低空无人机系统航摄地面分辨率与航高的关系研究.pdf

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1、低空无人机航摄系统地面分辨率与航高的关系研究杨润书马燕燕云南省地矿测绘院（云南昆明650218）摘要：本文就低空无人机航摄系统的地面分辨率与地面起伏、重叠度等因素进行了研究，综合考虑确定适宜的航高的方法。关键词：地面分辨率航高像点位移重叠度效率中图分类号：1引言低空航摄系统目前使用的无人飞行器UAV（UnmannedAerialVehicle）平台主要有三类，即固定翼无人机，旋翼无人机（又称无人直升机）和无人飞艇，与其他摄影测量以其机动灵活、获取的影像空间分辨率高、系统成本较低、操作维护简单等优点，尤其能够自主快速获取现势性很强的彩色数

2、码影像，经过处理加工后可以获得数字高程模型（DEM），数字正射影像图（DOM），数字线划图（DLG）等测绘产品。本文以较为常用的固定翼快眼II型无人机为例。2无人机航摄系统无人机飞控系统包含:机载飞控、地面站、通讯设备。作为无人机的飞行控制核心设备，其主要任务是利用GPS等导航定位信号，通过测定无人机在飞行中的俯仰、横滚、偏航、位置、速度、高度、空速等信息，以及接收处理地面发射的测控信息,对无人机进行数字化控制，控制无人机按照预定的航迹飞行，使其具有自主智能超视距飞行的能力。无人机航摄系统以快眼II型无人机为飞行平台，快眼II型无人飞机

3、最大空速160km/h，巡航空速120km/h，航时约2～3h。利用高分辨率数码相机了CanonEOS5DMarkII系统获取遥感影像，相机分辨率2100万pixel，影像幅面5616*3744pixel，像元大小6.41μm。利用空中和地面控制系统实现影像的自动拍摄和获取，可实现航迹规划和监控、信息数据压缩和影像预处理等功能的低空遥感系统。3地面分辨率3.1像点位移在曝光瞬间飞机飞行过的距离在CMOS上的成像同名地物点移动的距离称为影像的像点位移，像点位移是由于无人机飞行速度，摄影的曝光时间和影像地面分辨率有关，用下式计算得到。v×t

4、δ=(1)GSD式中：δ为像点位移，单位为像素；v为飞机飞行速度，单位为m/s)；t为曝光时间，单位为s；GSD为地面分辨率，单位为m。通常曝光时间设定为1/1000s，对于不同的地面分辨率和飞行速度引起的像点位移如下表。表1曝光时间1/1000s的像点位移表飞行速度地面分辨率100km/h120km/h140km/h160km/h0.20m0.140.170.190.220.15m0.190.220.260.300.10m0.280.330.390.440.08m0.350.420.490.560.05m0.560.670.780.8

5、9从上表可看出，对于要达到0.15-0.20m分辨率，采用千分之一秒的快门速度，飞行速度即使达到160km/h，像点位移也不会超过0.3个像素。要达到0.08-0.10m分辨率，采用千分之一秒的快门速度，飞行速度最好不超过140km/h，否则像点位移将超过0.5个像素。要达到0.05m分辨率，采用千分之一秒的快门速度，飞行速度最好不超过100km/h，否则像点位移将超过0.5个像素；如果要达到或优于0.05m分辨率，飞行速度要控制在100km/h，或者提高快门速度，若光线条件较好的话，提高快门速度到1/1500s，即使飞行速度即使达到1

6、20km/h，像点位移也可控制在0.5个像素以内。3.2地面分辨率与航高的关系通常用单位长度内所能分辨出来的黑白相间的线对数（线对/毫米）来表示分辨率的大小。对于图像或影像，通常以像元的大小来表示其分辨率（即能分辨的最小尺寸）。分辨率数值在地面上的实际距离，称为地面分辨率。地面分辨率是衡量遥感图像（或影像）能有差别地区分开两个相邻地物的最小距离的能力。地面分辨率是影像上能与背景区分开来的最小像点所对应的地面尺寸，地面尺寸愈小，分辨率愈高。对于低空无人机航摄系统而言，如果影像传感器（即数码相机）一定，选用的摄影镜头一定，其所影像的地面分辨

7、率与航高的关系为当航高较高时，分辨率较低；反之，当航高较低时，影像的地面分辨率相对较高。其关系如下式：f×GSDH=(2)a式中：H为摄影航高，单位为m；f为摄影镜头焦距，单位为mm；GSD为地面分辨率，单位为m；a为像元尺寸，单位为mm。对于5DmarkII的像元尺寸大小为6.4μm，根据(2)式，不同的地面分辨率对应的航高如下表。表2地面分辨率对应的航高地面分辨率镜头焦距0.20m0.15m0.10m0.08m0.05m---------------------------------------------------------

8、---------------------------------------------------------------------------------------------24mm750562