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如何选择一款好的倾斜摄影相机

时间:2020-3-5 16:51:11栏目:倾斜摄影点击数(0)已有0人评论 加入收藏

  一、引言

  倾斜摄影从2013年进入中国,短短几年时间在地理信息领域掀起一股浪潮。从作业效率和成本上来分析,无人机搭配倾斜摄影相机的组合确实比传统人工作业方式更加出色。

  俗话说“工欲善其事,必先利其器”,选择一款合适的相机对我们项目的开展是必要的。但我们选购相关设备的时候,市面上种类颇杂的产品会对我们的选择造成很大困扰——到底什么样的设备才是好设备呢?在挑选设备的时候到底需要注意哪些地方呢?怎样才能选到能满足我们需求的设备呢?

  根据多年倾斜相机生产经验,结合项目实际需求,今天为大家介绍一些倾斜相机的关键性技术点,以供大家在设备选择的时候参考。

  二、无人机的选择

  2.1固定翼

  固定翼无人机具有飞行速度快,飞行高度高的特点,被广泛用于对精度要求相对较低的大面积数据采集任务,由于这种项目不需要非常高的分辨率,也不要求平面高程精度,主要是解决城市规划图纸从二维到三维的转变,作为各个信息承载平台的基础数据,这种项目通常面积都在几十到几百平方公里不等,因此只能用固定翼作业。

  2.2多旋翼

  相对固定翼而言,多旋翼无人机就飞的要慢而且高度也会低很多,一般用于对精度要求相对较高的小面积数据采集任务。多旋翼无人机通过高分辨率的飞行方式建出来的模型经过验证可以很轻松的达到1:500地籍也就是中误差5cm以内,并且相对传统二维航飞4D产品(DOM,DEM,DLG,DRG)的生产方式,这种方式可以大量减少人工外调,对于传统测绘单位来说,外业人员是测绘流程最辛苦、成本相对高、人员流动性大的问题一直是测绘单位的头疼事,倾斜摄影不但能轻松达到项目要求还能将大量外业人员放到办公室吹着空调,是目前一个解决了测绘单位刚需的一个手段;旋翼机飞得慢、飞的稳,适合这种1-2cm分辨率的项目。

  三、倾斜摄影相机的选择

  3.1双镜头相机

  优势

  在倾斜摄影刚刚进入中国的时候,受限于倾斜摄影相机重量太大,大多数情况下倾斜相机只能搭载有人机进行航飞作业。但是有人机价格昂贵,空域申请困难,飞行起来也很麻烦,所以当时的倾斜摄影相机使用起来非常不方便。在无人机开始兴起之后,由于无人机使用方便、价格低廉,将倾斜相机挂载在无人机成为了主流方向。

  为了克服无人机载重太轻的缺点,双镜头倾斜摄影相机通过前后摇摆的方式模拟五镜头倾斜相机来采集建筑物的五个面,从而达到减少倾斜相机重量的目的。在当时双镜头相机具有重量轻,价格便宜的优点,所以很快占据了一部分市场,但是通过摇摆采集数据的缺点也渐渐凸显出来。

  缺点

  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。双镜头相机也没有正摄相机,所以在作业过程中,无法保证建筑物顶部的纹理的采集效果。最后导致的结果就是模型顶部的纹理较差。。

  然后就是双镜头的效率比较低,因为双镜头通过摇摆获取建筑物侧面信息,所以每次拍照需要完成一个完整的摇摆周期,也就是五镜头拍一次照,双镜头需要拍三次,导致无人机不能以较快的速度飞行,作业效率自然会受到很大影响。

  而且双镜头前后摇摆,导致相机对物体的距离一直在变化,造成一些地方分辨率高,一些地方分辨率低,覆盖不规则,给后期处理数据带来了很大的麻烦。

  随着倾斜摄影相机的不断升级,市面上的双镜头相机也越来越少见了。

  3.2三镜头相机

  优点

  为了弥补双镜头没有正摄相机的不足,一些厂家开始使用三镜头相机,三镜头相机除了和双镜头一样价格相对便宜,重量较轻以外,不需要前后摇摆使得三镜头相机能够搭载在速度较快的固定翼无人机上。

  缺点

  但是三镜头只能采集物体的三个面,如果满足最少采集五个面的数据要求,就必须要旋转或者对同一个测区飞行两次(横着一次,竖着一次)。旋转拍照的完整曝光周期较长,所以无人机飞行速度不能太快,效率必定会受到影响。并且旋转的机械结构的寿命也是一个问题。如果不旋转,而用井字形飞法,也会出现两个不可避免的问题:第一就是同一个物体它的五个面没办法在同一时间曝光,所以在后期建模的时候经常会出现“花斑”的现象,使得模型的效果很难看。更为严重的是,这种“花斑”会引起空三同名点匹配出现误差,最终可能导致空三分层;第二是固定翼在飞行时,它的转弯不像多旋翼那样方便,所以每次转弯都会有一段无用航线,同一个测区飞两次就会至少浪费四次转弯,而倾斜摄影对照片的重叠度要求又高(一般航向80%,旁向75%),这样密集的航线使得三镜头的作业效率大大降低。。

  “花斑”现象

  固定翼井字飞行航线规划图

  3.3五镜头相机

  由于双镜头和三镜头相机存在一系列缺陷,所以现在市面上的倾斜摄影相机依然是由五镜头占据主流。而且随着技术的发展,各个厂家的工业化集成度增加,使得早先困扰五镜头的重量和尺寸问题已经得到了比较完美的解决,市面上甚至出现了百克级别的五镜头倾斜摄影相机,这让倾斜摄影技术得到越来越广泛的应用。

  但是同样都是五镜头倾斜摄影相机,市面上的价格确差异很大,从几万元到近百万不等,那么是什么原因造成价格差距很大呢?我们在选择五镜头相机时,又应该看重哪些参数呢?

  镜头的光学特性

  倾斜摄影相机,首先是一款相机,收集高质量航片是它的首要任务。那么作为相机采集素材的核心——镜头,就是我们必须要关注的。

  五镜头相机不是随便买五个相机拼在一起就行了,带有测量任务要求的相机对镜头要求很高。为了满足后期的高精度要求,必须对倾斜摄影相机镜头做一些特殊的光学处理,比如镜片材料、镜头光学校正技术和镜片的加工工艺类型。

  从光学特性来讲,测量型相机对入射光线的色散率、畸变程度有着很高要求,而普通材料镜片无法满足这样的使用需求。优秀的镜片材料可以纠正原始像差,但像差作为镜片固有属性,不可能完全消除,只能不断改善,进一步改善像差的技术就叫复消色差技术。它可以减少因镜头色散带来的累积误差,降低空三分层概率,大幅提高镜头的锐度值,利于空三建模特征点提取与匹配。而畸变校正技术则可以降低原始航片的畸变值,增加软件对航片特征点的识别度。

  相机镜头使用的镜片类型也相当重要,非球面能够在保证像差尽可能小的情况下,得到高水准的画面质量,相比球面镜片它分辨率和色彩还原度都更高。但由于目前中国并没有较成熟的技术,非球面镜片的加工和镀膜非常困难,材料成本高昂而成品率很低,所以导致价格一直居高不下。

  重量

  无人机的续航与其所搭载的载荷重量息息相关,影响着外业们的数据采集效率。一款轻巧的五镜头相机能延长无人机的续航时间,所以在不牺牲其他参数的情况下,倾斜摄影相机的重量越轻越好。

  数据存储与拷贝

  因为倾斜摄影的数据量往往非常庞大,一天下来往往有几百个G的数据,所以相机的拷贝速度很大程度上影响了作业的效率,一般市面上倾斜摄影相机的拷贝速度大约在20M/S~30M/S之间,能达到70M/S以上拷贝速度的相机都是比较出色的。当然了,处理如此大的数据量往往是内业人员较为头疼的问题,好的倾斜摄影相机厂家,会在出厂时搭配一些预处理软件,可以减少内业人员的工作,也避免了一些人工处理时容易产生的错误。

  同步反馈功能

  倾斜摄影相机在作业时,理论上是同一时间进行拍照的,但由于不同镜头拍摄物体的复杂程度不同,航片大小也就不一致,所以相机写入、存储照片的时间也就不同。这些细微的时间差经大量航片累积放大后,很可能导致相机丢片!

  丢片是指相机在空中时,由于某种原因导致五个相机中的某一个或者几个并没有按照程序指定,完成拍照动作。少量丢片,我们可以花费大量时间找到丢片点,然后采取补救措施,大量丢片会直接导致本架次数据作废。所以,我们需要密切监控相机的工作状态,同步性反馈就变得尤为重要。

  同步反馈示意图

  数据预处理

  我们知道,倾斜摄影的痛点主要集中在内业方面,数据处理过程中的问题往往花费用户大量时间去处理,极大地耽误了项目进度。针对这些问题,好的倾斜摄影相机厂家,会在出厂时搭配一些辅助软件,可以减少内业人员的工作,也避免了一些人工处理时容易产生的错误。所以在相机选购过程中,是否有针对数据整理、处理部分的优化,也是需要考虑的。

  其它参数

  当然,决定一台倾斜摄影相机的好坏远远不止上面几个指标,还有诸如相机内存的大小,相机镜头布置的角度、相机镜头焦距比例、与无人机的适配度,是否对相机安全做了保护设计,是否能够兼容不同类型的无人机等等,都是选购时需要注意的地方,但这些大多与自身的需求和预算有很大关系。

  四、结语

  以上就是对市面上主流倾斜摄影相机的盘点和我们选购倾斜摄影相机时需要注意的地方,希望对想进入倾斜摄影领域,但是又不知道怎么选择倾斜相机的你能带来一些帮助。

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