无人机航空影像质量自动检查

无人机航空影像质量自动检査王海涛】李雪梅】刘波1李磊】（1.湖北省航测遥感院，湖北武汉市武昌区中南一路50号430071）王海涛，硕士，工程师，摄影测量与遥感技术研究，手306550757@摘要：本文在分析无人机航空摄影成像特点的基础上，提出了一种基于SIFT算子无人机航空影像质量自动化检查方法，并对不同类型相机获取的影像进行了试验验证，结果表明基于SIFT算子在仅在使用无人机影像导航GPS信息的条件下可以实现自动化影像质量检查。关键字：SIFT,无人机，航空摄影，质量检查，自动化1-引言国家测绘局印发的《2010年测绘工作要点》在“切实改善测绘技术装备条件”中明确指出“大力推广无人机航摄系统，多渠道筹集资金，尽快将国产无人飞行器航摄系统装配到各省级基础测绘单位，保证每省有个系统，有条件的省区推广到城市，尽快在全国测绘系统形成规模和能力，人幅度提高基础地理信息快速获取能力和测绘应急保障能力”。相对于传统航测，无人机航测的优势主要体现在以下几个方面：首先，低廉的人力、物力、经济成本：其次，具备及时性和灵活性，可以快速、机动、灵活地对目标区域进行观测；第三，高效的应急反应，可以在恶劣的天气条件下和灾难环境中完成任务；再者，无人机可在云层下低空飞行，有效地对人机航测中因云层遮挡等影响而留卞的漏洞区域进行补充航拍;最后，无需机场起降，可实现全国分布式布局，为小城镇、乡村测绘提供可能，从而使得“积极为夯实'三农'发展基础服务，继续实施“一村一图”、“百镇T•村测图”等新农村测绘保障工程，加快城镇基础测绘，为建设社会主义新农村、发展县域经济做好服务”成为现实。但是，相对于传统航测质量检查也面临着新的问题。首先，无人机航空影像面幅小，获取的数量多：其次，受外界环境因素的影响，获取影像重叠度、旋偏角等变化人，特别是航带间受风向影响，航带间重叠变化人；第三，无人机航空影像为数字形式，质量检查必须采用数字化手段。如何解决无人机影像质量的快速检查是提高无人机快影像速获取能力和测绘应急保障能力重要一环。技术路线2.1.技术流程图1影像质量检查技术流程图

2.2.数据准备数据准备包括影像数据的各种变换和航带关系恢复。无人机拍摄获取的影像，因相机类型不同，人多数相机影像保存为私有格式（如哈苏3FR格式），另外相机在无人机上的安装角度也有差别，所以影像必须进行格式转换、旋转等才能使用。无人机在进行应影像拍摄时使用导航GPS,提供影像粗略位置坐标，使用该坐标可以自动恢复影像获取时的相对关系,即航带关系。2.3.影像增强无人机在影像获取时，由于外界因素（如光照条件、拍摄角度、地形起伏、太阳高度角等），这样在影像上现象是建筑物、山体、树木等具有高度的地物有阴影，且影像发生几何和灰度的不均匀变化，此时需要对影像进行增强后才能提取特征，本文采用Wallis变换增强影像,Wallis变换是一种比较特殊的滤波器，它可以在增强原始影像反差的同时压制噪声，其变换可以表示为：叫]6CSg+(l-c)sf叫]6CSg+(l-c)sf+bmf+(1-b)mg式中g（&y）为原始影像的灰度值：f（x,y）为Wallis变换结果影像的灰度值；】叫为原始影像的局部灰度均值：Sg为原始影像的局部灰度值；mf为结果影像局部灰度值的目标值：Sf为结呆影像的局部灰度方差值的目标值；c为影像方差的扩展常数，CG[O4J;b为影像的亮度系数,bG[04],当bTl时,影像均值被强制到mf,当bTO时,影像均值被强制到m訐图2是Wallis沙漠地区航空影像Wallis变换效果对比.图2-1图2-1原始影像图2-2Wallis变换后影像图2无人机获取的沙漠地区航空影像Wallis变换效果对比2.4.特征提取及匹配无人机进行航空摄影时由于外界因素的影响，影像重叠变化很人，航飞计划制定的飞行重叠度已不能用于匹配的初值使用，所以本文采用SIFT特征匹配。为保证质量检查可靠性（适应不同地形类别、不同植被覆盖等），需要提取人量的SIFT特征点（见图3）,特征点提取在原始影像上提取，以佳能相机为例（像素5616x3744）,可以提取10万至20万个SIFT特征点。无人机航空影像需要现场完成质量检查，提取的人量SIFT特征点需要快速完成匹配，SIFT特征匹配不同于采用影像灰度信息匹配方式，本文采用SIFT特征分组的方式完成SIFT特征的快速匹配。SIFT特征匹配分为粗匹配和精匹配。粗匹配采用高对比度的SIFT特征进行匹配，特征点数目一般选取3000-4000个，匹配的特征点使用核线约束进行粗差剔除。精匹配采用分块匹配，同时采用仿射变换及核线约束预测初值完成特征点快速匹配。图3SIFT提取的影像特征2.5.质量自动检查质量自动检查包括航带内质量检查和航带间质量检查，航带内质量检查按照航带内影像拍摄顺序依次完成影像质量检查。航带间影像质屋检查依GPS数据自动计算影像相对关系完成自动检查。图4是航带内及航带间影像自动检查结果。4-1航带内影像检查结果图42航带间影像检查结果图4影像自动检查结果2.6.质量检査报告影像质量检查报告使用检查结呆自动输出质量报告，报告分别以报表及可视化图形方式输出，报表格式为Excel格式，图形报告输出AutoCAD格式数据。Slrlp-001IcdelHoCheckOvertipAnleM<bc■1Ar3LeftRlKht1Yv0.762C7JTQ,J71xei-2sa"5aT8??.8227.(越ic^S-X够30.7TT0.TT616.8L316.7301'?8740,760"760g.0,R?71：«85sa7600,75513.1(613.S7Sices-X曲60.7BT0.TT316.91513.7871C«89-l'TSO7a78?c786i,043J?=e=t-gsa7670,74322.2换19.853Ml-90.7930.TT619.31120.^5】心-mYrrfi02^Jl."夕20.-11s0.⑹005412,4$3］2■他］孙-1<M612O.£260-816U.TS813.76S*】g-W13T0Ci812rayqfi13.45312.-11J9714Sa78i12.12,443］妙-15gO.?90o.7fi0a.3671.222-，禺P4宀7&2-75.7282 30.07勺启-7S8 --7^.5-78.733W 3G1-78.9-78.3 .77.7-77.6亠77.9-77.8一图5-1Excel报表检查报告图5-2AutoCAD图形化检查报告图5质量检查报告实验分析本文对哈苏和佳能相机获取的无人机航空影像进行了试验分析，试验结果如下表:哈苏相机：像素7304x5478佳能相机：像素5616x3744测试坏境设备台式电脑测试环境设备笔记本CPUIntel®Core™57602.8Hz四核CPUIntel®Core™5M4802.67Hz四核内存4.0GB内存4.0GB硬盘7200转硬盘5400转影像10条航带400张影像影像8条航带128张影像时间52分钟时间21分钟结束语无人机航空摄影是测绘应急保障的重要手段,快速无人机航空影像质量检查为测绘应急保障提供可靠的航空影像数据源。本文试验结果表明，基于SIFT算子在使用无人机导航GPS数据可以实现影像质量自动、快速检查，满足无人机获取的航空影像实时检查的需求。参考文献GB/T6962-2005《1:5001:10001:2000地形图航空摄影规范》CH/Z3005-2010《低空数字航空摄影规范》DavidGLowe・ObjectRecognitionfromLocalScale-InvariantFeatures[C].7thInternatio