无人机倾斜摄影数据采集方法探讨

无人机倾斜摄影数据采集方法探讨

摘要：目前，由于航空倾斜摄影的使用成本过高，所以还没有得到大力推广和

使用。基于这样的情况，笔者阐述了无人机航空倾斜摄影数据采集的方法和技术，从而力求降低成本，对该技术进行大力推广，希望为广大的相关工作者提供一些

参考依据。

关键词：无人机；倾斜摄影；数据；采集；方法

一、我国倾斜摄影数据采集的现状

（一）关于倾斜摄影数据采集

早在上个80年代，国外便出现了倾斜航空摄影技术，但该项技术在我国出现的时间却非常短。一般情况下，该技术指的是在一个飞行平台中搭载几台传感器，而且站在垂直和倾斜的角度来获得需要的影像。最后再借助先进的软件来完成三

维实景模型的建立和制作。

（二）我国常用的相关设备

根据载体，可将我国常使用的倾斜相机分为两类。一类是有人机，另一类则

是无人机。这里主要阐述的是无人机。目前，无人机最常见的代表有北京红鹏企

业生产的无人机倾斜相机，另外还有北京数维翔图企业生产的DM5-2010系列。

（三）存在的问题

如今，我国经常采用的无人机相机成本非常高，普遍价格在十万以上。再搭

配一套无人机飞行平台，整个系统的成本高达上百万。也因此，小范围的倾斜数

据采集具有很低的性价比。所以，这样的技术目前没有得到广泛应用。

二、研究的具体方法

（一）消费级无人机的产生

无人机行业的发展越来越快，市场上产生了众多优质的无人机，比如大疆“精灵”系列。其操作起来简单方便，仅需耗费一星期时间学习，便能开始飞行。目前，民用的无人机普遍被用在不同的领域中，比如航拍、测绘勘探、农林作业、电力

巡线、军事侦查、应急救灾等。

（二）拍摄的要求不高

整个相机系统的组成部分是五台相机，其中四台相机倾斜拍摄，一台相机垂

直下视，根据航线来进行间隔曝光。然而对数据进行研究分析后发现，采集数据

的重点在于得到目标全方位的影像资料。也因此可借助一台相机，采取不同的角

度和顺序来曝光，从而替代五视倾斜摄影相机航线间隔曝光。

（三）实现智能控制

无人机的智能控制包括了两个方面，一个是飞行控制，另一个是相机控制。

但很多生产厂家都使用了APM或者是开源飞行系统。从而为使用者提供开发软

件的平台，比如大疆SDK。也因此，借助程序便能促使相机系统、无人机飞行平

台实现智能控制。

（四）一种科学的思路

综上所述，促使无人机飞行系统和相机系统进行结合，并且对航摄路径进行

一定的设计。能控制曝光的角度和间隔，最终实现倾斜摄影数据的采集，为工作

带来更多的方便。

三、无人机倾斜摄影数据采集方法实验

（一）硬件系统

这里选择DJI“Phantom 4”作为硬件系统。这种无人机继承了DJI的优势，比如

灵活性强、稳定、高效等。同时也拥有双IMU以及双磁罗盘的性能，促使飞行操

作更加简单方便，续航时间超过了30min。此外，这种无人机及搭载精灵系列的

成像软件，拥有1200万的成效像素，以及94°视角、f\2.8光圈的超低畸变的镜头。所以成像非常清楚，比起之前的设备，畸变减少了35%左右，色彩减少了50%左右，同时暗角也很少。

（二）软件系统

整个软件系统包括了曝光部分、航线部分、飞行监控部分等。在进行了实验

之后，选择了10S系统中的“FPV Camera for DJ1”软件。这种软件需借助DJ1 SDK

来进行开发，同时还具有目标航线设计、任务规划等不同功能，从而对飞行的航

线和高度进行控制，并且规定目标点和拍摄的方向角度，针对飞行的方向、拍摄

等进行全过程监控。

（三）航线和拍照的方式

一般情况下，可使用五视倾斜相机飞行平台，以及“Z”字航线，进行间隔曝光。但在此次实验中，为了提高采集和拍摄的效率，使用了矩形环绕中心拍照的曝光

形式，流程如下所示：

第一，如果地面的分辨率大于0.05米，选择的相机视觉是94°。那么设计镜

头和目标的投影距离d是70米，则可以将飞行的高度控制在70米左右。

第二，在航摄范围内设定个航拍目标，并对这些目标进行编号（1到10号）。要想促使航摄俯角α的范围在34°到41°之间，那么就要将目标的高度设定为﹣20米。这时，α等于Arctan [d\（h＋20）]等于37.9°。

第三，按照航摄目标以及投影距离，可将拍摄范围分为十个区域。所有的区

域都由矩形所包围，然后进行拍摄。为了促使航摄路径得到更好的使用，必须对

无用的路径进行消除。在本次实验中，使用矩形航线。在图1中，T点代表目标，H点代表航点，→代表航行方向。在图2中，H点代表航点，T点代表目标。同

时在范围相接的部位新添了重叠，具体如下：

图1：矩形航线设计情况

图2：方波航线设计情况

（四）实验的结果

在设计了航线之后，便可以完成航摄任务。这次航摄总航程为4100米，耗费的时间超过16分钟，总共得到倾斜航片426张。地面分辨率为0.049米左右，借助Context Capture三维建模软件来获得参数，和连接点进行匹配之后，制作出了9.4万平方米的三维模型开发。

对模型进行观察后发现，利用这种方法所获得的三维实景模型，不但能凸显

细节，而且纹理也非常清晰，能展示出关键位置。除了一些航摄盲点区域产生了

变形的问题，其他方面均非常理想，所以这种方法值得大力推广和使用。笔者提

出的这种方法，不但成本低，而且对技术的要求也不高，能快速的采集倾斜摄影

数据。但该方法也有缺陷，比如仅仅只适用于1到3个平方千米的数据采集。在

实施大规模倾斜摄影数据采集的过程中，效率不高，而且费用不菲。所以，这种

方法仅仅适合被用在小规模的三维实景模型开发中，比如农村地形规划、测绘工

作以及房屋权籍调查、建模、工程施工等。

四、总结与体会

在测绘领域，倾斜摄影测量属于最新的一种技术。在过去，航测遥感影像仅

仅只能位于垂直的方向进行拍摄。但倾斜摄影测量技术则改变了这样的现象，其