影響無人機數字航空攝影測量精度的關鍵因素

2020-03-23 18:32:48 longuav 40

傳統攝影測量在討論高程精度時,通常只關注基高比參數,然而影響高程精度的不僅是基高比,還有其它的影響因素。實際上高程精度是由 GSD(Ground Sample Distance,地面分辨率)、基高比和像點坐標量測精度綜合決定的。特別是數碼航空像片,雖然基高比偏小,但其地面分辨率高、像點量測精度高,仍然有能力獲取較高的高程定位精度。由圖可以看出,立體像對空間前方交會得到的空間點平面坐標精度為:

mXY= mxyH / f


式中,mxy為像方點量測精度,H為相對飛行高度,f為焦距。

設像方點量測精度mxy為1/k個像素,則有:

mXY= GSD / k


式中GSD為像元對應的地面分辨率。

1.jpg 

空間前方交會得到的空間點高程坐標精度為:

m= mXY tanθ

tanθ = B/H = b/f


式中θ為交會角,tanθ為物方基線與航高的比值,合并平面精度公式后得:

mZ = GSD/k * (H/B) = GSD/k * (f/b)

由上式可知,相機一定的情況下,空間前方交會的高程精度取決于三個因素:

(1) 基高比,基高比越大,則高程精度越好;

(2) 像點坐標的量測精度,像點坐標的量測精度越好,即k值越大,那么高程精度越好;

(3) GSD 越小高程精度越高。

下面就不同情況下高程精度作簡要的分析:

注:設定膠片影像的像點坐標量測精度為1/2個像元(k=2),數碼航攝影像的像點坐標量測精度為1/3個像元(k=3)

示例一

設膠片影像和數碼影像的地面分辨率均為8cm,航向重疊度均為80%,那么膠片影像和數碼航攝影像的高程精度對比如下表:

表格 1 不同相機等地面分辨率的高程精度對比

相機類型

膠片相機

DMC

α5100

像幅(mm)

230*230

165.9*92.2

23.4*15.6

像元大小(mm)

0.025

0.012

0.0039

攝影比例尺

1:3197

1:6666

1:20500

基線(mm)

46

18.44

3.12

飛行高度(m)

486

800

410

焦距(mm)

152

120

20

高程精度(cm)

13

17

17

示例二

數碼航攝相機在實際飛行中,GSD往往高于規范的要求,如 1:1000 成圖中數碼航攝的GSD一般在7~8cm之間(規范要求8~10cm),所以高程精度進一步提高,下圖給出Sony α5100相機不同分辨率情況下的高程精度情況。

表格 2 相同相機不同地面分辨率的高程精度對比

相機類型

像幅(mm)

像元大小(mm)

焦距(mm)

α5100

23.4*15.6

0.0039

20

攝影比例尺

GSD(cm)

基線(mm)

飛行高度(m)

高程精度(cm)

成圖比例尺

1:10250

4

3.12

205

8.5

1:500

1:20500

8

3.12

410

17

1:1000

1:38500

15

3.12

770

32

1:2000

僅從相機性能角度出發,通過示例一可以看出,在等分辨率的情況下,無人機傳感器與大幅面航攝儀具有相當的高程精度。通過示例二可以看出,針對Sony α5100相機在4、8、15cm地面分辨率的情況下,能夠滿足1:500、1:1000、1:2000航測成圖規范精度要求。因此,基于無人機平臺進行大比例尺測繪是可行的。


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