解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图1)

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图2)

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图3)

点击上方蓝字关注我们

  倾斜摄影技术作为一项已经成熟应用的新兴测绘技术,被越来越多的测绘人和行业应用者所接收和使用,倾斜摄影技术搭配无人机系统更是让这种技术在轻便化、经济化、实用化、高效化的方面上不断取得突破。

  然而,我们一旦去了解倾斜摄影的硬件产品,就会发现倾斜摄影相机镜头数千奇百怪,单镜头、双镜头、三镜头、四镜头、五镜头,甚至是九镜头都能找到相关的产品,多镜头相机的数据采集办法也是各不相同,旋转式、摇摆式、一次曝光式,多镜头相机所做出来的模型效果和质量也是参差不齐。

  在这种百家争鸣的倾斜摄影硬件市场下,本人谨从自己的经验和观点出发,给大家分析分析从多种角度不同种类倾斜摄影硬件产品的使用利弊及作业效果。

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图4)


什么是倾斜摄影? 

倾斜摄影是近些年测绘行业发展起来的一种热门的新兴技术,主要是以任务无人机平台为载体携带多个相机传感器在飞行状态下同时作业,从而获取垂直、多个(一般情况下为4个)不同倾斜角度采集的影像,将采集的不同方向的影像与POS信息一一对应,使用ContextCapture、DP-Smart、PhotoScan等融合正射和倾斜影像实现建筑物三维模型的建立及侧面纹理贴图采集和生成。其后在图形运算单元的基础上,使用无人机平台获取的倾斜影像数据经过几何纠偏、联合平差、点云生成、三角网构建、自动赋予纹理等环节建立三维模型。

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图5)




为什么用复合翼? 如今,全国各地相继开展地籍测绘工作,外业工作量较大、任务时间要求紧迫、测图成果精度要求高,而传统测图方式的人力投入大、时间周期长。随着无人机倾斜摄影技术的不断发展成熟,使用该技术进行三维实景建模已经是测绘的趋势。目前测绘业内许多单位已经通过旋翼无人机搭载倾斜相机进行倾斜摄影测图成果的生产,但是由于多旋翼无人机平台有效作业时间短、一次任务飞行作业覆盖面较小、外业飞行效率低下等缺点。使用垂直起降固定翼无人机搭载倾斜摄影相机进行三维测图成果生产势在必行。


灵鹊倾斜摄影系统 灵鹊LQ-216小型高效无人机平台是爱生无人机针对多个行业应用推出的一款复合翼垂直起降无人机平台。平台采用固定翼结合四旋翼的复合翼布局形式,以简约、高效、可靠的方式解决了固定翼无人机垂直起降的难题,兼具固定翼无人机航时长、载重大、控制半径广的特点及多旋翼无人机垂直起降的功能。使用复合翼无人机做三维测图,因为航速较快,有两个突出的问题亟待解决,一是像移较大,会引入一定误差,另一个是倾斜摄影传感器需要具备高速采样能力。为了更好的适应倾斜摄影的需求,灵鹊LQ-216无人机测绘版相较标准版增加了云台减震结构设计,根据单个减震球承受的重量以及不同震动频率下的震动吸收效果选取四组对称减震挂件设计,并对其减震效果不断进行测试优化,达到在采集各个航片图像信息时吸收化解无人机平台自身震动,优化“第一手”的成像效果的作用。同时系统搭载全画幅倾斜摄影相机,内置双高斯结构镜头和超低色散非球面镜片,可以补偿像差、提高锐度、降低色散,从而补偿了一些因为像移导致的误差。同时高同步性相机控制模块将相机同步性控制在1.5ms,最小曝光时间间隔达到0.6s,这保证了复合翼在高速飞行下相机的同步性和航片重叠率。采用以灵鹊LQ-216平台为核心的倾斜摄影系统一次飞行作业即可完成20平方公里各个航片方向的影响信息采集,改变传统航测模式,极大的降低航测工作的人力物力成本。

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图6)

  镜头的性能指标

  现在考量倾斜摄影相机的硬件指标无非是以下几个方面:

  单相机像素——倾斜摄影相机是由多个朝向不同角度的单相机组成,通过采集不同角度的图像数据,来获取倾斜摄影建模的原始纹理数据,单相机像素就决定了倾斜摄影相机单角度数据的采集能力,根据倾斜摄影相机使用单相机的不同,像素大小也不同,从这一点分析,多镜头相机无法做横向对比,行业内目前主要像素排布有2010万、2430万、3640万、4240万。

  相机总像素——总像素一直是多镜头相机厂商竞争十分激烈的一项指标。五镜头相机计算五个朝向相机合计的像素总数,双镜头等相机按照曝光模式来决定总像素,例如双镜头旋转曝光,一组拍摄四张,则按照(单相机像素*4)来计算总像素,双镜头摇摆式曝光,一组拍摄6~8张,则按照(单相机像素*6)或(单相机像素*8)来计算总像素。

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图7)

  画幅大小——数码时代的不同画幅指的是各种大小的传感器,在同样高度使用同样焦距的镜头来进行航摄,画幅越大,所能采集到的地面面积则越大。不同镜头数的倾斜摄影相机,在画幅参数上可做选择,无横向对比的必要。

  镜头焦距——用于无人机航测的相机焦距一般是调焦到无穷远,镜头长焦距,保证无人机挂载下几百米航高下仍然能够获取高分辨率地面影像。倾斜摄影相机的焦距多采用10.4mm,16mm,25mm,35mm,50mm等,一般推荐定焦25mm,35mm,50mm镜头,适合多环境大场景倾斜航测。

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图8)




免像控/稀少控制 灵鹊倾斜摄影系统集成GNSS定位系统,通过后差分解算出高精度的POS信息,将高精度的POS信息应用到影响处理系统,在确保航测精度的前提下,大大减少单位测区像控点的布设数量。在人无法抵达的工作区域比如湿地或山区,则无需深入测区布设像控点,综合成图精度达到厘米级,最高满足1:500的成图要求。

精度高

平面精度<10cm

  整体重量——很明显,倾斜摄影相机的单相机数量越少,整体重量是越轻的,因此,双镜头对比五镜头在产品重量上占有一定的优势,但是和倾斜摄影技术发展初期,用完整的单相机做集成不同,现在市面上部分倾斜摄影厂商在单相机减重拆解上下了大功夫,投入了不小的研发力量。五镜头相机以济南赛尔无人机为代表数码相机参数,五镜头相机重量在1.5KG左右,这是五镜头相机拆解减重上一个较为合适的重量比例了。

  而双镜头相机,行业内在售的产品,基本对单相机都是没有进行拆解减重的,因此除了单相机的重量,还需要计算双镜头相机电子云台的重量,包括结构重量和转子电机的重量。

高程精度<20cm

效率快

5平方公里一般测区像控点布设数量

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图9)

普通航测模式 40-50个

后差分模式  5个




航线规划与POS检测
 采用灵鹊垂直起降无人机搭载倾斜相机进行倾斜摄影测图,采用全自主航线规划软件。根据用户方对三维建模成果精度的要求、复合翼无人机作业航速、相机快门速度和存储速度、预设的旁向重叠度和航线重叠度就可以自动规划出航线。同时考虑到倾斜模型的建模要求可以手动对航摄区域进行外扩,外扩范围根据相对行高确认。作业结束时根据POS数据以及影响数据,可以对航空飞行数据的质量进行检查。检查输出报告包括航向/旁向重叠度直方图、影响空间分布图,为下次航测作业提供科学建议及决策。


作业流程与成果 

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图10)

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图11)解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图12)解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图13)


行业应用 地籍测绘/房地一体化调查:地籍测绘是利用测绘技术来获取真实、准确的地籍信息,构建健全的地籍档案,并对地籍实施综合管理。在地籍测绘/房地一体化调查中对灵鹊倾斜摄影测量技术进行有效应用,可以提高地籍测绘的质量。倾斜摄影测量技术还可以减少地籍测绘/房地一体化调查工作的难度,确保测图的真实性与准确性,减少传统测图成果与实际情况的差异。
资源调查:工程建设的外在环境在不断地变化着,输电线路走廊规划设计同时也面临着更大的挑战,灵鹊倾斜摄影测量技术的应用可以改善传统测图技术应用中存在的诸多问题,通过多个角度对区域环境进行测量,并且利用测图数据构建实景三维模型,可以将输电线路走廊资源情况明确的体现出来,工程建设整体的效率和准确可以得到有效保证,减少了工程建设成本的投入。
城镇违法用地监测:国内城镇违法用地和违章建筑监测多采用传统卫星遥感及实地考察的方式,存在工作效率低、成本高等问题,而使用灵鹊无人机倾斜摄影可以方便灵活的监测城镇违法用地,监测系统的应用有利于提高城镇违法用地监测的精准度及工作效率。
历史建筑普查:历史建筑普遍都是点状分布、密集程度低、规模较小、类型多样化每一处的采集都需要大量的标高数据、特征点数据和地形数据,传统测图方式效率低下,无法满足测图需要,而基于灵鹊倾斜摄影技术的实景三维模型的测绘方式,不仅可以一次性完成测绘外业作业,还可提供针对历史建筑多维度纤毫毕现的展示效果。
城市规划:灵鹊倾斜摄影测图能够给城市规划决策工作提供较好的协助,科学规范的融合BIM技术手段,规划和设计城市原有街区,直观性增强,并且能够保留下城市建筑中原有部分,使其和更新部分共生。同时在城市规划设计与管理环节进行中,改造城市街景、设置广告等方面的辅助决策中,倾斜摄影测量发挥着显著优势,其能够跟随设计者、观赏者的视角、完整的观察整个城市规划建设情况。
矿山测绘:在采矿作业的规划和设计的早期阶段,灵鹊倾斜摄影的主要用途是提供数据进行大地测量及其制图。高精度的数据采集可以优化山区物体的特征结构,增加与城市规划的一致性,并提高后期挖掘作业开展的可靠性,使采矿作业的效率最大化。解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图14) 

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图15)

  镜头的航测作业

  井字型作业法。单镜头相机在倾斜摄影技术发展的初期常采取“井”字型的航飞作业办法,即镜头朝向一个角度,然后采取密集航线,交叉飞行的办法来采集数据。这种采集办法效率较低,作业复杂。

  双镜头作业法。双镜头倾斜摄影相机无论是摇摆式拍摄,还是选择式拍摄,均有两种曝光作业办法。

  一,持续飞行曝光,即在航线中,无人机保持匀速飞行,相机在曝光点进行曝光一次,然后紧接着曝光第二次,来获取一组数据。这种连续飞行的作业办法,一组照片,两次曝光间隔,实际的曝光地点因为飞行速率的存在,是存在定位误差的。

  经小编实测市场双镜头产品的空三计算,大部分均存在分层,交错的问题,需要反复进行空三计算来纠正,这无异于加大的工作量,降低了工作效率。

  二,停止飞行曝光,即在航线中,无人机在曝光点悬停在空中,相机进行一组曝光后,再飞往下一个曝光点,这种做法很明显,作业效率低,不做推荐。

  三,双镜头飞行作业过程中,易造成照片曝光的波动性,产生畸变,不利于后期的数据处理和纠正。

  五镜头作业法。五镜头相机在一个点位上统一曝光,一次曝光,获取前后下左右五个视角的照片,因此可以在稳定匀速行驶的无人机平台上稳定的获取曝光的数据。

  数据处理过程

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图16)

  从建模效果来看,无论是摇摆式的双镜头,还是旋转式的双镜头,其朝向角均缺少下视镜头,下视镜头的缺失导致了类如建筑间缝处等地物场景的地方缺少原始数据,导致后期建模过程中细节不足,出现空洞。

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图17)

  上述列举的是双镜头在这几个方面的问题,而五镜头相机可以很好的规避这些问题。

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图18)

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图19)
长按识别图中二维码可以快速添加我们客服号!

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图20)
长按识别图中二维码可以快速关注我们!

解码双镜头、五镜头倾斜摄影无人机横看成岭侧成峰丨灵鹊复合翼+倾斜摄影,细节纤毫毕现(图21)