據(jù)后，進(jìn)行濾波處理，將不同匹配單元進(jìn)行融合，形成統(tǒng)一的DSM。多視影像真正射糾正涉及物方連續(xù)的數(shù)字高程模型DEM和大量離散分布粒度差異很大的地物對象，以及海量的像方多角度影像，具有典型的數(shù)據(jù)密集和計算密集特點。在有DSM的基礎(chǔ)上，根據(jù)物方連續(xù)地形和離散地物對象的幾何特征，通過輪廓提取、面片擬合、屋頂重建等方法提取物方語義信息；同時在多視影像上，通過影像分割、邊緣提取、紋理聚類等方法獲取像方語義信息，再根據(jù)聯(lián)合平差和密集匹配的結(jié)果建立物方和像方的同名點對應(yīng)關(guān)系，繼而建立全局優(yōu)化采樣策略和顧及幾何輻射特性的聯(lián)合糾正，同時進(jìn)行整體勻光處理四，如圖所示，傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處

14、理流程。圖1-1 傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理流程1.3.3 傾斜攝影技術(shù)的應(yīng)用由于傾斜影像為用戶提供了更豐富的地理信息，更友好的用戶體驗，該技術(shù)目前在歐美等發(fā)達(dá)國家己經(jīng)廣泛應(yīng)用于應(yīng)急指揮、國土安全、城市管理、房產(chǎn)稅收等行業(yè)。在國內(nèi)政府部門用于:國土資源管理、房產(chǎn)稅收、人口統(tǒng)計、數(shù)字城市、城市管理、應(yīng)急指揮、災(zāi)害評估、環(huán)保監(jiān)測。企事業(yè)單位:房地產(chǎn)、工程建筑、實景導(dǎo)航、旅游規(guī)劃等領(lǐng)域。1.3.4 傾斜攝影測量數(shù)據(jù)的處理傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理常用的軟件：美國Pictometry公司推出Pictometry傾斜影像處理軟件、法國lnfoterra公司的像素工廠、徠卡公司的LPS工作站, AeroMap公司的M

15、ultiVision系統(tǒng)、Intergraph公司的DMC系統(tǒng)、Astrium公司Street Factory系統(tǒng)等軟件。在國內(nèi)主要有：紅鵬公司推出的無人機(jī)敏捷自動建模系統(tǒng)、超圖軟件公司的SuperMap GIS 7C軟件、立得空間公司的Leador AMMS以及武漢天際航公司的DP-Model-er等傾斜攝影測量軟件。第二章 航測無人機(jī)(邊朝鵬)2.1無人機(jī)基本知識無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。從技術(shù)角度定義可以分為：無人固定翼機(jī)、無人垂直起降機(jī)、無人飛艇、無人直升機(jī)、無人多旋翼飛行器、無人傘翼機(jī)等。無人機(jī)按應(yīng)用領(lǐng)

16、域，可分為軍用與民用。軍用方面，無人機(jī)分為偵察機(jī)和靶機(jī)。民用方面，無人機(jī)+行業(yè)應(yīng)用，是無人機(jī)真正的剛需；目前在航拍、農(nóng)業(yè)、植保、自拍、快遞運輸、災(zāi)難救援、觀察野生動物、監(jiān)控傳染病、測繪、新聞報道、電力巡檢、救災(zāi)、影視拍攝、制造浪漫等等領(lǐng)域的應(yīng)用，大大的拓展了無人機(jī)本身的用途，發(fā)達(dá)國家也在積極擴(kuò)展行業(yè)應(yīng)用與發(fā)展無人機(jī)技術(shù)。2013年11月，中國民用航空局（CA）下發(fā)了民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定，由中國AOPA協(xié)會負(fù)責(zé)民用無人機(jī)的相關(guān)管理。根據(jù)規(guī)定，中國內(nèi)地?zé)o人機(jī)操作按照機(jī)型大小、飛行空域可分為11種情況，其中僅有116千克以上的無人機(jī)和4600立方米以上的飛艇在融合空域飛行由民航局

17、管理，其余情況，包括日漸流行的微型航拍飛行器在內(nèi)的其他飛行，均由行業(yè)協(xié)會管理、或由操作手自行負(fù)責(zé)。圖2-1-1無人機(jī)的系統(tǒng)組成：一、飛行平臺（載機(jī)）1.1機(jī)身固定翼無人機(jī)機(jī)身一般由epp、epo、玻璃鋼、木材等高強度低質(zhì)量的材質(zhì)構(gòu)成。多旋翼無人機(jī)機(jī)身一般由碳纖維材料作為主要材質(zhì)。1.2動力裝置固定翼多用無刷電動機(jī)、甲醇發(fā)動機(jī)、汽油機(jī)、渦扇發(fā)動機(jī)、渦噴發(fā)動機(jī)、（后兩種多為軍用）等作為動力裝置。圖2-1-2 圖2-1-3圖2-1-4 圖2-1-5 多旋翼無人機(jī)多用無刷電動機(jī)作動力裝置。無刷電動機(jī)1.3飛控飛控系統(tǒng)用于無人機(jī)的導(dǎo)航、定位和自主飛行控制，它由飛控板、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS接收機(jī)、氣壓傳感

18、器、空速傳感器等部件組成飛控系統(tǒng)性能指標(biāo)要求a)飛行姿態(tài)控制穩(wěn)度:橫滾角應(yīng)小于±3° 俯仰角應(yīng)小于±3° 航向角應(yīng)小于±3°b) 航跡控制精度:偏航距應(yīng)小于±20米、 航高差應(yīng)小于±20米、 航跡彎曲度應(yīng)小于±5°。二、地面控制站（地面站）1.系統(tǒng)構(gòu)成無線電遙控器、數(shù)傳電臺、增程天線、監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng)、地面供電系統(tǒng)以及監(jiān)控軟件等組成。a) 監(jiān)控站主機(jī)應(yīng)選用加固筆記本電腦、或同等性能的計算機(jī)和電子設(shè)備； b) 監(jiān)控數(shù)據(jù)可

19、以圖形和數(shù)字兩種形式顯示，顯示做到綜合化，形象化和實用化； c) 無線電遙控器通道數(shù)應(yīng)多于8個，以滿足使用要求； 圖2-1-6 監(jiān)控計算機(jī)系統(tǒng) 圖2-1-7 遙控 圖2-1-8 數(shù)傳電臺d) 監(jiān)控計算機(jī)應(yīng)滿足一定的防水、防塵性能要求，能在野外較惡劣環(huán)境中正常工作； e) 監(jiān)控計算機(jī)的主頻、內(nèi)存應(yīng)滿足監(jiān)控軟件對計算機(jī)系統(tǒng)的要求； f) 電源供電系統(tǒng)應(yīng)保障地面監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)工作時間大于3小時。四、發(fā)射與回收系統(tǒng)1、起飛方式滑跑起飛 優(yōu)點：無需彈射器。缺點：場地限制。彈射起飛 優(yōu)點：沒有場地限制。缺點：

20、需要購置彈射器。圖2-1-9發(fā)射與回收系統(tǒng)2.降落方式：滑跑回收 優(yōu)點：無需回收降落傘。缺點：場地限制，安全性不如傘降。傘降回收 優(yōu)點：安全可靠，受場地制約影響小。缺點：需要降落傘以及飛控系統(tǒng)支持。圖2-1-10 降落傘2.2 多旋翼航測無人機(jī)組成和原理多旋翼航測無人機(jī)組成圖2-2-1 MD4-1000圖2-2-2 大疆s1000圖2-2-3螺旋槳圖2-2-4多旋翼云臺圖2-2-5無刷電機(jī)以md4-1000為例：microdrones md4-1000四旋翼系統(tǒng)是一種全球技術(shù)領(lǐng)先的垂直起降小型自動駕駛無人飛行器系統(tǒng)，可用于執(zhí)行資料收集、協(xié)調(diào)指揮、搜索、測量、通訊、檢測、偵查

21、等多種空中任務(wù)。 相比md4-200，md4-1000擁有更大的任務(wù)載荷，更強的抗風(fēng)能力，更長的續(xù)航時間，更優(yōu)秀的姿態(tài)控制，是目前全世界最大型的四旋翼無人飛行器系統(tǒng)。機(jī)體和云臺完全采用特殊的碳纖維材料制造，制造工藝源自德國著名的無人機(jī)復(fù)合材料公司SCHÜBELER，擁有更輕的重量和更高的強度，折疊式支臂設(shè)計更方便運輸。 基于模塊化的設(shè)計理念，您可以靈活地更換機(jī)載任務(wù)設(shè)備以適應(yīng)不同的任務(wù)要求。從高分辨率的數(shù)碼相機(jī)、多款視頻解決方案到高端的紅外熱成像攝像機(jī)。由于md4-1000擁有更大的載重，除圖像和視頻設(shè)備之外，還可以搭載根據(jù)用戶需要定制的更多種任務(wù)設(shè)備，如空氣采樣設(shè)備，空中投放設(shè)備等

22、，從而完成更多樣化的任務(wù)。 md4-1000的地面站系統(tǒng)集成了microdrones自主研發(fā)的mdCockpit座艙儀表軟件，您只需指尖輕點就可以實時接收并查看完整的飛行數(shù)據(jù)及飛行器所拍攝的視頻影像。還可以根據(jù)客戶需要定制專用的集成式地面站系統(tǒng)。md4-1000可以通過遙控器人工操控飛行，也可以借助獨一無二的GPS Waypoint系統(tǒng)進(jìn)行自動駕駛飛行，和md4-200一樣，是目前全世界同類無人飛行器產(chǎn)品中唯一可以提供自動駕駛飛行功能的先進(jìn)無人飛行器系統(tǒng)。首次引入了2.0B CAN總線系統(tǒng)， AAHRS（姿態(tài)、高度及航向參考系統(tǒng)）集成了加速度計、陀螺儀、磁力計、氣壓計、濕度計、溫度計等多種高精

23、度傳感器和卓越的控制算法設(shè)計，md4-1000的操控因而變得非常簡單，即使您毫無遙控飛行的經(jīng)驗，也能夠在很短的時間內(nèi)學(xué)會安全地操控飛行。md4-1000擁有優(yōu)秀的安全設(shè)計，任何時候只要停止遙控器操作，飛行器就會自動懸停在空中。如果時間超過30秒接收不到遙控器信號或者電池電量過低，飛行器就會自動緩慢迫降到地面。做為一種小型電動無人飛行器，md4-1000擁有極高的動力效率，一塊機(jī)載電池支撐的續(xù)航時間最高可長達(dá)70分鐘（視電池配置、任務(wù)載荷及環(huán)境如風(fēng)速、環(huán)境溫度等狀況而定），更換機(jī)載電池的操作不超過1分鐘就可完成由于4個250W無刷直驅(qū)電機(jī)工作時不需要齒輪傳動，機(jī)械安全性大幅提高，電機(jī)高效率運轉(zhuǎn)的

24、同時產(chǎn)生的噪音卻很小，在3米的距離懸停時噪音小于71 dBA。地面站地面站系統(tǒng)包括了4路微波接收器、下傳鏈路接收器、視頻捕捉器、視頻眼鏡和矩陣式天線。選配的高增益定向天線的增益能達(dá)到15dBi。地面站系統(tǒng)由230V的固定電源或12V的車載電源供電，一塊電池可以支持地面站系統(tǒng)工作時間長達(dá)10小時。內(nèi)置專業(yè)鋰聚合物電池平衡充電器可以用來為機(jī)載電池充電。您只需通過操作地面站的電腦便可獲取飛行器的視頻及飛行數(shù)據(jù)，也可輕松地把飛行記錄數(shù)據(jù)拷貝到CD或DVD中。地面站系統(tǒng)被設(shè)計在堅固的PelicanTM軍用安全箱內(nèi)，可以在惡劣的天氣或粗暴的運輸中起到可靠的保護(hù)作用?；贛icrosoft TM Windo

25、ws TM操作系統(tǒng)的mdCockpit座艙儀表軟件集成了飛行規(guī)劃、飛行監(jiān)控、飛行數(shù)據(jù)分析等多種功能于一身。Downlink解碼器可以實時接收并顯示飛行器的各種飛行數(shù)據(jù)，包括電池電壓、坐標(biāo)、高度、方向、姿態(tài)、飛行時間、飛行速度、飛行路徑、距起飛點的距離、環(huán)境溫度、風(fēng)速、電機(jī)工作狀態(tài)、遙控器信號強度、GPS狀態(tài)等重要信息。飛行數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)能夠同步保存所有的飛行數(shù)據(jù)，用于航后的數(shù)據(jù)分析。即使在人工遙控飛行模式下，只要系統(tǒng)裝有當(dāng)前作業(yè)區(qū)域電子地圖或影像地圖數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示飛行器在地圖上的位置。Waypoint軟件可能幫助您借助航點規(guī)劃編輯器創(chuàng)建詳細(xì)飛行航線規(guī)劃，讓飛行器按照您規(guī)劃的航線自動飛行。

26、除了規(guī)劃飛行航線之外，還可以設(shè)定多種拍攝計劃，例如定點360度全景拍攝、圍著定點目標(biāo)進(jìn)行環(huán)繞拍攝、沿飛行航線定距、定點拍攝。規(guī)劃好的飛行航線能夠以3D方式顯示在屏幕上，根據(jù)您的需要，還可以將飛行航線規(guī)劃導(dǎo)入到Google EarthTM中顯示。2.3 固定翼航測無人機(jī)組成和原理固定翼航測無人機(jī)1大白圖2-3-1 大白2型空機(jī)是現(xiàn)在普遍使用的航拍測繪部門使用的機(jī)體，結(jié)構(gòu)輕強度大價格低廉使之成為大眾的首選。大白航測采用常規(guī)氣動布局設(shè)計，具備良好的穩(wěn)定的氣動性能和操縱性能。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的照相機(jī)艙位在出廠時已經(jīng)預(yù)留，緊貼飛機(jī)重心位置，確保飛機(jī)在拍攝照片時盡可能減少因受飛行姿態(tài)變化的影響。該機(jī)性能穩(wěn)定，做工

27、精良，性價比高，是國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛也是最安全可靠的航測無人機(jī)。并且該機(jī)型通過多次升級優(yōu)化，實現(xiàn)模塊化設(shè)計。易組裝、易維修方便運輸?shù)葍?yōu)勢，現(xiàn)已被國內(nèi)外多家航測公司廣泛采用。圖2-3-2 T10大黃蜂這款無人機(jī)的由來是從T10大黃蜂開始了，T10的設(shè)計要求源于傻瓜化這個詞匯，專業(yè)一點的詞匯就是易用性；民用無人機(jī)自2008年國內(nèi)汶川地震之后開始 在國內(nèi)興起，但是受制于人工起降的方式，大部分潛在用戶，以及已經(jīng)采購了傳統(tǒng)布局的無人機(jī)的用戶，面對操控手的培訓(xùn)周期，人工費用，人員管理；以及使用兩 沖程玩具發(fā)動機(jī)做為飛機(jī)動力裝置所造成熄火迫降或墜機(jī)問題帶來的風(fēng)險等諸多問題，最終放棄了無人機(jī)的使用；另外一個現(xiàn)象

28、就是國內(nèi)一些單位采購的時候，貪大 求全，不考慮飛機(jī)的實際使用，飛機(jī)起飛重量操過18kg以上，甚至達(dá)到30kg以上，這么大一個無人機(jī)重量，而有效載荷又僅僅是一臺單反相機(jī)；從飛機(jī)性能來看，T10最大持續(xù)平飛速度達(dá)到了170km/h，在此速度下，飛機(jī)的功耗只有1200瓦，相對于普通50cc的油動航拍機(jī)140km/h的 最大持續(xù)平飛速度勝出，但是電動的缺點在于在最大持續(xù)平飛速度下，航時會縮短很多（油動飛機(jī)同時在最大油門條件下，航時也會有較大縮短）；根據(jù)我們的測 試，在120km/h的飛行速度下，T10的航時為40分鐘；反之，油動版的T10 在最大持續(xù)平飛速度條件下，同普通航拍機(jī)相比優(yōu)勢就非常明顯了。T

29、10在高低速度特性這方面的為什么會有這樣優(yōu)異表現(xiàn)源于其的氣動設(shè)計，細(xì)節(jié)處理和表面加工質(zhì)量。飛機(jī)的低速特性取決于翼載荷，展弦比，機(jī)翼氣動扭轉(zhuǎn)，所 選擇的翼型的失速特性，機(jī)翼前緣加工質(zhì)量，飛機(jī)表面質(zhì)量等；高速特性和翼載荷，升力面積分布，飛機(jī)的表面粗糙度，飛機(jī)各部件之間的關(guān)系（干擾阻力），機(jī)身 機(jī)翼的型阻有很大關(guān)系；那么我們來看T10這架飛機(jī)，這些參數(shù)的特點。首先翼載荷，T10采用翼身融合結(jié)構(gòu)，機(jī)翼面積達(dá)到了0.94平米，基本跟國內(nèi)15kg到20kg的航拍飛 機(jī)機(jī)翼面積相當(dāng)，而飛機(jī)整機(jī)重量只有7.8kg，小了一半。飛機(jī)重量小的原因在于3點。1 布局的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，翼身融合，無尾布局.2 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和

30、加工工藝。3滾雪球效應(yīng)，當(dāng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量和飛機(jī)的需求功率減小時，發(fā)動機(jī)及發(fā)動機(jī)所需油料,或者說電動機(jī)及電動機(jī)所需電池減小，反過來又 影響所需承擔(dān)這些重量的機(jī)翼面積。如果反過來，增加機(jī)翼面積，增加結(jié)構(gòu)，對發(fā)動機(jī)和油料又提出了要求，導(dǎo)致重量滾雪球上升，這就是大家所熟知的飛機(jī)設(shè)計和 加工的口號： 為減輕每一克重量而奮斗！從阻力角度來看，得益于現(xiàn)代的三維設(shè)計軟件，T10用翼身融合結(jié)構(gòu)，調(diào)整了整機(jī)沿X軸向（機(jī)身縱軸）的截面積分布和機(jī)翼機(jī)身之間的融合和過渡，使氣流能夠 盡量不產(chǎn)生過快的收縮和擴(kuò)張而導(dǎo)致分離；升力面積的分布，按照橢圓升力分布設(shè)計削尖比。將垂尾作為翼尖小翼設(shè)計，降低誘導(dǎo)阻力。前面所提到的更低的翼

31、載 荷，以及使用CNC成型的高精度模具和真空袋壓的加工復(fù)合材料成型工藝保證形狀精度和表面粗糙度，使整機(jī)阻力降低至80km/h 巡航速度下，只需要300瓦的輸入功率。（這一數(shù)字是通過機(jī)載電流電壓表測量得出） 從自動駕駛儀的角度來看，我們做了大量工作，在四五級風(fēng)力條件下，很多人認(rèn)為電動飛機(jī)沒法飛了，但是T10在六級風(fēng)力條件下，以80km/h的巡航速度在 風(fēng)中飛行，給人印象極為深刻，主要原因是使用了高精度的磁航向和完善的控制策略，保持飛機(jī)在空中的位置，始終對準(zhǔn)計劃飛行方向，即使偶爾飛機(jī)地速是跟飛機(jī) 的飛行方向相反。 綜上所述，我們就可以理解飛機(jī)特性是何以如此了。 飛機(jī)的結(jié)構(gòu)材料部分，機(jī)身使

32、用Nomex蜂窩夾心材料，表面為S級玻纖布，局部碳纖維增強的真空袋壓成型工藝。使用這種構(gòu)建方式的主要原因是一些客戶所要 求的電磁環(huán)境干擾和屏蔽的要求；進(jìn)過幾年的不斷測試，重新設(shè)計，彈射器的重量也由當(dāng)初的32kg降低到18kg，由于高原和低溫的要求，彈射器又增強到23kg，可以折疊成小于1.2米的長度，能夠放入捷達(dá)車的尾部或者航空托運；離軌速度達(dá)到了22m/s油動版的T10大黃蜂完成了在海拔3800米高度下起飛，爬升至海拔4500米作業(yè)飛行；同時完成了零下20度條件下起飛作業(yè)飛行。由于這種對于場地幾乎零要求的特性，T10于2011年同電力部門在華北實現(xiàn)了山區(qū)巡線飛行，在山區(qū)沿著山形起伏飛行，拍攝

33、電力線路的情況；完成了A點起飛，30公里外的B點降落的穿越飛行。經(jīng)過種種優(yōu)化之后，同樣搭載5DII相機(jī)，同樣飛行兩個小時，T10起飛重量只有7.8kg，而國內(nèi)用的最多的普通布局的航拍飛機(jī)，起飛重量達(dá)到了 15kg，甚至18kg；T10使用20cc發(fā)動機(jī)，而普通的航拍飛機(jī)使用55cc發(fā)動機(jī)； 圖2-3-3 T10S 及其包裝箱航測無人機(jī)安全性要求1無人機(jī)應(yīng)配備傘降設(shè)備，在無人機(jī)遇到突發(fā)故障時，可通過降落傘減緩下降速度、避免或減小對地面目標(biāo)的沖擊和損害、減小飛行平臺和機(jī)載設(shè)備的損傷；2.設(shè)計飛行高度應(yīng)高于攝區(qū)和航路上最高點100m以上；3.設(shè)計航線總航程應(yīng)小于無人機(jī)能到達(dá)的最遠(yuǎn)航程；4.

34、距離軍用、商用機(jī)場須在10km以上；5.起降場地相對平坦、通視良好；6.遠(yuǎn)離人口密集區(qū)，半徑200m范圍內(nèi)不能有高壓線、高大建筑物、重要設(shè)施等；7.起降場地地面應(yīng)無明顯凸起的巖石塊、土坎、樹樁，也無水塘、大溝渠等；8.附近應(yīng)無正在使用的雷達(dá)站、微波中繼、無限通信等干擾源，在不能確定的情況下，應(yīng)測試信號的頻率和強度，如對系統(tǒng)設(shè)備有干擾，須改變起降場地；9.無人機(jī)采用滑跑起飛、滑行降落的，滑跑路面條件應(yīng)滿足其性能指標(biāo)要求。八、航測無人機(jī)照相設(shè)備現(xiàn)在市場提供的固定翼無人機(jī)有效載荷一般不超過5Kg。因此,這類無人機(jī)不能裝載一般有人駕駛飛機(jī)所使用的重達(dá)百公斤量級的高檔航空相機(jī)。目前大多采用稍為高檔的單反

35、相機(jī),像幅在3K×4K以上。九、航測無人機(jī)選擇參考由 于航測所需的無人機(jī)復(fù)雜程度要高于一般航模，各個設(shè)備之間需要有良好的兼容性，因此，單獨購買設(shè)備組裝調(diào)試難度大，設(shè)備之間兼容性存在一定風(fēng)險，整套設(shè)備 采購是最好的選擇。我所操控的電動無人機(jī)可在距離200米至800米高度作業(yè)，續(xù)航65分鐘，航程可達(dá)70km，搭載450g以內(nèi)的微單，鏡頭可選 16mm，20mm和30mm鏡頭。在500米高度下，航攝地面分辨率可達(dá)0.1米以內(nèi)，單次作業(yè)面積可達(dá)14平方公里。我們公司主要是做4D產(chǎn)品，即DEM（數(shù)字高程模型），DOM（正射影像），DEM（地表模型），DLG（地形圖），從外業(yè)像控測量到低空高清航

36、攝，再到數(shù)據(jù)影像處理都都做。下面是作業(yè)流程：從接到項目開始，首先是用戶的需求：成圖比例，地面分辨率要達(dá)到多少厘米。查看谷歌地圖，查看看地形起伏落差，選擇合適的相機(jī)，鏡頭和相片重疊度，并計算我們無人機(jī)的相對航高（航高必須是高差的6倍以上），航線間隔和拍照間隔。根據(jù)航線間隔和范圍線在谷歌地圖出航線外業(yè)航攝工作也不難，主要是細(xì)心，起飛檢查要仔細(xì)，參數(shù)設(shè)置正確，操作方法得當(dāng)。設(shè)備檢查設(shè)備從組裝開始到完成過程中都要仔細(xì)檢查配件有沒變形，連接是否牢靠有沒有松脫的可能，電機(jī)轉(zhuǎn)動是否順滑，舵機(jī)工作正常與否，電臺通訊是否完全正常，GPS所搜索到衛(wèi)星是否足夠，該初始化的數(shù)據(jù)全部是否完成，航線航點，拍照間隔和拍照點

37、是否正常設(shè)置。相機(jī)設(shè)定：由于巡航速度為72km/h，故相機(jī)設(shè)定為S檔，快門為1/1600到1/1250，用不同的ISO值進(jìn)行拍照，對比照片選擇合適的ISO。迎風(fēng)起飛，飛到空中，切返航，檢查無人機(jī)盤旋狀態(tài)是否穩(wěn)定。爬升到目標(biāo)后切到航線飛行模式，航線中遙控飛手和電腦操作手都要注意觀察衛(wèi)星、飛控和舵機(jī)電池電壓、地速、空速及高度、飛機(jī)姿態(tài)及方位等重要數(shù)據(jù)。為了增加續(xù)航，傘包已經(jīng)拆除，故采用滑降。選擇平坦的草地，水泥地都可以，試過在單車道的水泥地上降落。對 于測繪型無人機(jī)，我們希望是狀態(tài)更穩(wěn)定，續(xù)航長，航程長，載重大的機(jī)型，當(dāng)然重量，速度和續(xù)航之間是很難平衡的，還有電池能夠變輕就好了。當(dāng)然你會說這些 特

38、點油機(jī)都可以做到，我承認(rèn)油機(jī)效率可做到很高。但是相當(dāng)于油機(jī)的操作難度和危險性，電動機(jī)還是有優(yōu)勢的，畢竟油機(jī)不是人人可以操作的起來第三章 攝影測量基本原理(雷雨默,參考原教材)3.1 無人機(jī)空中攝影和航帶計算根據(jù)攝影時攝影機(jī)所處的位置的不同，攝影測量學(xué)可分為地面攝影測量、航空攝影測量和航天攝影測量。地面攝影測量是將攝影機(jī)安置在地面上對目標(biāo)進(jìn)行攝影，用于小范圍的地形測量和工程測量等。航空攝影測量是將攝影機(jī)安裝在飛機(jī)上，對地面進(jìn)行攝影。航空攝影測量是攝影測量最主要的方式。航天攝影測量又稱遙感技術(shù)，它把傳感器安裝在人造衛(wèi)星、航天飛機(jī)上，對地面進(jìn)行遙感，用于資源調(diào)查、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害監(jiān)測、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象

39、、地質(zhì)調(diào)查、地形測繪和軍事偵察等領(lǐng)域。2隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對大比例尺、高分辨率的航空遙感影像的需求也與日俱增，同時對空間信息的現(xiàn)勢性、精度、周期和成本等各方面的要求也越來越高，而傳統(tǒng)的航天和航空攝影越來越顯現(xiàn)出其局限性。例如現(xiàn)有的衛(wèi)星遙感技術(shù)雖然能夠獲取大區(qū)域的空間地理信息，但受回歸周期、軌道高度、氣象等因素影響，遙感數(shù)據(jù)分辨率和時相難以保證。而航空攝影主要采用的是大中型固定翼飛機(jī)，由于空域管制、氣候等因素的影響較大，缺乏機(jī)動快速能力，同時使用成本較高，對測區(qū)面積小、成圖周期短的測繪工程和應(yīng)急測繪項目很不適應(yīng)。3.1.1無人機(jī)攝影優(yōu)點相對于傳統(tǒng)的航天和航空攝影測量而言，之所以基于無人機(jī)的

40、低空攝影測量為危險區(qū)域圖像的實時獲取、環(huán)境監(jiān)測、地理國情監(jiān)測及應(yīng)急指揮需求等，提供了一種新的技術(shù)途徑，具有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。除了攜帶運輸方便、組裝簡單、工作效率高、不必申請空域飛行手續(xù)等優(yōu)勢外，還具有如下優(yōu)勢。1、影像獲取快捷方便無需專業(yè)航測設(shè)備，普通民用單反相機(jī)即可作為影像獲取的傳感器，操控手經(jīng)過短期培訓(xùn)學(xué)習(xí)即可操控整個系統(tǒng)。2、低成本UAV系統(tǒng)及傳感器成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于與其它遙感系統(tǒng)，無人機(jī)（具備飛控系統(tǒng)）市場價格10萬到100萬，各種檔次都有，而相機(jī)整套(機(jī)身加鏡頭)不到2萬，整套系統(tǒng)成本低廉。一般的單位和個人都有能力負(fù)擔(dān)。3、具有機(jī)動性、靈活性和安全性無需專用起降場地，升空準(zhǔn)備時間短、容

41、易操控，特別適合應(yīng)用在建筑物密集的城市地區(qū)和地形復(fù)雜地區(qū)以及南方丘陵、多云區(qū)域。能夠在危險和惡劣環(huán)境下(如森林火災(zāi)、火山爆發(fā)等)直接獲取影像，即便是設(shè)備出現(xiàn)故障，發(fā)生墜機(jī)也無人身傷害。4、受氣候條件影響小只要不下雨、下雪并且空中風(fēng)速小于6級，即使是光照不足的陰天，飛機(jī)也可上天航拍。5、分辨率高、多角度(視角)由于是低航空攝影，一般在云下飛行，使用CCD數(shù)碼相機(jī)作為傳感器，具備垂直與傾斜攝影能力，搭載GPS定位裝置，可低空多角度攝影獲取建筑物側(cè)面的紋理信息，彌補了衛(wèi)星遙感和普通航空攝影遇到的高層建筑遮擋問題。空間分辨率能達(dá)到分米甚至厘米級，可用于構(gòu)建高精度數(shù)字地面模型及三維立體景觀圖的制作。6、

42、影像獲取周期短、時效性強無人機(jī)遙感幾乎不受場地和天氣影響，飛行前準(zhǔn)備工作可少于2個小時，因此可快速上天獲取滿足要求的遙感影像，從準(zhǔn)備航飛到獲取影像周期短，影像獲取后可立即處理得到航測成果，時效性強。3.1.2 無人機(jī)攝影的缺點無人機(jī)低空遙感系統(tǒng)憑借著眾多的優(yōu)勢，在圖像的實時獲取、環(huán)境監(jiān)測、地理國情監(jiān)測及應(yīng)急指揮需求、土地利用動態(tài)監(jiān)測、地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害勘察、地籍測量、地圖更新等領(lǐng)域得到充分的應(yīng)用，但是，與傳統(tǒng)的航天和航空影像相比，無人機(jī)遙感影像又存在以下問題：1、姿態(tài)穩(wěn)定性差、旋偏角大無人機(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

43、較傳統(tǒng)航測來說變化快，致使影像的傾角過大且傾斜方向沒有規(guī)律，且幅度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)航測規(guī)范要求。2、像幅小、數(shù)量多、基高比小受順風(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。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現(xiàn)這一點的，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，基高比也相應(yīng)變小。3、影像畸變大相比較傳統(tǒng)的航空攝影而言，無人機(jī)低航空攝影選取CCD數(shù)碼相機(jī)作為成像系統(tǒng)，而較專業(yè)航攝儀來說，小數(shù)碼影像(普通單反拍攝的)畸變

44、大，邊緣地方畸變可達(dá)40個像素以上。由于無人機(jī)遙感影像的這些問題，給影像的匹配和空中三角測量等內(nèi)業(yè)處理也帶來困難：（1）由于姿態(tài)穩(wěn)定性差、旋偏角大，比例尺差異大，降低了灰度匹配的成功率和可靠性；（2）像幅小、影像數(shù)量多，導(dǎo)致空三加密的工作量增多、效率降低，航向重疊度和旁向重疊度不規(guī)則，給連接點的提取和布設(shè)帶來困難，基高比小無疑對高程的精度也造成一定的影響；（3）如若對于小數(shù)碼影像的畸變差不考慮，直接使用的話將影響空三的精度。 3.2 共線方程3.2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)1、像平面坐標(biāo)系o-xy像平面坐標(biāo)系是定義在像平面內(nèi)的右手直角坐標(biāo)系，用來表示像點在像平面內(nèi)的位置。其坐標(biāo)原點定義為像主點o，一般以航

45、線方向的一對框標(biāo)連線為x軸，記為o-xy。圖3-2-1 像平面坐標(biāo)系o-xy2、像空間坐標(biāo)系S-xyz像空間坐標(biāo)系是表示點在像空間的位置的右手空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)。其坐標(biāo)系原點定義在投影中心S，其x,y軸分別平行與像平面坐標(biāo)系的相應(yīng)軸，z軸與攝影方向線So重合，正方向按右手規(guī)則確定，向上為正。圖3-2-2 像空間坐標(biāo)系S-xyz3、像空間輔助坐標(biāo)系S-XYZ像空間坐標(biāo)系用來表示像點在像方空間上的位置。該坐標(biāo)系的原點在攝影中心S上，其主光軸So為z軸，向上為正；x, y軸分別平行與像平面坐標(biāo)系（o-xy）的x，Y軸且方向一致。圖3-2-3 像空間輔助坐標(biāo)系S-XYZ3、 攝影測量坐標(biāo)系 該坐標(biāo)系的原

46、點和坐標(biāo)軸方向的選擇根據(jù)實際討論問題的不同而不同，但在一般情況下，原點選在某一攝影站或某一已知點上，坐標(biāo)系橫軸(X軸)大體與航線方向一致，豎坐標(biāo)軸(Z軸)向上為正。4、 物空間坐標(biāo)系 之前敘述的4種坐標(biāo)系都是滿足右手定則，然而地面測量坐標(biāo)系滿足左手定則的坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系為，它的X軸的指向為正北，Z軸是以國家黃海高程基準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)測量出的高程值。圖3-2-4 地面測量坐標(biāo)系和地面攝影測量坐標(biāo)系3.2.2 航攝像片的方位元素航攝像片的內(nèi)、外方位元素是建立物與像之間數(shù)學(xué)關(guān)系的重要基礎(chǔ)。在航測中，將攝影瞬間攝影中心S、像片P與地面(物面)E的相關(guān)位置數(shù)據(jù)稱為航攝像片的方位元素。依據(jù)作用不同，航攝像片的

47、方位元素又分為內(nèi)方位元素和外方位元素。1、內(nèi)方位元素投影中心對像片的相對位置叫做像片的內(nèi)方位，它們是：像片的主距f，像主點在像片標(biāo)框坐標(biāo)系中坐標(biāo)。圖3-2-5 內(nèi)方位元素2、外方位元素確定攝影光束在地面輔助坐標(biāo)系中的位置時需要的元素，共有三個線元素和三個角元素。其中，線元素是攝站在地面輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，用以確定攝影光束在地面輔助坐標(biāo)系中的頂點位置；三個角元素用來確定攝影光束在地面輔助坐標(biāo)系中的姿態(tài)。角元素有三種不同的表達(dá)形式：（1）以Y軸為主軸的系統(tǒng)（2）以X軸為主軸的系統(tǒng)（3）以Z軸為主軸的系統(tǒng)圖3-2-6 外方位元素3、 空間直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)的基本關(guān)系 像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)之間的變換

48、是正交變換，即一個坐標(biāo)按照某種次序有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)三個角度即可變換為另一個原點的坐標(biāo)系。 假設(shè)像點a在像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x,y,-f)而同時像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(X, Y, Z)，兩者的正交關(guān)系為:（1）式中R是一個3*3的正交矩陣，得到9個方向矩陣的元素為:（2）3.2.3 共線方程共線方程是描述像點a，投影中心S和對應(yīng)地面點A三點共線的方程。圖3-2-7 圖像點與相應(yīng)地面上坐標(biāo)關(guān)系假定S為攝影中心點，主距為f，在地面攝影測量坐標(biāo)系中，它的坐標(biāo)，物點A是坐標(biāo)為在地面攝影測量坐標(biāo)系中的空間點，a是A在影像上的構(gòu)像，它對應(yīng)的像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（x，y，-f），像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)為

49、（X，Y，Z）。此時a、A、 S三點位于一條直線上，像點的像空間輔助坐標(biāo)（X，Y，Z）與地面攝影測量坐標(biāo)之間的關(guān)系如下：（3）式中：為比例因子。則（4）由像點的像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的關(guān)系可知，（5）（6）其中：為方向余弦分別是像空間輔助坐標(biāo)系各軸與相應(yīng)的像空間坐標(biāo)系各軸夾角的余弦。像主點坐標(biāo)為，帶入（4）得（7）就是常見的共線條件方程式，式中：x, y為像點的平面坐標(biāo)為影像內(nèi)方位元素；為攝站點的地面攝影測量坐標(biāo)；為物方點的地面攝影測量坐標(biāo)。3.3 雙目立體視覺和立體觀測人眼兩瞳孔之間的距離大約為65mm，使得雙眼在一定距離范圍內(nèi)觀察同一日標(biāo)時角度略有不同，這一細(xì)微差別使得同一日標(biāo)投影到左

50、右視網(wǎng)膜上的像略有不同，在視覺上產(chǎn)生差異，這就是雙目視差。雙目視差是反映空間物體深度信息的客觀物理現(xiàn)象，是感知立體知覺的重要生理基礎(chǔ)。人眼雙目視覺模型如下圖所示。計算機(jī)立體視覺正是建立在人雙眼視覺模型之上的。圖3-3-1 人眼雙目視覺模型雙目立體視覺是基于視差，由三角法原理進(jìn)行三維信息的獲取，通常由兩臺相機(jī)的圖像平面（或單相機(jī)在不同位置的圖像平面）和被測物體之間構(gòu)成一個三角形，利用兒何關(guān)系恢復(fù)出物體三維幾何信息。 立體觀察的原理是建立人造立體視覺，即將像對上的視差反映為人眼的生理視差后得出的立體視覺。得到人造立體視覺須具備3個條件：1、由兩個不同位置（一條基線的兩端）拍攝同一景物的兩張像片(稱

51、為立體像對或像對)；2、兩只眼睛分別觀察像對中的一張像片；3、觀察時像對上各同名像點的連線要同人的眼睛基線大致平行，而且同名點間的距離一般要小于眼基線（或擴(kuò)大后的眼基距）。若用兩個相同標(biāo)志分別置于左右像片的同名像點上，則立體觀察時就可以看到在立體模型上加入了一個空間的測標(biāo)。為便于立體觀察，可借助于一些簡單的工具，如橋式立體鏡和反光立體鏡。對于那種利用兩個投影器把左右像片的影像同時疊合地投影在一個承影面上的情況，可采用互補色原理或偏振光原理進(jìn)行立體觀察，并用一個具有測標(biāo)的測繪臺量測。3.4 立體影像匹配影像匹配實質(zhì)上是在兩幅（或多幅）影像之間識別同名點的過程。在數(shù)字?jǐn)z影測量中它是以計算機(jī)視覺代替

52、傳統(tǒng)的人工觀測，來獲取同名像點的，它是數(shù)字?jǐn)z影測量的核心技術(shù)之一。多視影像由于是多幅影像組合而成，因此具有覆蓋范圍廣，分辨率高的特點。鑒于這特點，可以考慮在匹配過程中利用冗余信息，對多視影像中的同名點左邊進(jìn)行快速高效地獲取，繼而獲取拍攝地物的三維特征信息。由于單單使用一種匹配基元或一種匹配策略難以獲取準(zhǔn)確且高效的同名點，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人開始研究多基元、多視影像匹配。43.4.1 影像特征提取特征提取是計算機(jī)視覺和圖像處理中的一個概念。它指的是使用一臺計算機(jī)，以提取影像中同名點的圖像信息，該信息決定影像中的相同特征。特征提取是將影像上的點進(jìn)行歸類，分別劃分為不同的子集，這些子集

53、通常是由一個孤立的點、一條連續(xù)的曲線或一個連續(xù)的區(qū)域組成。影像特征提取一般是依靠影像中灰度的分布情況，來確定特征的位置、形狀以及大小。影像特征的灰度與周圍的影像灰度有比較明顯的差異和區(qū)別。特征通常按形狀劃分，可分為點特征、線特征和面特征。點特征主要包含影像中的明顯點；線特征是線狀地物或面狀地物的邊緣在影像中的構(gòu)像。提取點特征的算子稱為興趣數(shù)字。從點特征中提取的算子較多，比較有名的算子主要有：Moravec算子、Hannah算子Harris算子、和Forstner算子。3.4.2 影像匹配 由于可以應(yīng)用的多個領(lǐng)域中，影像相關(guān)所匹配的對象也是多種多樣的，但是無論是基于光學(xué)相關(guān)、還是電子相關(guān)或者基于

54、數(shù)字相關(guān)等，所匹配的對象也有不同，但其理論基礎(chǔ)都是相同的。5采取在相鄰具有重疊度的影像上提取出相似的兩個特征，然后利用匹配算法將特征點進(jìn)行匹配，然后相對定向得到點集。影像相關(guān)是利用互相關(guān)聯(lián)的函數(shù)，就是特征提取后利用一組參數(shù)對特征進(jìn)行描述，然后利用參數(shù)進(jìn)行特征匹配，即以影像信號分部最相似的區(qū)域為同名區(qū)域，同名區(qū)域的中心點為同名點。（1）基于灰度的影像匹配基于匹配測度為基礎(chǔ)來確定同名點，定義匹配測度是影像匹配最首要的任務(wù)，但是各種不同的匹配測度皆是基于不同的理論方法的定義，因而形成了各種不同的影像匹配方法及相應(yīng)的實現(xiàn)算法?；谙穹交叶鹊挠跋衿ヅ渌惴ǔＲ姷挠校合嚓P(guān)函數(shù)法、協(xié)方差函數(shù)法、最小二乘法、相

55、關(guān)系數(shù)法、差平方和法、差絕對值和法等。（2）基于特征的影像匹配在計算機(jī)或者圖像處理的中，提取是一個很重要處理手段。它是指基于計算機(jī)或者圖像處理時需要提取的圖像信息是否屬于一個圖像的特征。圖像上的特征就是圖像上的點集合組成的一個個點、線、面。而特征提取針對的就是這樣的點、線、面。影像特征點、線、面的提取一般是依靠影像中有關(guān)灰度的分布情況，以此來確定特征的位置、形狀以及大小。影像特征的灰度與周圍的影像灰度有比較明顯的差異和區(qū)別，一般來說，所有同名點的構(gòu)成的點、線、面就組成了特征點。 3.4.2.1 灰度匹配數(shù)字影像是一個二維的灰度矩陣G： 上式中二維數(shù)組中的像元素都代表一個灰度值，其集合組成對應(yīng)著

56、光學(xué)影像或?qū)嶓w的一個微小區(qū)域，稱為像素或者像元素?；叶戎荡硐袼氐牧炕盎叶燃墶?。灰度匹配是指尋找類似的待相關(guān)的一個小區(qū)域的影像的灰度，首先在一張相片上確定一個目標(biāo)點，并以該點周圍選取個點的灰度值矩陣組成一個像素的目標(biāo)區(qū)，在目標(biāo)區(qū)中任意一個像元素的的灰度值設(shè)為（ij=1,2.n），一般取n為奇數(shù)，其圍繞的點即為目標(biāo)點。為了在另一張照片上尋找出同名像點，根據(jù)在第一張像片上的目標(biāo)點的坐標(biāo)概略地估計出它在另一張像片上的近似點的范圍，以此為繞點在其周圍個影像灰度序列，組成一個比第一張像片目標(biāo)區(qū)范圍要大的搜索區(qū)。如下圖所示，在搜索區(qū)尋找同名像點時，若搜索工作在x、y兩個方向進(jìn)行,則是二維相關(guān)的運算。在搜索區(qū)內(nèi)有個與目標(biāo)區(qū)等大的區(qū)域