航线算法实现

1 基本原理 1 1 飞行高程约束 飞行高 h 的选定在满足无人机性能的前提下主要取决于航拍目标区 域的海拔最高点及航拍图像要求两方面 首先假设航拍目标区域的 海拔最高点的高度为 hT 为保证无人机的飞行安全 避免航拍所获 取照片的失真 则至少要求无人机的飞行高程 h 要大于 hT 其次 在航拍应用的相机拍摄过程中 由于相机性能固定 焦距固定 在满足重叠率的情况下 为保证航拍照片的清晰度及 质量 需要无人机的飞行高程在一个合适的范围内 由于无人机在空中飞行时速度较快 所以相邻照片之间的 曝光时间间隔很短 为了获取照片的参数相同 所以在航拍时需 要将无人机所搭载的相机设置为定焦方式 且对焦方式被设置为 无穷远处 以获取最深的景深范围 这样就使得物体虽然在镜头 最远对焦距离之外 但是也可以保证图像能够清晰呈现 不会因 为景深范围不足而产生模糊 地面分辨率 GSD 指能够在航拍图像上区分两个目标的最小 间距 地面分辨率与最终成图比例尺的关系如下表 如已知相机的镜头焦距 f 像元尺寸 u 并确定地面分辨率 以后 可以计算出无人机的飞行高度 相机的像元尺寸 u 计算公式如下 其中 hCCD为 CCD 高度 wCCD为 CCD 宽度 单位 mm Ph 为 hCCD上对应的像素个数 Pw 为 wCCD上对应的像素个数 由此 式可知当相机及其像素选定以后 相机的像元尺寸也就确定了 即对于一固定像素的相机而言像元尺寸为一定值 在航拍中相机的焦距 f 是固定的 像元尺寸 u 也是固定的 由得出当飞行高程增大时 随之 GSD 会减小 综合考虑测绘需 求及后期拼接因素 并通过多次实际航拍及后期图像的处理 我 们获得当成图比例尺为 1 1000 时 成图效果较好且成图效率高 即地面分辨率选定为 10cm 取地面分辨率为 10cm 像元尺寸 u 为 6 41 m 在此情况下 结合无人机载重及空间考虑 选用 的相机体积不宜过大 也不宜携带长焦距镜头 所以常用的不同 焦距对应的飞行高度如下表 1 2 重叠率 设相机的视场角为 则飞行高程与无人机航拍的地面图像长 度的关系如下图 由图可知 当相机的视场角 固定后 地面图像长度 H 为 即当 GSD 及无人机飞行高程确定后 航拍图像的地面尺寸长宽度也 确定了 由根据像素的长宽比 得出航拍的地面图像尺寸宽 W 为 文献中提出要求无人机航拍的图片重叠率要满足 航向重叠率达到 65 以上 旁向重叠率 即航线间重叠率 要达到 35 以上 但是 通过固定翼无人机多次实际航拍飞行实验 航向重叠率必须至少达 到 70 旁向重叠率必须至少达到 40 如下图示 此重叠率下 获取图片进一步进行拼接得到的大型照片效果更好 进而 我们通过重叠率约束以及相机性能可以计算出无人机飞行中 的航线间距及航向间距 航线间距 W1 公式为 W1 照片长度 H 1 旁向重叠率 航向间距 W2 公式为 W2 照片宽度 W 1 航向重叠率 以现有设备中的相机为例 该相机的图片最高分辨率为 4678 3456 我们取 1 1000 的地图比例尺 GSD 为 10cm 根据相机参数得相 机视场角为 53 焦距为 24mm 像元尺寸 u 为 6 41 m 则通过 以上公式计算得飞行高程 h 375m H 375m W 277m 即航拍 所获每张照片代表实际地形的长宽为 375m 277m 由以上两个公式可以计算出 航线间距 W1 375 1 40 225m 航向间距 W