基于.无人机的空中全景监测系统

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1、技术资料基于无人机的空中全景监测系统张景辉1熊自明2，3（1.总参谋部测绘信息中心，北京，100088；2．信息工程大学测绘学院，河南郑州450052；3．国际关系学院无人机侦察教研室，江苏南京210039）Email：63363586@qq.com，xzm992311@163.com摘要：无人机成像范围是由事先规划的航迹范围所决定的，存在视野有限、监测范围小、调整灵活性不够的缺点，严重制约了无人飞行器执行监测任务的效能。本文在分析当前空中全景监测技术的基础上，建立了一种无人机机载全景监测系统，给出了系统实现的关键技术

2、，初步实现了大范围、超宽视场的空中全景监测。关键字：无人机空中全景监测全景图无缝实时拼接“知天知地”是古今中外兵家作战的原则。在现代作战中称之为“战场空间认知”或“战场空间感知”（Battlespaceawareness）。获得对战场的正确认识是一种作战能力，但前提是必须为指参人员提供足够的信息和数据，才能作出正确的判断。仅仅“知天感地”还不够，还要尽快掌握敌我态势才能作出决策，定下决心。这就是孙子早就说过的“知己知彼”。目前，单靠卫星和有人侦察机是无法快速、及时和全方位地获取战场信息的。无人机遥感正是能够满足这一需求

3、的有效补充手段。目前，各类无人机已成为美军收集情报、捕获目标和分析打击效果的不可缺少的途径。在经历了无人靶机、预编程序控制无人侦察机、指令遥控无人侦察机和复合控制的多用途无人机等发展阶段后，无人机的技术已逐渐成熟、性能日臻完善，并在几次局部战争中经历了实战的考验。无人机的作用、地位及其潜在的军事价值得到了广泛的认可，并为其迅速发展提供了强大的动力。但是，无人机成像范围是由事先规划的航迹范围所决定的，即使可以航线实时上传以及多次补充飞行，仍存在视野有限、监测范围小、调整灵活性不够的缺点。严重制约了无人飞行器执行监测任务的

4、效能。在高度一定的约束条件下，如何使无人飞行器既“看得广”又“看得清”，实现从地平线到地平线的超宽视场、大范围的空中监测和战场感知，空中全景监测技术是一种有效的技术途径。本文建立了一种无人机机载全景监测系统，实现了空中全景监测。1实现空中全景监测需要的条件1）需要一个以正下方为主视场，周围摄像机为副视场并且能够实时无缝拼接的全景摄像机。2）由于飞行器在空中飞行时姿态在不断变化，需要自稳系统来减少图像摆动。为便于快速确定兴趣点的方位，图像不能随着飞行器航线的变化而旋转。3）中心主视场可以精确定位，副视场存在可控变形，可以

5、概略定位。知识共享技术资料4）在现有图像传输设备的技术极限内，选择适当的无线图像传输格式和方式将图像传回地面进行处理和辨识。5）必要的地面设备进行序列影像拼接，生成战术影像图和全景图像。6）考虑到全景相机的大小，首先考虑飞行器应是无人直升机和无人飞艇设备。待设备小型化后，再考虑固定翼飞机。2目前已实现的地面全景监测技术目前国内外全景数据采集的研究主要集中在地面采集，对于空中全景数据采集研究较少。地面全景数据的采集可以使用单摄像机旋转方式（图1）、多摄像机方式（图2）、单摄像机或多摄像机加光能收集方式（图3）。图1单摄像

6、机旋转方式图2多摄像机方式图3鱼眼镜头（加光能收集方式）全景数据采集技术分类的主要依据是光学部件成像原理的差异，据此将全景数据采集器分为透射式和反射式成像两类。图4为透射式全景数据采集器，一般利用超广角物镜（鱼眼镜头）实现，视场角可以达到200°左右。这类系统结构相当复杂．其中多采用10片以上的透镜和高质量特殊光学材料，设计难度大、加工装配要求高，继续增大视场范围已相当困难，并且不可避免地存在很大的畸变。这类镜头具有无限远的景深，不用调焦。但其在CCD像面上所成的图像为环形，具有很大的畸变，需要进行校正后才能正常观察。

7、图5所示的反射式全景数据采集器，这种全景数据采集器正前向无盲区，半视场角可达110°，即能够实现的成像观测视场达到220°×360°，超过半球空间，适用于前侧向观测目标。目前，美国正在研制的质量矩控制动能拦截器，所采用的全景成像电子化导引头(electronicseeker)就属于反射式全景数据采集器，其视场达到±110°。显然，这类镜头所成图像也存在很大畸变，需要校正处理。知识共享技术资料图4透射式全景数据采集器光学系统原理图图5反射式全景数据采集器光学系统原理图目前实用的构建地面全景的成像传感器主要有五种，分别是单

8、摄像机旋转方式、多个镜头同时成像、环形成像、高速球以及使用鱼眼镜头成像。其中无人飞行器很难满足使用单摄像机旋转方式采集全景数据的条件，在环形成像方案中的镜头正前方图像无法获得，鱼眼镜头成像的图像变形失真比较大，纠正图像需要进行大量的运算，高速球通过快球的高速运动来实现对360度全景，快球实现360度全景，但是在某一时刻只能看到某一