摘要：随着无人机监控技术的发展，以及视频流传输技术的逐步成熟，利用电动无人机搭载小型摄像头获取视频数据用于应急救灾成为可能。在测绘领域，特别是在应急测绘条件下，为满足特殊的需要，比如获取全景图，构建立体像对，构建可量测立体模型，只获取视频影像是不够的。因此开展关键帧的自动抓取并进行光束空中三角测量放实现立体量测具有重要的研究意义。本文就无人机视频影像的可量测立体模型构建方法进行探讨。
关键词：无人机视频影像；可量测立体模型；方法
1视频影像可量测立体模型构建技术
低空无人机视频影像可量测立体模型构建技术搭载的是民用型高清轻小型CCD传感器，通过摄像机智能标定技术获取其内方方位元素、通过关键帧自适应自动提取技术建立的关键帧影像的提取方法，提取满足摄影测量立体模型构建的关键帧影像，然后利用摄影向量中光束法平差技术解求外方位元素信息，实现基于视频关键帧影像的可量测立体模型构建。
1.1基于改进平板的摄像机智能标定
摄像机标定方法有传统标定和自标定两种，传统标定技术精度较高，但其特制标定模块较昂贵，自标定技术虽然较灵活方便，但其精度不高。张正友提出了一种介于传统标定和自标定方法之间的一种平板标定方法。方法如下:（1）保证棋盘图像和摄像机之间一方处于静止状态，从不同角度获取至少三张影像;（2）在确定影像的左上角为图像坐标原点后，根据影像的长和宽得到棋盘上的方格数目;（3）检查无误后在此基础上提取角点;（4）经过参数的初始化和非线性最优化计算摄像机的内参数和畸变系数。该方法比传统的标定技术灵活，且又能得到较好的标定精度。
1.2视频关键帧影像自适应自动提取
旁向重叠设置和传统的航空摄影测量一样，在航线设计中实现;而关键帧的航向重叠度因无法设置曝光间隔，则需要单独计算得到。根据航线规划设计的旁向重叠及根据视频帧率、飞行高度、速度、影像分辨率等参数确定的航向重叠度计算方法，利用DirectShow技术实现关键帧影像的自适应提取，以保证立体模型构建时需要的立体相对。具体方法为:（1）使当前视频系统处于视频预览状态;（2）先启动SampleGrabberFilter接口无条件抓取一幅影像;（3）设置视频关键帧影像提取的时间间隔;（4）循环操作直至所有影像提取完成。
1.3光束法空中三角测量可量测立体模型构建:
将其作为目标函数，给定一初始值xmax，当e＞xmax时，令e=xmax然后进行最小二乘迭代计算求解关键帧影像的内外方位元素，实现可量测立体模型构建。
2试验验证
2.1摄像机智能标定与关键帧影像提取试验
在vs2008开发平台上，利用VC++语言和微软提供的DirectShow应用程序开发工具包，以及开源代码OpenCV，结合摄像机内方位参数、视频帧率、飞行高度、速度、影像分辨率等参数，实现了关键帧影像自动提取，并对影像进行了畸变差改正。保证棋盘图像和摄像机之间一方处于静止状态，从不同角度获取6张影像，见图1。经过参数的初始化和非线性最优化可以得到摄像机的内参数和畸变系数，见表1。
2.2可量测视频关键帧影像立体模型构建试验
本试验提取视频关键帧影像中的两条航线，十张关键帧影像，航线1的像片序号是1～5，航线2的像片序号是6～10。关键帧影像提取结果见图2。
利用EＲDAS平台的LPS模块对提取的关键帧影像进行光束法空中三角测量可量测立体模型构建。首先，选择正确的投影方式和转角系统，构建几何模型，进行内定向;然后，对影像进行相对定向、绝对定向处理;最后，进行光束法空中三角测量平差计算。
表2为相对定向结果，各像对相对定向中误差均小于0.5个像素，符合低空摄影测量的规范要求。本试验最终空中三角测量加密迭代收敛，所有影像单位权中误差达0.3962像素，并可输出带有外方位元素、像点坐标、物方坐标及连接点、控制点残差报告，计算结果见表3，满足低空摄影测量规范要求。
将借助LPS模块建立的区域网工程文件保存并导入到Stereo模块中，可获得相邻航片间的重叠度，通过红青眼镜可观测到像对重叠区域的立体场景，并且能对相邻影像上任意同名点进进行立体量测。如图3所示，是相邻两影像构成的立体像对，线段AB为在红青影像上量测的某一房屋的长度，在编辑栏里能显示出房屋的长度。
3结束语
综上所述，本文提出一种基于改进平板摄像机智能标定方法，结合摄像机内部参数和视频帧率，实现了视频流的关键帧影像自适应自动提取，并对提取影像进行实畸变差校正;最后通过无人机快速获取的试验数据进行空三加密处理，实现了可量测视频立体模型构建，空中三角测量加密单位权中误差0.39个像素，具有较高的量测精度，能有效地提高应急测绘条件下的灾情地理信息获取，为灾情评估和辅助决策提供依据。
参考文献:
[1]可量测航空影像连续立体模型构建技术与应用研究[D]. 孙晓峰.中国测绘科学研究院 2011
[2]无人机影像自动拼接校正[J].郭威,周厚奎,余璇,徐家扬.江西科学. 2014(06)
论文作者:王笑赤,郭立群,王睿
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/29
标签：影像论文; 量测论文; 关键论文; 模型论文; 视频论文; 无人机论文; 摄像机论文; 《防护工程》2018年第2期论文;