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如何選擇款好的傾斜攝影相機(jī)
、引言
傾斜攝影從2013年進(jìn)入中國(guó),短短幾年時(shí)間在地理信息域掀起股浪潮。從作業(yè)效率和成本上來分析,無人機(jī)搭配傾斜攝影相機(jī)的組合確實(shí)比傳統(tǒng)人工作業(yè)方式更加出色。
俗話說“工欲善其事,必先利其器”,選擇款合適的相機(jī)對(duì)我們項(xiàng)目的開展是必要的。但我們選購(gòu)相關(guān)設(shè)備的時(shí)候,市面上種類頗雜的產(chǎn)品會(huì)對(duì)我們的選擇造成很大困擾——到底什么樣的設(shè)備才是好設(shè)備呢?在挑選設(shè)備的時(shí)候到底需要注意哪些地方呢?怎樣才能選到能滿足我們需求的設(shè)備呢?
根據(jù)多年傾斜相機(jī)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求,今天為大家介紹些傾斜相機(jī)的關(guān)鍵性技術(shù)點(diǎn),以供大家在設(shè)備選擇的時(shí)候參考。
二、無人機(jī)的選擇
2.1固定翼
固定翼無人機(jī)具有飛行速度快,飛行高度高的特點(diǎn),被廣泛用于對(duì)精度要求相對(duì)較低的大面積數(shù)據(jù)采集任務(wù),由于這種項(xiàng)目不需要非常高的分辨率,也不要求平面高程精度,主要是解決城市規(guī)劃圖紙從二維到三維的轉(zhuǎn)變,作為各個(gè)信息承載平臺(tái)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),這種項(xiàng)目通常面積都在幾十到幾百平方公里不等,因此只能用固定翼作業(yè)。
2.2多旋翼
相對(duì)固定翼而言,多旋翼無人機(jī)就飛的要慢而且高度也會(huì)低很多,般用于對(duì)精度要求相對(duì)較高的小面積數(shù)據(jù)采集任務(wù)。多旋翼無人機(jī)通過高分辨率的飛行方式建出來的模型經(jīng)過驗(yàn)證可以很輕松的達(dá)到1:500地籍也就是中誤差5cm以內(nèi),并且相對(duì)傳統(tǒng)二維航飛4D產(chǎn)品(DOM,DEM,DLG,DRG)的生產(chǎn)方式,這種方式可以大量減少人工外調(diào),對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)繪單位來說,外業(yè)人員是測(cè)繪流程辛苦、成本相對(duì)高、人員流動(dòng)性大的問題直是測(cè)繪單位的頭疼事,傾斜攝影不但能輕松達(dá)到項(xiàng)目要求還能將大量外業(yè)人員放到辦公室吹著空調(diào),是目前個(gè)解決了測(cè)繪單位剛需的個(gè)手段;旋翼機(jī)飛得慢、飛的穩(wěn),適合這種1-2cm分辨率的項(xiàng)目。
三、傾斜攝影相機(jī)的選擇
3.1雙鏡頭相機(jī)
優(yōu)勢(shì)
在傾斜攝影剛剛進(jìn)入中國(guó)的時(shí)候,受限于傾斜攝影相機(jī)重量太大,大多數(shù)情況下傾斜相機(jī)只能搭載有人機(jī)進(jìn)行航飛作業(yè)。但是有人機(jī)價(jià)格昂貴,空域申請(qǐng)困難,飛行起來也很麻煩,所以當(dāng)時(shí)的傾斜攝影相機(jī)使用起來非常不方便。在無人機(jī)開始興起之后,由于無人機(jī)使用方便、價(jià)格低廉,將傾斜相機(jī)掛載在無人機(jī)成為了主流方向。
為了克服無人機(jī)載重太輕的缺點(diǎn),雙鏡頭傾斜攝影相機(jī)通過前后搖擺的方式模擬五鏡頭傾斜相機(jī)來采集建筑物的五個(gè)面,從而達(dá)到減少傾斜相機(jī)重量的目的。在當(dāng)時(shí)雙鏡頭相機(jī)具有重量輕,價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn),所以很快占據(jù)了部分市場(chǎng),但是通過搖擺采集數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)也漸漸凸顯出來。
缺點(diǎn)
雙鏡頭產(chǎn)品的空三計(jì)算,大部分均存在分層,交錯(cuò)的問題,需要反復(fù)進(jìn)行空三計(jì)算來糾正,這無異于加大的工作量,降低了工作效率。雙鏡頭相機(jī)也沒有正攝相機(jī),所以在作業(yè)過程中,無法保證建筑物部的紋理的采集效果。后導(dǎo)致的結(jié)果就是模型部的紋理較差。。
然后就是雙鏡頭的效率比較低,因?yàn)殡p鏡頭通過搖擺獲取建筑物側(cè)面信息,所以每次拍照需要完成個(gè)完整的搖擺周期,也就是五鏡頭拍次照,雙鏡頭需要拍三次,導(dǎo)致無人機(jī)不能以較快的速度飛行,作業(yè)效率自然會(huì)受到很大影響。
而且雙鏡頭前后搖擺,導(dǎo)致相機(jī)對(duì)物體的距離直在變化,造成些地方分辨率高,些地方分辨率低,覆蓋不規(guī)則,給后期處理數(shù)據(jù)帶來了很大的麻煩。
隨著傾斜攝影相機(jī)的不斷升,市面上的雙鏡頭相機(jī)也越來越少見了。
3.2三鏡頭相機(jī)
優(yōu)點(diǎn)
為了彌補(bǔ)雙鏡頭沒有正攝相機(jī)的不足,些廠家開始使用三鏡頭相機(jī),三鏡頭相機(jī)除了和雙鏡頭樣價(jià)格相對(duì)便宜,重量較輕以外,不需要前后搖擺使得三鏡頭相機(jī)能夠搭載在速度較快的固定翼無人機(jī)上。
缺點(diǎn)
但是三鏡頭只能采集物體的三個(gè)面,如果滿足少采集五個(gè)面的數(shù)據(jù)要求,就必須要旋轉(zhuǎn)或者對(duì)同個(gè)測(cè)區(qū)飛行兩次(橫著次,豎著次)。旋轉(zhuǎn)拍照的完整曝光周期較長(zhǎng),所以無人機(jī)飛行速度不能太快,效率必定會(huì)受到影響。并且旋轉(zhuǎn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的壽命也是個(gè)問題。如果不旋轉(zhuǎn),而用井字形飛法,也會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不可避免的問題:就是同個(gè)物體它的五個(gè)面沒辦法在同時(shí)間曝光,所以在后期建模的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“花斑”的現(xiàn)象,使得模型的效果很難看。更為嚴(yán)重的是,這種“花斑”會(huì)引起空三同名點(diǎn)匹配出現(xiàn)誤差,終可能導(dǎo)致空三分層;第二是固定翼在飛行時(shí),它的轉(zhuǎn)彎不像多旋翼那樣方便,所以每次轉(zhuǎn)彎都會(huì)有段無用航線,同個(gè)測(cè)區(qū)飛兩次就會(huì)至少浪費(fèi)四次轉(zhuǎn)彎,而傾斜攝影對(duì)照片的重疊度要求又高(般航向80%,旁向75%),這樣密集的航線使得三鏡頭的作業(yè)效率大大降低。
“花斑”現(xiàn)象
固定翼井字飛行航線規(guī)劃圖
3.3五鏡頭相機(jī)
由于雙鏡頭和三鏡頭相機(jī)存在系列缺陷,所以現(xiàn)在市面上的傾斜攝影相機(jī)依然是由五鏡頭占據(jù)主流。而且隨著技術(shù)的發(fā)展,各個(gè)廠家的工業(yè)化集成度增加,使得早先困擾五鏡頭的重量和尺寸問題已經(jīng)得到了比較完美的解決,市面上甚至出現(xiàn)了百克別的五鏡頭傾斜攝影相機(jī),這讓傾斜攝影技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用。
但是同樣都是五鏡頭傾斜攝影相機(jī),市面上的價(jià)格確差異很大,從幾萬元到近百萬不等,那么是什么原因造成價(jià)格差距很大呢?我們?cè)谶x擇五鏡頭相機(jī)時(shí),又應(yīng)該看重哪些參數(shù)呢?
鏡頭的光學(xué)特性
傾斜攝影相機(jī),先是款相機(jī),收集高質(zhì)量航片是它的要任務(wù)。那么作為相機(jī)采集素材的核心——鏡頭,就是我們必須要關(guān)注的。
五鏡頭相機(jī)不是隨便買五個(gè)相機(jī)拼在起就行了,帶有測(cè)量任務(wù)要求的相機(jī)對(duì)鏡頭要求很高。為了滿足后期的高精度要求,必須對(duì)傾斜攝影相機(jī)鏡頭做些特殊的光學(xué)處理,比如鏡片材料、鏡頭光學(xué)校正技術(shù)和鏡片的加工工藝類型。
從光學(xué)特性來講,測(cè)量型相機(jī)對(duì)入射光線的色散率、畸變程度有著很高要求,而普通材料鏡片無法滿足這樣的使用需求。的鏡片材料可以糾正原始像差,但像差作為鏡片固有屬性,不可能完消除,只能不斷改善,進(jìn)步改善像差的技術(shù)就叫復(fù)消色差技術(shù)。它可以減少因鏡頭色散帶來的累積誤差,降低空三分層概率,大幅提高鏡頭的銳度值,利于空三建征點(diǎn)提取與匹配。而畸變校正技術(shù)則可以降低原始航片的畸變值,增加軟件對(duì)航片特征點(diǎn)的識(shí)別度。
相機(jī)鏡頭使用的鏡片類型也相當(dāng)重要,非球面能夠在保證像差盡可能小的情況下,得到高水準(zhǔn)的畫面質(zhì)量,相比球面鏡片它分辨率和色彩還原度都更高。但由于目前中國(guó)并沒有較成熟的技術(shù),非球面鏡片的加工和鍍膜非常困難,材料成本高昂而成品率很低,所以導(dǎo)致價(jià)格直居高不下。
重量
無人機(jī)的續(xù)航與其所搭載的載荷重量息息相關(guān),影響著外業(yè)們的數(shù)據(jù)采集效率??钶p巧的五鏡頭相機(jī)能延長(zhǎng)無人機(jī)的續(xù)航時(shí)間,所以在不犧牲其他參數(shù)的情況下,傾斜攝影相機(jī)的重量越輕越好。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與拷貝
因?yàn)閮A斜攝影的數(shù)據(jù)量往往非常龐大,天下來往往有幾百個(gè)G的數(shù)據(jù),所以相機(jī)的拷貝速度很大程度上影響了作業(yè)的效率,般市面上傾斜攝影相機(jī)的拷貝速度大約在20M/S~30M/S之間,能達(dá)到70M/S以上拷貝速度的相機(jī)都是比較出色的。當(dāng)然了,處理如此大的數(shù)據(jù)量往往是內(nèi)業(yè)人員較為頭疼的問題,好的傾斜攝影相機(jī)廠家,會(huì)在出廠時(shí)搭配些預(yù)處理軟件,可以減少內(nèi)業(yè)人員的工作,也避免了些人工處理時(shí)容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤。
同步反饋功能
傾斜攝影相機(jī)在作業(yè)時(shí),理論上是同時(shí)間進(jìn)行拍照的,但由于不同鏡頭拍攝物體的復(fù)雜程度不同,航片大小也就不致,所以相機(jī)寫入、存儲(chǔ)照片的時(shí)間也就不同。這些細(xì)微的時(shí)間差經(jīng)大量航片累積放大后,很可能導(dǎo)致相機(jī)丟片!
丟片是指相機(jī)在空中時(shí),由于某種原因?qū)е挛鍌€(gè)相機(jī)中的某個(gè)或者幾個(gè)并沒有按照程序,完成拍照動(dòng)作。少量丟片,我們可以花費(fèi)大量時(shí)間找到丟片點(diǎn),然后采取補(bǔ)救措施,大量丟片會(huì)直接導(dǎo)致本架次數(shù)據(jù)作廢。所以,我們需要密切監(jiān)控相機(jī)的工作狀態(tài),同步性反饋就變得尤為重要。
同步反饋示意圖
數(shù)據(jù)預(yù)處理
我們知道,傾斜攝影的痛點(diǎn)主要集中在內(nèi)業(yè)方面,數(shù)據(jù)處理過程中的問題往往花費(fèi)用戶大量時(shí)間去處理,極大地耽誤了項(xiàng)目進(jìn)度。針對(duì)這些問題,好的傾斜攝影相機(jī)廠家,會(huì)在出廠時(shí)搭配些輔助軟件,可以減少內(nèi)業(yè)人員的工作,也避免了些人工處理時(shí)容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤。所以在相機(jī)選購(gòu)過程中,是否有針對(duì)數(shù)據(jù)整理、處理部分的優(yōu)化,也是需要考慮的。
其它參數(shù)
當(dāng)然,決定臺(tái)傾斜攝影相機(jī)的好壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止上面幾個(gè)指標(biāo),還有諸如相機(jī)內(nèi)存的大小,相機(jī)鏡頭布置的角度、相機(jī)鏡頭焦距比例、與無人機(jī)的適配度,是否對(duì)相機(jī)安做了保護(hù)設(shè)計(jì),是否能夠兼容不同類型的無人機(jī)等等,都是選購(gòu)時(shí)需要注意的地方,但這些大多與自身的需求和預(yù)算有很大關(guān)系。
四、結(jié)語
以上就是對(duì)市面上主流傾斜攝影相機(jī)的盤點(diǎn)和我們選購(gòu)傾斜攝影相機(jī)時(shí)需要注意的地方,希望對(duì)想進(jìn)入傾斜攝影域,但是又不知道怎么選擇傾斜相機(jī)的你能帶來些幫助。
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