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利用无人机高空飞行采集视频数据可以高效快速的获取兴趣区域的现状,可将采集的视频数据应用于大范围的宏观巡检以及项目初期的勘察调绘工作。传统的视频数据采集方式为手动飞行或导入兴趣区域中线沿线飞行,前者可能存在手动飞行偏离兴趣区域的情况,后者如果设定了云台俯仰角度,可能存在视频采集内容超出兴趣区域或在航点处卡顿视频不流畅的情况,并且两者都没有办法很好的和测绘结合到一起,利用视频文件提供的地理信息数据。针对这一情况,南京韦博智控科技有限公司,提供了:1.视频航线、2.视频测图、3.视频编辑三个功能,帮助用户更好的利用无人机采集视频进行宏观巡检和项目初期的勘察调绘工作。除此以外,我们还提供了单幅测图功能,即通过单张影像即可进行图像上每个像素点地理坐标的测绘工作。

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通过以上相关功能,用户可以快速获取兴趣区域点、线、面矢量信息和概略坐标,一键化处理,具有数据采集效率高、处理难度低,输出成果快等优点,下文我们对相关功能进行介绍:

一、视频航线

自动化航线可以保证飞行器严格按照线路行进路线飞行,当云台俯仰角度为-90°时,航线轨迹在输入线路的正上方,按照输入的相对航高飞行,当云台俯仰角度为-90°~0°时,需要根据输入的俯仰角度、航高以及折线偏航对相应的航点进行后移,方可保证视频采集中心对准线路。由于在线路的折点,视频采集的偏航角会产生变化,因此在折点处即使添加协调转弯,也会如下方视频左侧实拍效果所示,由于偏航变化过大,引起视频采集的画面内容旋转过快,导致视频呈现的效果不佳。

为了保证视频采集的平滑流畅效果,我们对视频航线生产逻辑进行了优化,优化后实拍效果如视频右侧所示。

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上图所示红色为输入轨迹范围,绿色为生产的航线轨迹,在折点处生产视频采集航线的航点时将折点进行后移外推使用缓和曲线进行过渡,并且保证每一个航点的偏航均指向线路上相应的位置。优化后的视频航线,在保证了视频采集平滑程度的同时保留了自动航线的优势,严格按照输入的线路范围采集视频。

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视频航线生产面板如图,支持的机型为M3系列、M30系列、M300 RTK和M350 RTK,其中外推半径参数控制了航点后移外推的距离,缓和曲线参数控制了生产缓和曲线的航点数量,文件后缀为在存储卡内视频文件命名时,除大疆默认的命名规则外可以自定义后缀名,方便区分视频文件对应的线路,如需生产绝对航高任务,需要在DEM上绘制线路轨迹KML文件。

二、视频测图

使用大疆M3系列、M30系列、M300 RTK和M350 RTK采集的视频文件均支持勾选记录字幕文件,字幕文件会记录视频采集时每一帧相应的飞行器位置与云台姿态。结合提取出的当前帧影像畸变参数,通过像元连接光圈与地形相交的射线距离,即可计算视频每一帧每个像素坐标对应的地面地理坐标。基于这一计算原理,我们推出了视频测图功能。

将带有字幕文件的视频导入软件后,选择采集视频使用的相机型号,加载地形文件,即可通过巡检大师进行视频测图工作,视频测图功能支持在视频暂停后的画面上绘制点、线、面要素,并且同时在三维地球上生成相应的矢量文件。需要注意的是由于位姿信息没有时间同步,畸变参数不准确、地形精度不高,绘制的矢量文件坐标精度并不能达到测绘精度,仅为用户提供位置参考,作为一种快速、低成本的补充测量巡检手段。

三、视频编辑

视频编辑功能的计算原理与视频测图功能一致,视频测图功能为计算当前帧像素坐标对应的地理坐标,视频编辑功能为通过已知矢量文件的地理坐标在当前帧计算像素坐标并绘制点、线、面要素。

导入视频文件、矢量文件、地形文件后,用户就可以通过视频编辑功能一键输出带有点、线、面要素的视频文件。

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视频编辑功能还支持输出带有点线面要素的关键帧影像,支持用户通过专业视频编辑软件绘制矢量数据到视频画面,使视频输出更流畅。

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视频编辑功能面板如图所示,其中高程信息支持用户使用Kml自带高程、指定地面高程、导入DEM文件。关键帧间隔是指输出视频每秒的画面帧数间隔,原视频为30帧的情况下,输入关键帧间隔为6,则绘制视频帧数为5。生产视频可一键导出带有点线面要素的视频文件,生成关键帧是输出设定帧率的独立点线面要素的背景透明图片。

四、单幅测图

单幅测图功能为通过单幅影像转换为类似正射影像的单幅栅格影像,该影像使用方式与正射影像一致,可以使用单幅测图生产的影像进行点、线、面的绘制与量测。大疆无人机在高空飞行采集影像数据时,可以通过遥控器下载飞机拍摄的影像数据。影像远程回传至遥控器后,配合单幅测图功能使用,飞行器不降落就可以获得目标区域最新栅格影像数据。

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使用单幅测图功能生产的栅格影像数据测量精度较低,无法与传统的航测生产成果进行比拟。通过双屏比对功能,同时加载测试区域的正射影像与单幅测图转换的栅格影像进行对比如图所示。但是单幅测图功能提供了一种快速低成本的现状影像数据获取方式。以大疆M3E为例,飞行高度300米时影像的地面分辨率为10cm/pixel,横向采集地表范围528米,纵向采集范围395.6米,单张照片即可获取面积约0.2km²的遥感影像数据。对于地表现状现势性要求较高、精度要求较低的应用场景,是一种成本极低的作业方式。

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单幅测图功能生产面板如图,导入需要转换的影像后,导入测区DEM或者输入地表高程即可进行一键转换。

总结

通过韦博智控航拍巡检解决方案提供的一系列功能,我们将传统意义上不具备地理信息属性的单幅影像与视频赋予了测绘功能,帮助用户进行项目前期的勘察调绘与巡检调查工作,降低用户的数据采集与处理成本。以上解决方案我们已将视频航线与单幅测图功能更新至航迹大师最新版本内,视频测图与视频编辑功能需额外付费使用,如您对本方案感兴趣,欢迎通过以下联系方式与我们联系。

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