高性能无人机倾斜摄影系统

HEX-5无人机搭载五镜头倾斜摄影

近年来软件和硬件的支持给实景三维建模带来改革性的变化,越来越多的企事业单位都开始使用无人机倾斜摄影三维建模,那么无人机倾斜摄影测量由那些设备组成呢?

现行市场上最主流的航测设备硬件解决方案:

飞行与数据采集平台

相机作为高性能的倾斜摄影方案,在保障无人机飞行平台性能,航时(电驱动作业时间50分钟),操作性(平板地面站系统/军工地面站系统,规划航线,一键作业,自动起降),稳定性(军工级飞控,安全稳定,断桨保护,电压保护),作业精度(自带POS信息,RTK/PPK差分定位系统)在搭载赛尔无人机多型号的五镜头倾斜摄影相机时的性能表现也有区别:

1、大疆经纬M300 RTK——包含飞机的基本组件起落架、电池组、电池箱(选配)

2、赛尔五镜头倾斜相机 PSDK 102S

3、飞机遥控器+地面站控制软件 DJI Pilot

1、100S五镜头相机,>1.2亿像素,APS画幅,无续航限制,35mm定焦测绘镜头,含快拆减震云台,仅重1.5KG!

倾斜摄影系统简介,教你选择最适合的航测设备倾斜摄影系统简介,教你选择最适合的航测设备

GNSS定位系统

1、地面GNSS单基准站或者千寻CORS网络基准站

2、地面像控点RTK移动站数据采集设备

扒一扒国内做得比较优秀的无人机倾斜摄影公司——贰

赛尔无人机-100S五镜头倾斜摄影相机

倾斜摄影系统简介,教你选择最适合的航测设备

在介绍完无人机倾斜摄影测量系统最主流的组成后,我们将为各位普及无人机飞行平台包含哪些种类?目前的航测相机有哪些?什么是免像控目前的航测系统是如何做到免像控的?

2、200S五镜头相机,>1.8亿像素,全画幅,无续航限制,35mm定焦测绘镜头,含快拆减震云台,仅重2KG。

无人机平台

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赛尔无人机-200S五镜头倾斜摄影相机

3、S-200五镜头相机,>2.1亿像素,全画幅,无续航限制,35mm定焦测绘镜头,含快拆减震云台,重2.4KG。

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赛尔无人机-S200五镜头倾斜摄影相机

倾斜摄影技术在海外应用和国内早期市场皆由飞机搭载大型工业级五镜头倾斜摄影相机来实现外业数据采集数码相机资讯,设备成本高昂,应用领域难以拓展,采集方式不够灵活,设备使用专业要求较高是长期以来的痛点。

由于**近几年来房地一体、智慧城市、基础建设、自然资源等**级的测绘机遇,为创新的航测软、硬件研发创造了良好的市场土壤,无人机航测快速崛起成为传统航空摄影测量手段强有力的补充,具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点,在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。

随着无人机与数码相机技术的发展,基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势,无人机与航空摄影测量相结合使得“无人机数字低空遥感”成为航空遥感领域的一个崭新发展方向,无人机航拍可广泛应用于**重大工程建设、灾害应急与处理、国土**、资源开发、新农村和小城镇建设等方面,尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。现行用于航测的无人机主要有复合翼无人机和固定翼无人机。

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固定翼无人机

固定翼无人机通过动力系统和机翼实现起降和飞行,遥控飞行和程控飞行均容易实现,抗风能力也比较强,是类型最多、应用最广泛的无人驾驶飞行器,其发展趋势是微型化和长航时。固定翼无人机具有结构简单、加工维修方便、安全性好、机动性强等特点,其起降要求场地空旷、视野好,在起降场地受限时无法发挥作用,为了实现稳定性和起降条件的局限,很多固定翼无人机与多旋翼结合,实现垂起固定翼,既保证了飞行的长时间续航,也实现了起降悬停的便捷性,长航时固定翼无人机的体积一般比较大,续航时间可达到10h,可同时搭载多种遥感传感器。

再给大家分享一些五镜头相机和无人机飞行作业的照片

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M600PRO无人机搭载100S相机悬停测试

多旋翼无人机

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M600PRO无人机搭载S100相机交付

多旋翼无人机具有良好的飞行稳定性,对起飞场地要求不高,适用于起降空间狭小、任务环境复杂的场合,具备人工遥控、定点悬停、航线飞行等多种飞行模式,在城市大型活动应急保障、灾害应急救援中具有明显的技术优势。比较有代表性的是自转多旋翼无人机和多旋翼倾转定翼无人机。

飞行平台

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HEX-5无人机搭载100S五镜头交付飞行

多旋翼无人机

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来源:赛尔无人机 侵删

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固定翼无人机

优势

轻便,造价相对低廉,可以定点悬停

续航时间长,抗风性能好,拍摄幅面广

适用

航拍,环境监测,侦查,特殊物体运输等小区域应用

航测、区域监控、管道巡线、抢险救灾、应急通信等大区域应用

时长

25min—50min

90min—150min

航测相机

无人机倾斜摄影技术是通过无人机低空摄影获取高清晰影像数据,通过重建软件生成三维点云与模型,并结合无人机定位信息、相机姿态信息,获得地形、地面物体等三维坐标值,实现地理信息的快速获取。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,从多个角度采集影像。在土地调查、农村地籍测绘、河湖治理、不动产确权、工程测量、建筑施工、农业林业、智慧城市、交通规划、BIM 设计、GIS 信息系统等领域都有广泛的应用场景,在实际作业中发挥着越来越重要的作用。

倾斜摄影系统简介,教你选择最适合的航测设备

航测相机是倾斜摄影测绘过程中的重要组成部分,目前倾斜相机有很多种产品市面上单镜头、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,不同的多镜头相机建出的模型各不相同。

不同的相机涉及到的参数有单相机像素、相机总像素、画幅大小、镜头焦距、整体重量;

相机像素:总体来说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,像素越高效果越好;相机总像素这个是同一时间段拍摄的照片数乘以单相机像素;

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画幅大小:是指相机传感器的感光大小,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,画幅的大小在一定程度上可以提高数据采集效率;

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镜头焦距:是指镜头光学后主点到焦点的距离,是镜头的重要性能指标。镜头焦距的长短决定着拍摄的成像大小,视场角大小,景深大小和画面的透视强弱,从测绘角度来说合适的焦距和飞行高度决定着影像分辨率,从而决定着测量精度;

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整体重量:从飞机角度来看重量越小越好,从而可以延长飞行时间,进而提高单架次数据采集效率。在这些参数中共同决定着最终的成果的好坏。

倾斜摄影系统简介,教你选择最适合的航测设备

镜头数量:从实景三维建模效果来看,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;而单相机摇摆式5向镜头采集相机在效率上则会大打折扣,这些原因导致后期建模过程中细节不足,出现空洞,而五镜头相机可以很好的规避这些问题。

倾斜摄影系统简介,教你选择最适合的航测设备

以赛尔无人机全新研发的五镜头倾斜摄影旗舰相机赛尔202S为例,相机总像素达2.1亿由五个4200万像素全画幅ExmorR CMOS背照式影像传感器集成,完美打通多种通信、控制协议,不仅可搭载市面上主流的多旋翼与固定翼无人机,而且各种机型皆可实现高精度免像控航测。全画幅、高像素、高集成、航线少、航速快、航片质量高等独特优势可有效助您外业提升效率,内业降低成本,构建高质量数字资产,成就新一代倾斜摄影相机旗舰级标杆。

免像控原理

赛尔无人机全系列航测相机产品率先完全做到免像控,那么什么是免像控,原理和意义是什么?

1)传统的摄影测量方式

传统的测量方式是通过架设GNSS单基站服务,通过移动站RTK的方式采集像控点,就单张照片来说至少需要3个像控点。摄影测量主要是需要确定内方位元素和外方位元素,确定了内方位元素和外方位元素后即可通过共线方程进行加密点坐标测量。

外方位元素:外方位元素是摄像瞬间,摄影光束的空间位置和姿态。一张影像的外方位元素包括6个参数:3个线元素摄影中心S在所选定的地面空间坐标系中的坐标值,用Xs,Ys,Zs来表示;3个角元素描述摄影瞬间,摄影像片在所选定的地面空间坐标系中的空间姿态,常用omega、phi、kappa表示。

内方位元素:唯一确定摄影中心S与所拍摄像片P的相对位置关系,根据此相对位置可以恢复摄影时光束的形状。包括:焦距f、像主点偏移X0、像主点偏移Y0。

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共线条件方程

①单张像片后方交会,利用共线条件方程解求像片的外方位元素:假设已知一张像片上三个以上不在同一条直线的像点坐标及其对应的物点坐标,则根据共线条件方程可求得该像片的外方位元素。

②空间前方交会,可利用共线条件方程求解地面点坐标:假设已知相邻两张像片的外地面点坐方位元素,同一个地物点在两张影像上的像点坐标,则可以根据共线条件方程解求标(X,Y,Z)。

2)赛尔航测相机免像控原理

摄影测量的核心就是需要航测过程中的内方位元素、相机畸变和外方位元素,赛尔相机能够做到免像控根本原因是能够确定航测过程中的内方位元素、相机畸变和外方位元素。

相机的内方位元素赛尔相机每台出厂相机都会经过严格的标定,在出厂的时候就会给出相机的出厂内方位元素;相机的外方位元素则通过无人机高精度的定位坐标和姿态给出,通过TimeSync 系统对相机镜头光心位置和 RTK 天线中心点位置进行补偿为影像提供更精确的位置信息和姿态信息。通过时间同步系统能让每个镜头的坐标都是准确的。 相机畸变是什么呢,针孔相机模型是理想的成像模型,但是真实的针孔不聚光。为了获得更好的成像效果,在相机前方会加入透镜,透镜的加入使得光线的传播不再遵循针孔相机模型,会引入径向畸变和切向畸变。

切向畸变:径向畸变又分为正向畸变和负向畸变,正向畸变称为枕形畸变,负向畸变称为桶形畸变,是指光线在远离透镜中心的地方比靠近中心的地方更加弯曲。由镜头的形状缺陷所造成的畸变,关于相机主光轴对称。

径向畸变:光学系统的光学中心和几何中心不一致(镜头各器件的光学中心)所造成的畸变,透镜不完全平行于图像平面,即传感器装配时与镜头间的角度不准。

倾斜摄影系统简介,教你选择最适合的航测设备

畸变情形

倾斜摄影系统简介,教你选择最适合的航测设备

畸变模型

针对上述问题,赛尔相机在每台相机出厂的时候不仅严格把控相机的安装程序步骤,而且保证每台相机的畸变在合理范围,出厂的时候也会给出相机的畸变参数。

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赛尔相机内置的相机畸变参数