老安对遥感影像航拍技术咨询和无人机航拍精度的认识

zongnixunta

老安，有几个问题请教您：
一、 航拍拍摄正射影像图要求航拍相机的CCD感光面必须与地面保持平行，也就是说相机拍摄到照片的中心点的坐标和空中飞机GPS测量到的坐标保持一致。
问题：如何知道相机的安装是否平行于地面？
二、 当相机随飞机在空中进行拍照时,受气流的影响会不断摇晃。知道相机拍照时倾斜的角度可以通过后期的计算做出图像纠正。
问题：飞机在空中的仰俯角度会自动记录，但这并不是相机的仰俯角。因为相机为了避免震动干扰用软连接的方式固定在机身中，如何得到相机在空中的准确姿态数值？
三、 当正在飞行的飞机受到侧面气流影响时，机头会摆向风向方向而不是对着目标航点方向。
问题：受到侧风影响的相机跟随机身转往迎风方向，连续拍的照片会因为扭转而降低照片的有效使用率，如何可以使飞机在直线飞行中拍射到连续垂直从叠的照片？

问题一、如何知道相机的安装是否平行于地面？

这个问题其实比较复杂的。
1、相机镜头轴线垂直于地面是理论上的要求，目前还很难做到，就像你说的，没有检测手段。目前我们能做到的，在地面起飞前用相机云台上的那种气泡监测。调整相机角度，似乎可以保证相机在飞机起飞前是垂直对地的，问题是：此时机身轴线怎样摆放？无人机在飞行时，机身一般都有一定的迎角，这个迎角随风速、风向和航速速而变化，不是一个定量。这就意味着，你永远无法保证相机镜头轴线与地面的垂直。我们在航拍时故意将相机向相反方向校正一个较小的角度（根据经验而定），来部分地消除这个误差。
目前无法精确知道照片中心点的坐标，即便是你的相机是垂直对地的。原因有三个：
1是我们自驾仪上使用的GPS模块不是高精度的，一般都有几米甚至更大误差；
2是我们的相机在按动快门瞬间并不能保证同步记录GPS值，自驾仪上的GPS记录是1HZ的，即每秒记录一次，这样记录的GPS数值应该不是拍摄瞬间的坐标位置，比如，在两次GPS记录之间我们按下了快门，这张照片的所谓坐标点，其实是滞后的记录，你能理解吧？
3是我们的GPS天线并不是安装在相机上的，而是离相机几十厘米甚至更远的地方，相机到GPS天线之间的误差对于有精度的航拍来讲也是不容小觑的误差！
结论：不管你的相机是否垂直于地面，目前你都无法记录到在拍摄瞬间照片几何中心点的精确坐标！

问题二、航拍飞机在空中的仰俯角度会自动记录，但这并不是相机的仰俯角。因为相机为了避免震动干扰用软连接的方式固定在机身中，如何得到相机在空中的准确姿态数值？

首先，航拍飞机在空中的俯仰角度确实会自动记录，但我们经过验证，这个数值是不准确甚至是错误的，原因就在于自驾仪的减震还不行。自驾仪中的三轴陀螺受到震动和晃动的影响，实际记录的俯仰角度、滚转角度都不是真实的姿态数据。如同前述的相机镜头垂直对地的检测一样，目前还没有办法对自驾仪减震做出一个量化的测量来证明它没有震动。我曾经用一个很有趣的办法来检测自驾仪的减震效果：用几粒大米放在自驾仪上，把发动机从怠速到全速的检测过程中，我们发现：大米粒总会震落下来！这就证明，还不能把自驾仪的震动完全消除掉！而且通过这个试验我们惊诧地发现：自驾仪的震动跟发动机转速有那样密切的函数关系！我们可以减掉发动机某个转速下的震动，但无法全部减掉其它转速下的震动，头痛啊！
如果把自驾仪用软连接的方式跟飞机固定，产生的“钟摆效应”是很难消除的。这种软连接方式必须有很好的阻尼，而阻尼又应该是动态控制的，这也是不容易解决的。
在解决了连接方式之后，想记录相机的俯仰角度数值就简单了：必须把俯仰传感器安装在相机而不是飞机上，所记录的俯仰角度自然就是相机的而不是飞机的了！
知道了相机在拍照瞬间的姿态角度，理论上就可以对照片进行纠正了。遗憾的是，目前并没有针对无人机影像的专用软件。也就是说，即便你准确记录了照片的姿态角度，也没有现成的软件来处理。虽然可以用大飞机的航测软件来试验处理，但因为非量测相机的参数不能满足那些软件的参数要求，所以国内迄今都没有解决这个问题。你想啊，连正确记录相机拍摄瞬间时的姿态数据都没做到，何来处理软件？软件都是在大量影像数据分析基础上编写的，难道可以凭空造出这样的软件不成？呵呵……

问题三、受到侧风影响的相机跟随机身转往迎风方向，连续拍的照片会因为扭转而降低照片的有效使用率，如何可以使飞机在直线飞行中拍射到连续垂直从叠的照片？

解决的办法有2个：1是加密航片的叠片率，2是给相机加航向控制的云台（需要昂贵的、精准的电子罗盘）。
这个问题不是很难解决，之所以目前没有人去尝试解决，是因为下面的问题——
目前，无人机航测还无法达到测绘精度！要想做出满足测绘精度的航拍影像是一个系统工程，不是哪一种技术措施、哪一种软件、哪一种后期处理流程单独解决就能达到目的的，必须全部解决！否则，就算你很多单独的问题都能解决了，结果仍然无法达到测绘的精度！这不是我对无人机航测精度的悲观，而是我很清醒的看到这个问题的难度。你所说的问题我们也有遇到，有的也没有解决，并不是我解决不了，而是暂时没有去解决。你上述问的所有问题即便都解决了，仍然无法做出满足测绘精度的影像，这就是最实质的问题！
我们一直期待着，满足测绘精度、同时满足产业化作业要求的的无人机低空遥感影像的技术、软件、处理流程和检测标准能够早日出现，在价格合理的前提下，我们购买使用就是了。毕竟，我们是技术的推广使用者而不是技术的原始研发者。
http://www.supereye.ac.cn/a/hangpaijs/2009/1008/53.html

tgooffice

学习了，很不错的航测知识，感谢提供！！

new_dawn27

确实很有用！