CN107270910A - 单镜头倾斜摄影航飞线路设计方法、***及航拍摄影方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单镜头倾斜摄影航飞线路设计方法、***及航拍摄影方法，获取航拍范围和技术要求；安装单镜头相机并计算航拍参数，并根据航拍参数进行航飞线路设计。本发明可用于普及无人机倾斜摄影，降低倾斜摄影门槛，提高无人机倾斜摄影的效率。

Description

单镜头倾斜摄影航飞线路设计方法、***及航拍摄影方法

技术领域

本发明涉及一种航空摄影测量领域，特别是一种单镜头倾斜摄影航飞线路设计方法、***及航拍摄影方法。

背景技术

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术，它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限，通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像。

近几年，无人机行业发展迅猛，特别是轻小型无人机，广泛应用于航拍、测绘、农业植保、电力巡检、救灾、新闻报道等领域。目前倾斜摄影主流是利用有人机、大型固定翼无人机、多旋翼无人机搭载5拼相机。有人机效率高、申请空域困难。大型固定翼无人机大多是油机，在城市区作业安全性不高。多旋翼无人机安全性较高，但效率较低，一般搭载五个QX1镜头相机，成像质量较差。

发明内容

本发明旨在提供一种单镜头倾斜摄影航飞线路设计方法、***及航拍摄影方法，在保证无人机飞行安全性的同时，提高飞行效率和航拍成像质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种单镜头倾斜摄影航飞线路设计方法，包括以下步骤：

1)获取航飞范围，该范围为一矩形区域，矩形区域的四个顶点分别为A、B、C、D；其中A、D在矩形区域的同一条对角线上，B、C在另一条对角线上；

2)计算航飞范围内东西方向的线路数量N_东西飞和南北方向的线路数量N_南北飞；

3)以A、B、C、D为基准，将拍摄位置延伸相对航高H的距离，则顶点A向北延伸得到拍摄点F1，顶点A向西延伸得到拍摄点E1，顶点B向北延伸得到拍摄点F3，顶点B向东延伸得到拍摄点E2，顶点C向南延伸得到拍摄点F3，顶点C向西延伸得到拍摄点E3，顶点D向南延伸得到拍摄点F4，顶点D向东延伸得到拍摄点E4；

4)在东西方向，无人机按航线E1→E2→E4→E3完成航拍之后，再按照E3→E4→E2→E1线路返回完成航拍，则无人机共往返2*N_东西飞条航线，在每条航线上，间隔L米拍照一次；在南北方向，无人机按航线F1→F2→F4→F3完成航拍之后，再按照F3→F4→F2→F1线路返回完成航拍，则无人机共往返2*N_南北飞条航线，在每条航线上，间隔L米拍照一次；在无人机飞行过程中，相机镜头始终朝向无人机前进方向，且相机镜头相对当前飞行航线倾斜角度为35°至45°。

本发明中，N_东西飞＝L_分区高度÷L_间；其中，L_间＝V_影像×(1-D)×M，V_影像为影像高度；L_分区高度为航拍摄影矩形区域的高度。N_南北飞＝L_分区宽度÷L_间；L_分区宽度为航拍摄影分区宽度。

相应地，本发明还提供了一种单镜头倾斜摄影航飞线路设计***，包括：

航飞范围设计模块：用于获取航飞范围，该范围为一矩形区域，矩形区域的四个顶点分别为A、B、C、D；其中A、D在矩形区域的同一条对角线上，B、C在另一条对角线上；

线路数量计算模块：用于计算航飞范围内东西方向的线路数量N_东西飞和南北方向的线路数量N_南北飞；

拍摄点计算模块：用于根据以下过程确定拍摄点：以A、B、C、D为基准，将拍摄位置延伸相对航高H的距离，则顶点A向北延伸得到拍摄点F1，顶点A向西延伸得到拍摄点E1，顶点B向北延伸得到拍摄点F3，顶点B向东延伸得到拍摄点E2，顶点C向南延伸得到拍摄点F3，顶点C向西延伸得到拍摄点E3，顶点D向南延伸得到拍摄点F4，顶点D向东延伸得到拍摄点E4；

航拍模块：用于根据以下过程确定航飞线路：在东西方向，无人机按航线E1→E2→E4→E3完成航拍之后，再按照E3→E4→E2→E1线路返回完成航拍，则无人机共往返2*N_东西飞条航线，在每条航线上，间隔L米拍照一次；在南北方向，无人机按航线F1→F2→F4→F3完成航拍之后，再按照F3→F4→F2→F1线路返回完成航拍，则无人机共往返2*N_南北飞条航线，在每条航线上，间隔L米拍照一次；在无人机飞行过程中，相机镜头始终朝向无人机前进方向，且相机镜头相对当前飞行航线倾斜角度为35°至45°。

作为一个整体构思，本发明还提供了一种利用上述***进行航拍摄影的方法：

利用以下公式计算东西方向飞行的拍摄像片数：

S_{东西飞像片数}＝(L_分区宽度+2*H)÷L_基×N_东西飞×2；

利用以下公式计算南北方向飞行的拍摄像片数：

S_{南北飞像片数}＝(L_分区高度+2*H)÷L_基×N_南北飞×2；

利用以下公式计算总拍摄像片数：：

S_总像片数＝S_{东西飞像片数}+S_{南北飞像片数}；

其中，L_分区高度为矩形区域高度；L_基为摄影基线长度，L_间为航线之间的间隔，N_东西飞为东西方向航线条数，N_南北飞为南北方向航线条数，L_分区宽度为矩形区域宽度。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明可用于普及无人机倾斜摄影，降低倾斜摄影门槛，提升无人机倾斜摄影的效率；可在同一时段获取4个方向影像，并解决光线及阴影不一致问题,有利于后期影像数据处理；本发明方法的“井”字型的航拍线路可以避免航摄漏洞；在保证无人机飞行安全性的前提下，提高了飞行效率和航拍成像质量。

附图说明

图1为本发明实施例延伸拍摄点后的示意图；

图2为本发明实施例东西方向拍摄示意图；

图3为本发明实施例南北方向拍摄示意图；

图4为本发明实施例拍摄完成示意图。

具体实施方式

本发明航飞范围为长1.4km，宽1.0km的矩形区域。

技术要求：地面分辨率0.05m，航向重叠度70％，旁向重叠度50％。

本发明相机镜头安装应朝飞机机头方向；相机安装角度为45°。

设相对航高为H，焦距为f，像元大小为P，地面分辨率为G，摄影比例尺为1/M，W为数码相机CCD尺寸的宽度，V为数码相机CCD尺寸的高度，S_W为W上对应的像素个数，S_V为V上对应的像素个数，W_影像为影像宽度，V_影像为影像高度，A为航向重叠度，D为旁向重叠度，L_基为摄影基线长度，L_间为航线间隔，N为分区航线条数，L_分区宽度为航摄分区宽度，L_分区高度为航摄分区高度，则有

L_基＝W_影像×(1-A)×M (3)

L_间＝V_影像×(1-D)×M (4)

N＝L_分区宽度÷L_间 (5)

本实施例采用索尼RX1RII相机，35mm定焦镜头，CCD尺寸为35.9×24mm，像幅大小为7952×5304(单位为像素)，分区宽度为1400m，分区高度为1000m，根据上述公式可以计算得到：

L_基＝W_影像×(1-A)×M＝0.024*(1-70％)*11000＝79.2m

L_间＝V_影像×(1-D)×M＝0.0359*(1-50％)*11000＝197.5m

N_东西飞＝L_分区高度÷L_间＝1000÷197.5＝6条(取整)

N_南北飞＝L_分区宽度÷L_间＝1400÷197.5＝8条(取整)

S_{东西飞像片数}＝(L_分区宽度+2*H)÷L_基×N_东西飞×2＝336张(取整)

S_{南北飞像片数}＝(L_分区高度+2*H)÷L_基×N_南北飞×2＝368张(取整)

S_总像片数＝S_{东西飞像片数}+S_{南北飞像片数}＝704张

根据计算出来的参数具体设计航飞线路，具体如下，

(1)将拍摄点延伸至E1、E2、E3、E4、F1、F2、F3、F4，距离为389米，等于相对航高，如图1所示。

(2)东西方向，无人机按航线E1→E2→E4→E3完成航拍之后，又按E3→E4→E2→E1线路返回完成航拍。东西方向共6条航线，往返共12条航线，每条航线拍照间隔为79.2m，每条航线长度为2178m，每条航线的像片数为28张，则像片数为336张，如图2所示。南北方向，无人机按航线F1→F2→F4→F3完成航拍之后，又按F3→F4→F2→F1线路返回完成航拍。南北方向共8条航线，往返共16条航线，每条航线拍照间隔为79.2m，每条航线长度为1778m，每条航线的像片数为23张，则像片数为368张，如图3所示。

(3)总像片数为704张，图中的点就是拍照点，如图4所示。相机镜头始终朝飞机前进方向，角度为45°，一个架次完成设计的4条线路“井”字型的航拍任务。

Claims (5)

1.一种单镜头倾斜摄影航飞线路设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取航飞范围，该范围为一矩形区域，矩形区域的四个顶点分别为A、B、C、D；其中A、D在矩形区域的同一条对角线上，B、C在另一条对角线上；

2)计算航飞范围内东西方向的线路数量N_东西飞和南北方向的线路数量N_南北飞；

3)以A、B、C、D为基准，将拍摄位置延伸相对航高H的距离，则顶点A向北延伸得到拍摄点F1，顶点A向西延伸得到拍摄点E1，顶点B向北延伸得到拍摄点F3，顶点B向东延伸得到拍摄点E2，顶点C向南延伸得到拍摄点F3，顶点C向西延伸得到拍摄点E3，顶点D向南延伸得到拍摄点F4，顶点D向东延伸得到拍摄点E4；

4)在东西方向，无人机按航线E1→E2→E4→E3完成航拍之后，再按照E3→E4→E2→E1线路返回完成航拍，则无人机共往返2*N_东西飞条航线，在每条航线上，间隔L米拍照一次；在南北方向，无人机按航线F1→F2→F4→F3完成航拍之后，再按照F3→F4→F2→F1线路返回完成航拍，则无人机共往返2*N_南北飞条航线，在每条航线上，间隔L米拍照一次；在无人机飞行过程中，相机镜头始终朝向无人机前进方向，且相机镜头相对当前飞行航线倾斜角度为35°至45°。

2.根据权利要求1所述的单镜头倾斜摄影航飞线路设计方法，其特征在于，N_东西飞＝L_分区高度÷L_间；其中，L_间＝V_影像×(1-D)×M，V_影像为影像高度；L_分区高度为航拍摄影矩形区域的高度。

3.根据权利要求2所述的单镜头倾斜摄影航飞线路设计方法，其特征在于，N_南北飞＝L_分区宽度÷L_间；L_分区宽度为航拍摄影分区宽度。

4.一种单镜头倾斜摄影航飞线路设计***，其特征在于，包括：

航飞范围设计模块：用于获取航飞范围，该范围为一矩形区域，矩形区域的四个顶点分别为A、B、C、D；其中A、D在矩形区域的同一条对角线上，B、C在另一条对角线上；

线路数量计算模块：用于计算航飞范围内东西方向的线路数量N_东西飞和南北方向的线路数量N_南北飞；

拍摄点计算模块：用于根据以下过程确定拍摄点：以A、B、C、D为基准，将拍摄位置延伸相对航高H的距离，则顶点A向北延伸得到拍摄点F1，顶点A向西延伸得到拍摄点E1，顶点B向北延伸得到拍摄点F3，顶点B向东延伸得到拍摄点E2，顶点C向南延伸得到拍摄点F3，顶点C向西延伸得到拍摄点E3，顶点D向南延伸得到拍摄点F4，顶点D向东延伸得到拍摄点E4；

航拍模块：用于根据以下过程确定航飞线路：在东西方向，无人机按航线E1→E2→E4→E3完成航拍之后，再按照E3→E4→E2→E1线路返回完成航拍，则无人机共往返2*N_东西飞条航线，在每条航线上，间隔L米拍照一次；在南北方向，无人机按航线F1→F2→F4→F3完成航拍之后，再按照F3→F4→F2→F1线路返回完成航拍，则无人机共往返2*N_南北飞条航线，在每条航线上，间隔L米拍照一次；在无人机飞行过程中，相机镜头始终朝向无人机前进方向，且相机镜头相对当前飞行航线倾斜角度为35°至45°。

5.一种利用权利要求4所述***进行航拍摄影的方法，其特征在于：

利用以下公式计算东西方向飞行的拍摄像片数：

S_{东西飞像片数}＝(L_分区宽度+2*H)÷L_基×N_东西飞×2；

利用以下公式计算南北方向飞行的拍摄像片数：

S_{南北飞像片数}＝(L_分区高度+2*H)÷L_基×N_南北飞×2；

利用以下公式计算总拍摄像片数：：

S_总像片数＝S_{东西飞像片数}+S_{南北飞像片数}；

其中，L_分区高度为矩形区域高度；L_基为摄影基线长度，L_间为航线之间的间隔，_分区宽度为矩形区域宽度。