数字多影像摄影测量结合倾斜航空摄影在Alaska云下测量飞行进行冰河监测

通常对航空测量来说山区的"恶劣的天气"是正常情况。只有在异常好的天气的情况下垂直航空摄影才可以顺利进行。Alaska的沿海山地的天气严重地阻碍测量的进行。为解决测量飞行的条件远不及理想天气的难题,我们提出了一种方法,目前正联合USGS冰河学部门在费尔班克斯,Alaska进行实验。当前主要研究一种新的其实质相当于高山地形学的方法,高山地形学应用近景遥感方法利用低飞行轻型飞机进行数字倾斜航空摄影测量。目前利用专业相机和多影像摄影测量系统以倾斜航空摄影的方式可以提取DEM(数字高程模型),几乎任何敞开窗户的轻型飞机都可以进行这种倾斜摄影。由于采用这种方式飞机不需要直的飞行航线,可以自由的在目标区域上空和周围飞行。这样飞机就可以与空间目标十分接近,获得非常高精度,精度取决于目标的大小和目标与飞机的距离。更重要的是垂直摄影和"山脉飞行"在任何天气都能够获得数据。这种飞行方式对天气的限制条件很少,这一点与垂直航空摄影方式不同,垂直航空摄影要求碧空,无云,但空中强热流使得这些条件无法满足。尤其是针对海洋高山天气环境这种方法占有优势,由于天气条件造成的延误大大减少了。依赖目标区域位置,低空山谷内部和接近摄影目的地的飞行是垂直的。以这种方法云下飞行,并围绕目标且从目标的各个方向以获得测量图像。如果天气允许,可以使用垂直图像并且成为系统的一部分。通常精度与垂直航空相机水平和航摄员摄影水平有关。目前数字多影像摄影测量的自动表面测量的方法是可行的,并获得质量好的结果。相机与DGPS和INS的结合获得近似的相机位置,使得无需测量目标位置的地面控制点(GCP's)。     

一种航空多光谱数字相机系统的设计与实现

介绍一种基于面阵CCD传感器件的航空多光谱数字相机系统的设计和实现 ,该系统的核心部件是 10 2 4× 10 2 4像元的面阵CCD相机 ,系统采用更换滤光片的方法来获得针对不同应用的最佳多波段组合 ,解决了多相机曝光参数实时控制、多相机同步触发、多通道高速数据采集、图像数据高速记录等问题 ,集成GPS系统 ,并成功进行了一系列地面实验和航空遥感实验     

无人直升机低空数字摄影与影像测量技术

研究和建立了一套无人直升机低空数字摄影与影像测量系统.该系统以无人直升机为飞行平台,以数字相机为传感器,直接获取高分辨率数字影像,具有垂直升降、低空作业、自主飞行等特点.详细介绍了该系统的工作原理,总结了航空摄影关键参数的设计方法,同时,提出了视距网格的飞行模式,增强了系统安全性;利用试验场相机检定的技术,实现了非量测数字相机在摄影测量中的应用.最后介绍了该系统在15 km2大比例尺测绘工程中的应用情况以及综合精度检测结果.     

无人机成像系统调光控制器故障排除方法研究

立体成像分系统是无人机测绘系统的重要组成部分,是一种高分辨率的实时测绘相机,能够快速获取地理环境三维影像信息以及对目标进行快速跟踪定位。测绘相机系统由面阵数字相机、视频摄像机、三轴稳定平台、相机热控单元、组合导航测量单元、升降机构、相机控制器、图像跟踪器、图像压缩卡等组成。     

无人直升机低空数字摄影与影像测量技术

研究和建立了一套无人直升机低空数字摄影与影像测量系统。该系统以无人直升机为飞行平台,以数字相机为传感器,直接获取高分辨率数字影像,具有垂直升降、低空作业、自主飞行等特点。详细介绍了该系统的工作原理,总结了航空摄影关键参数的设计方法,同时,提出了视距网格的飞行模式,增强了系统安全性;利用试验场相机检定的技术,实现了非量测数字相机在摄影测量中的应用。最后介绍了该系统在15 km2大比例尺测绘工程中的应用情况以及综合精度检测结果。     

倾斜影像空间特征映射及检索方法研究与实现

利用多角度相机拍摄的航空倾斜影像具有地面覆盖范围形状特殊、航带间影像几何关系复杂的特征,后续空三处理和三维建模都需要预先恢复像片的实际覆盖范围和各航带像片的序列关系。针对此需求,本文分析框幅式和摆扫式航摄系统获取倾斜影像地面覆盖范围的空间几何特征,利用相机文件和POS数据,设计并实现倾斜影像空间特征管理程序。通过实验证明,其计算结果准确,并可生成kmz格式文件与Google Earth无缝对接。     

面阵摆扫航空相机序列图像的大区域无缝拼接

针对新型航空相机采用高灵敏度、高帧频小面阵探测器,在垂直飞行方向快速往返摆扫成像,图像直接地理定向无法满足大区域拼接精度的问题,该文提出一种面阵摆扫航空相机序列图像大区域无缝拼接方法。采用自由网平差方法提高图像相对位置精度,采用顾及重叠的面Voronoi图方法来生成拼接线网络,利用均值-方差规定化方法进行单幅图像内部匀光,通过辐射空三方法进行区域图像整体匀光,最后通过基于模板的羽化方法来消除拼接线附近的局部辐射差异。通过航空飞行试验数据的大区域自动拼接试验表明,该方法能够实现序列面阵摆扫航空图像在视觉效果上的无缝拼接。     

立体测绘型双翼民用无人机航空摄影系统的实现与应用

按照领域专用、性价匹配的思想,设计并实现了一套满足小区域大比例尺地形图立体测绘要求的无人机航空摄影系统.该系统以双翼无人机为遥感平台,以数字相机为传感器,配置3轴稳定云台,直接获得数字航空影像,具有自主飞行、低空作业、无需机站支持、起降距离短、滑翔性能好等特点.系统包括双翼无人机、飞行自动控制与安全、CCD数字相机、稳定云台、空地无线通讯、地面站和数据处理等7个子系统.分别介绍了系统的总体结构和各子系统的技术状况;分析和比较了系统的GSD、像点移位、基高比等关键参数在保证成像质量和成图精度方面的合理性;报告和展示了系统在广州新客站、丹江口文物考古测量工程的试验情况和部分成果;最后对系统的改进提出了建议.     

无人飞艇低空航测系统自动建模技术研究

探讨了基于无人飞艇载四组合宽角相机低空航测系统的城市三维自动建模技术,实现了一次飞行同时获取城市建筑物4个侧面和顶面的纹理图像,依据组合宽角影像自动提取建筑物高度信息和自动选择最佳纹理图像,基本达到了城市三维建模过程的自动化,大幅度提升了城市三维建模的效率,为智慧城市建设提供了一种全新的技术途径.     

高分辨率CCD数据合成系统的设计

为充分利用航测拍摄间隔的非工作状态时间,本文设计了一个应用于航空摄影测量的大面阵CCD数字相机合成系统。该系统将3路高速CCD相机数据同步后,通过在FPGA内设计SDRAM读写模块和SDRAM控制器,以SDRAM作为高速缓存,并构造图像数据合成单元,实现将多路高速CCD相机图像数据合成为一路数据输出。整个系统时序逻辑控制均在FPGA中完成,改变了传统一套记录单元对应一路相机记录的模式,实现了用一套记录系统同时对3路高速CCD图像的实时记录。在实际航测拍摄间隔大于4s的情况下,仅在约633ms时间内完成了图像合成和实时记录,大大提高了记录系统的效率,降低了系统功耗。     

高分辨率CCD数据合成系统的设计

为充分利用航测拍摄间隔的非工作状态时间,本文设计了一个应用于航空摄影测量的大面阵CCD数字相机合成系统。该系统将3路高速CCD相机数据同步后,通过在FPGA内设计SDRAM读写模块和SDRAM控制器,以SDRAM作为高速缓存,并构造图像数据合成单元,实现将多路高速CCD相机图像数据合成为一路数据输出。整个系统时序逻辑控制均在FPGA中完成,改变了传统一套记录单元对应一路相机记录的模式,实现了用一套记录系统同时对3路高速CCD图像的实时记录。在实际航测拍摄间隔大于4s的情况下,仅在约633ms时间内完成了图像合成和实时记录,大大提高了记录系统的效率,降低了系统功耗。     

无人机倾斜摄影冗余数据删除算法

多镜头倾斜摄影测量技术同时从多个角度对地表成像,当无人机在临近测区边界飞行工作时,部分镜头拍摄的图像超出了测区范围,因此多镜头倾斜摄影测量技术通常存在大量冗余图像,冗余数据的存在导致后期的空三解算以及实景三维建模效率大大降低。针对这一问题,以5镜头倾斜相机为例,结合POS数据、相机参数、飞行参数等建立拍摄瞬间成像模型,快速解算每一张图像和测区范围之间的空间位置关系,从而删除冗余数据。实验证明,删除冗余数据,效率获得极大提升。     

无人机遥感监测系统研究

为了满足遥感应用对大比例尺、高分辨率的低空数字航空影像的需求,中国测绘科学研究院研制了无人机遥感监测系统UAVRS-Ⅱ.该系统运用了以下关键技术:①以面阵CCD数码相机、单轴稳定平台作为机载遥感设备;②研制了遥感设备控制系统,依据实时的传感器参数,控制遥感设备的姿态和曝光间隔;③地面监控系统是该遥感系统的重要组成部分,集3S技术和相关技术于一体;④利用一个两步法的相机检校方法对数字相机实施了标定;⑤利用大倾角空中三角测量、半自动匹配等技术开发了影像后处理软件.实验结果表明以该系统实施的航空摄影和数据后处理获得了预期的效果.     

Pictometry倾斜摄影技术及其在3维城市建模中的应用

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术.它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限,通过在同一飞行平台上搭载多台传感器,同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像,将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界.倾斜影像技术的引进和应用,使得目前高昂的3维城市建模成本将得以大大降低.由于倾斜影像为用户提...     

全数字、全自动精确获取地理信息的产品--高分辨率航空立体相机HRSC-A

介绍了最初为火星飞行计划而开发的数字相机的各种可能的航空应用.这种多光谱、多线条和多立体遥控自动扫描设备能提供分辨率为10～20cm的数字正射影像和数字地面模型.当测量高度为6000m时,像素尺寸为24cm,并且在x,y方向的精度为 20cm,z方向的精度为 30cm.从1997年5月进行第一次航空试验以来,HRSC-A系统已经成功地应用在各种领域.本文是结合DLR、ISTAR(法国)和Geodan geodesie(荷兰)的共同努力而完成的,对电信网络规划、GIS应用、3D模型、环境监测、地图制图/地图更新和可视化等应用领域进行了重点试验.     

全数字，全自动精确获取地理信息的产品—高分辨率航空立体相机HRSC—A

介绍了最初为火星飞行计划而开发的数字相机的各种可能的航空应用,这种多光谱,多线条和多立体遥控自动扫描设备能提供分辨率10－20cm的数字正射影像和数字地面模型,当测量高程为6000m 时,像素尺寸为24cm,并且在x,y方向的精度为√20cm,z方向精度为√30cm,从1997年5月进行第一次航空试验以来,HRSC－A系统已经成功地应用在各种领域,本文是结合DLR,ISTARI（法国）和Geodan geodesie（荷兰）的共同努力而完成的,对电信网络规划,GIS应用,3D模型,环境监测,地图制图／地图更新和可视化等应用领域进行了重要试验。     

大范围倾斜多视影像连接点自动提取的区域网平差法

提出了一种大范围倾斜多视影像自动连接点提取和光束法区域网平差算法。首先利用POS数据对倾斜影像进行矫正并预测候选像对,使用SIFT特征进行影像匹配;然后利用并查集数据结构实现多视影像间连接点对应关系的快速确定;最后将POS数据和控制点数据作为带权观测值进行平差解算。选取3种典型的倾斜相机系统(组装轻量级倾斜相机、国产SWDC-5相机、微软UltraCam相机)进行了试验,结果表明,本文算法能够适应国内外流行的倾斜摄影系统,且一次性可处理的影像数目超过2000张;在相同条件下倾斜影像光束法区域网平差的整体精度优于传统垂直摄影情形,实际精度可以达到水平方向0.75 GSD,高程方向2.0GSD。     

组合宽角低空航测相机关键技术研究

近年来,摄影测量技术发展迅猛,特别是低空航空摄影平台的出现,很好地弥补了传统卫星遥感、常规航空摄影测量在时效性、灵活性方面的不足。借助低空摄影的光学优势能够获取传统航空摄影和卫星遥感无法比拟的高分辨率影像,可以实现航空摄影测量大比例尺成图的目标。符合低空航空摄影的成像系统,发展较为滞后。现有很多低空航摄影测量平台普遍搭载单个普通数码相机进行航空摄影,存在航空摄影数据采集效率低、有效数据量小、数据处理难度高以及成图精度不高等问题;再有,传统的航空摄影测量相机及国内外成熟的组合宽幅航空相机系统又缺乏进行低空航空摄影测量应用的客观基础。研究适合于低空航空摄影的成像系统对于低空航测应用发展非常关键,是解决低空航测现存问题的一个有效途径。低空航测成像系统目前最主要的问题是数据的获取效率和精度,根本原因在于相机像幅以及视场角大小的问题。解决这一问题的根本途径是研究适合于低空航空摄影的宽幅面、宽视场角相机系统。对于数字相机而言,像幅受材料以及制造工艺限制,视场角受光学镜头的光学性能限制,很难有所突破。但是数字相机影像的可拼接性提供了另外一种可能途径,即多传感器组合成像,利用多个小像幅相机构造拼接成一个近似单中心投影的宽幅面航空相机,从而提高影像像幅和视场角,达到宽幅面大视场成像的目的。本文主要研究工作如下:(1)研究了低空航空摄影的光学理论基础。系统分析了低空航空摄影光学条件,结合光度学理论详细论述了低空航空摄影光度学优势,以及单镜头成像系统低空宽视场成像的劣势,阐述了利用组合成像技术来实现低空宽角成像的必要性和可行性。系统总结了当前摄影成像相机系统的发展现状,归纳了现有组合成像系统的特点和优势,分析了利用组合成像技术来提高影像像幅和视场角数学原理。在对比分析现有组合相机几何构造、成像单元数量、拼接模型的基础上,确定了利用五个数码相机采用组合成像技术来构造组合宽角低空航测相机的研究目标。(2)研究了基于地面三维检校场的低空组合宽角相机的静态误差高精度检校方法。理论推导了低空组合宽角相机的几何成像数学模型,定义了相机之间以及虚拟影像空间坐标系统,建立了各个独立光学结构(子相机)之间,及其与虚拟影像之间的严格几何数学模型。理论分析了组合宽角相机几何成像数学模型误差,将其归纳为地面静态误差和飞行动态误差两个部分。并研究了利用地面三维检校场来实现其静态误差的几何标定。静态误差几何标定主要包括单相机几何畸变误差的高精度标定和组合相机联合空间关系标定两个内容,详细论述了其算法原理和实现过程,最后通过实验结果分析了其精度和可靠性。(3)研究了基于影像全部像元参加的低空组合宽角相机飞行动态误差自检校模型求解与全局优化方法。自检校的目的是对相机飞行过程中由于系统和环境变化等因素导致的动态误差进行补偿。首先,理论推导了本文采用的自检校联合平差数学模型,该模型顾及了飞行过程中可能导致的相机系统间的空间位置和姿态的微小变化,将这种微小变化的检测转换为重叠区影像的视差值。其次,论述了利用重叠区匹配同名点求解自检校模型参数的基本原理和方法,并结合本文组合宽角相机特点,设计了一种影像快速匹配策略,进而实现自检校模型求解;在此基础上,通过对影像匹配性能的分析,以及基于特征点匹配来求解自检校联合平差模型存在的局部最优问题,提出了一种影像重叠区全部像元参加的几何匹配方法来实现对自检校模型求解的全局优化算法,对算法思想和原理以及求解过程进行了详细论述。最后通过对比实验分析了自检校模型求解的精度,验证了算法的有效性。(4)研究了宽角相机与稳定平台的集成。分析了稳定成像对于低空航空摄影成像质量和数据处理精度的影响,指出稳定成像对于组合宽角低空航测相机的重要意义。首先,理论分析了低空飞行平台的不稳定对于低空航空影像光学和几何性能的影响,以及飞行平台不稳定导致的影像质量下降、数据处理难度增大、处理精度降低等问题;其次,介绍了一种适用于无人飞艇等飞行器的三轴稳定平台结构及其控制原理,并通过对比试验来分析稳定成像对于低空航测精度的影响,指出了低空稳定成像对于低空组合宽角相机系统数据获取和处理的重要意义。(5)通过具体的航空摄影工程实例阐述了利用低空组合宽角相机进行航空摄影作业的数据处理实际流程,并分析了不同类型地形数据自检校拼接的精度分布,展示了其相关数据产品成果情况,结合影像空三处理结果分析了其精度。实验结果反映了组合宽角低空航测相机的作业能力。     

非垂直摄影条件下相对方位元素解算方法研究

改进了传统近似垂直摄影条件下的立体像对相对定向算法,提出了一种基于倾斜摄影条件下的解算立体像对相对方位元素的新算法,并将其应用于不同视角倾斜影像组成的立体像对的相对定向。以单独像对相对定向系统为基础,重新推导了小倾斜情况下的共面条件方程形式,进一步分析了大倾斜情况下的解算工作,给出了重新确定相对方位元素初值和对倾斜像片像点坐标进行旋转变换这两种方案。为了验证本文方法的正确性,用Z/I DMC面阵数字相机拍摄的嵩山地区检校场的航空影像进行测试。实验结果表明:本文提出的方法能够解决倾斜摄影条件下非下视影像或旋角过大影像的相对定向问题,解算结果满足了相对方位元素精度要求。     

倾斜立体影像匹配若干问题研究

倾斜摄影技术是近年发展起来的一项高新技术.航空倾斜摄影系统颠覆了以往只能从垂直角度拍摄的局限,通过在同一飞行平台上搭载多台传感器,同时从垂直和倾斜角度采集影像,将用户引入了符合人眼视觉的真实直观世界,已成为当前获取空间信息的有效方式之一,在三维城市建设等领域有着独特的优势.由于在获取影像过程中传感器视角发生显著变化,导致影像间存在较大的几何和辐射畸变、同名区域遮挡等问题,加大了计算机自动确定同名特征的难度,直接导致了倾斜影像空三解算及地物空间信息提取相对传统航测影像更为困难.因此,研究倾斜立体影像的可靠自动匹配算法对推动倾斜航空摄影测量快速发展具有重要的理论和实用价值.