宽角相机低空航测的精度探讨

郑志连张志宇叶送

1.浙江省第一测绘院；2.浙江省测绘质量监督检验站浙江杭州310012

摘要：近年来我国的低空航测技术得到了全面的发展，这种发展在一定程度上有效弥补了卫星遥感当中的精度不足问题。卫星遥感方式在进行高空航测的过程中会因为受到天气等方面的影响而导致拍摄的影响受到损害，导致精度下降。通过宽角相机进行低空航测一方面能提升影响的精准度，另一方面也能达到三维化的测定，同时达到卫星遥感技术以及高空航测中所难以满足的条件。本文主要对宽角相机低空航测的精度进行了分析和讨论。

关键词：宽角相机；低空航测；精度

前言:近年来我国一直在进行航测方面的研究，为了保证航测的精度提高，可以采取宽角相机的方式来进行低空航测。但在实践当中对此进行研究的并不多，因为现阶段市场上的组合宽角相机总量通常比较高，因此很难在小型的无人机上进行使用，从而导致低空航测难以实现。下面将对宽角相机低空航测的精准问题进行详细的讨论。

一、利用组合宽角相机提升低空航测的精度

（一）单镜头相机的限制

在低空条件下相机的像场角度将给航测的精度造成最为直接的影响。因此，在进行低空航测的过程中首先应当考虑到使用低空航测的方式。但当前阶段来制造高质量的单镜头相机存在着一定的技术性难题，因此可以采取组合相机的方式来实现低空航测。在航测的过程中随着相机的像场角不断的扩大，像场边缘的光强会逐渐降低，从而导致边缘影像出现模糊现象[1]。正是由于这个原因，在数码相机出现以后就不再像从前一样，为了弥补相片边缘的劣质问题，而进行特宽角度的镜头从而来满足航空拍摄的需要。通过数码相机能够实现数字影像之间的拼接，从而满足航测需求。

（二）具有自检校验功能的宽角相机

在组合宽角相机当中，主要的原理就在于将主光轴各项倾斜的镜头所获取的影像进行二次计算，从而形成最终的成像。通常国际中所使用的宽角相机都采取了高精度的光学设计和机械计算，从而实现组合宽角的成像。虽然这种方式有着较高的成像质量，但事实上这种设备的重量却要很高，甚至达到了百公斤重，完全不能应用到小型的无人机上。为了能找到更好的方式来适应小型无人机的低空航测，相关人士开始逐渐的研究组合宽角成像的方法。这种方法中首先采取了特殊的组合宽角度构像方式，将重叠部分的影像能够直接的通过检测进行明确，从而实现航测准确性的提高。通过多个相机曝光延迟的方式会出现生成图像的误差，面对这样的问题可以采取影像匹配的方式来对影像进行视差值的检测，然后通过相应的计算方式来进行计算，实现对影像的动态调整，促使航测的精准度能得到提升。

（三）宽角相机大重叠度的低空航测

进行低空航测要想提升航测的整体影像质量，除了要从设备上采取宽角相机，同时还可以结合大重叠的航空摄影技巧来进行拍摄，从而促使航测的精准度能得到提升[2]。提升低空航测的精度，一定要采取宽角相机的大幅面影响。但是，在航测的过程中每个图像的精准度都会受到影响，出现中间高、边缘低的现象。因此，在实际的操作过程中应当适当的增加航空摄影的影响重叠度。对于数码相机来说，提升重叠度并不会导致作业的效率下降，也不会影响整体的精准度，只不过是重叠度会有所增加，但从整体上来进行比较的话精度要更高，同时性价比也是最高的。

二、实例分析

在本次实例分析当中主要采取的是微山岛地区的影像资料作为了试验的数据，同时对此工程进行了分析。微山岛地区位于我国的山东省境内，是我国北方城市当中最大的内陆岛。该岛屿的地势主要出于西高东低，同时丘陵的面积比较大占到了整体的百分之七十左右，这种地带的航空拍摄工作是比较难进行的，而微山岛地区则是航空摄影测量的难中之难。

在本次的低空航测的过程中，主要根据地形特点以及形状的特点来进行了航测的方案制定，并且采取了无人机低空航测的摄影测量技术。其中传感器的寻找为组合宽角相机，焦距为24mm，像元大小为6um，像幅为7168像素×8192像素，总重量为15千克。在进行航测的过程中总共获取了相机影响9880幅，地面分辨率能够达到4cm[3]。

（一）精度自检

通过地面室外的大型外检校验四个子成像单元镜头的变形、像平面畸变以及个成像单元的位置关系模型参数等来对航测的过程中的成像部分进行修改，将当中的系统误差部分进行明确。在航测的过程中，快门、异步控制等因素所引起的畸变都采取了单元自检的方式来进行了修正。通过试验可以看出，由于运动所引起的畸变能够通过自检矫正的方式来进行控制，并且将这种畸变完全的控制在1个像素之内。因此，可以说宽角影像真正的打破了传统的航空测量当中的技术瓶颈问题，同时也真正的促使立体模型精度得到了上升。图一为相机地面静态检较精度表。

图一

图二为相机飞行动态自检校精度表：

图二

（二）相对定向精度试验

在相对定向精度试验当中，主要采取了实际航拍影响数据来进行了场角与相对定向精度之间的关系分析（图三）。将一个宽角立体影像通过人为的方式来进行三部分裁剪，在大小上都有所不同。然后在外方位元素相同的条件下，三种不同的影响资料在定向结果中所展现出的结果也是有所不同的。从最终的评价表中可以看出，三种方式虽然都采取了消除上下视差的操作手段，但事实上立体像对相对定向精度到，像场角小的相对来说精准度却更高[4]。

图三

（三）航测结果精度试验

首先采取了不同重叠影像平差精度对比的方式来进行了精度试验。在试验当中要选择两条相邻的影像共10张，修改像对间平均重叠度，通过摄影测量空三平差软件来进行控三加密。最终通过结果显示，当中影像的重叠度越高，平差的精度也就越高。在大的重叠度之下还能增加交会角。对不同的重叠度进行测量，高程的精度也会产生变化，因此可以说在高程方向的交会精度会随着影像的重叠度增加而出现变化，逐渐的增高。

然后采取了实际空三加密试验的方式。通过宽角相机低空航测的方式来进行本次试验，并且事先进行了航线上的设计，获取到分辨率比较高的航测影像以及定位相关数据。然后通过现代航测方式来对摄影的比例尺以及重叠角等限制进行突破，并且在最短的时间内通过自动化方式进行内定向相对定向的测量工作，最终获取高精度的外方位元素。根据《1：:50、1:1000、1:2000地形图航空摄影测量内业规范》当中的1:500地形图平面位置中误差来看，所有的数据结果都在规定范围之内，因此说全部都达到了规定标准，并合格[5]。

结语：在上述文章当中主要阐述了几个观点：首先，低空航测的精度是否高与所使用的相机场角之间有着极大的关系，角度越宽，其精度方面也会随之提升，因此，在实际的应用当中应当尽量的选择宽角相机。其次，通过实践分析得出，具有自检功能，同时性能比较稳定的轻小型组合宽角相机比较适用于低空轻载的无人机，在等当前阶段是一种比较新颖的设备，对未来的低空航测也将起到重要的推动意义。此外，通过宽角相机来进行大重叠低空航测，能够有效的增加最终的航测精度。随着时代的进步以及科学技术的发展，在未来的发展中低空航测将的德奥更好的发展，并找到更好的方式来提升航测的精度。

参考文献：

[1]毕凯,李英成,丁晓波,刘飞.轻小型无人机航摄技术现状及发展趋势[J].测绘通报，2015，（03）：6—8.

[2]谢建春,孙丙玉,李文清,王海红.一种低空无人机航摄系统关键技术的试验研究[J].测绘通报，2015，（10）：50—55.

[3]姚驰.降雨量等值线图的自动绘制方法[J].测绘科学，2015，（11）：64—69.

[4]焦明连.专业认证背景下测绘工程专业建设研究[J].测绘科学，2015，（11）：71—73.

[5]丁佩,曹马.基于微型无人机序列影像的快速数据获取[J].测绘通报，2015，（09）：41—46.