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1、1、 基本原理1.1 飞行高程约束飞行高 h 的选定在满足无人机性能的前提下主要取决于航拍目标区 域的海拔最高点及航拍图像要求两方面。首先假设航拍目标区域的海 拔最高点的高度为hT，为保证无人机的飞行安全，避免航拍所获取 照片的失真，则至少要求无人机的飞行高程 h 要大于 hT。其次，在航拍应用的相机拍摄过程中，由于相机性能固定， 焦距固定，在满足重叠率的情况下，为保证航拍照片的清晰度及 质量，需要无人机的飞行高程在一个合适的范围内。由于无人机在空中飞行时速度较快，所以相邻照片之间的曝 光时间间隔很短，为了获取照片的参数相同，所以在航拍时需要 将无人机所搭载的相机设置为定焦方式，且对焦方式被设
2、置为无 穷远处，以获取最深的景深范围，这样就使得物体虽然在镜头最 远对焦距离之外，但是也可以保证图像能够清晰呈现，不会因为 景深范围不足而产生模糊。地面分辨率 GSD 指能够在航拍图像上区分两个目标的最小 间距。地面分辨率与最终成图比例尺的关系如下表：表3.1成图比例尺打地面分辨率关系成图比例尺地面分辨率1:5005cm1:100010cm1:200020cm1:500050cm如已知相机的镜头焦距f,像元尺寸u,并确定地面分辨率以后，可以计算出无人机的飞行高度。h = f* GSD/u相机的像元尺寸u计算公式如下：其中, hCCD 为 CCD 高度, wCCD 为 CCD 宽度,单位 mm；
3、Ph 为hCCD上对应的像素个数，Pw为wCCD上对应的像素个数。由此式 可知当相机及其像素选定以后,相机的像元尺寸也就确定了,即对于一固定像素的相机而言像元尺寸为一定值。在航拍中相机的焦距 f 是固定的,像元尺寸 u 也是固定的,由得出当飞行高程增大时,随之 GSD 会减小,综合考虑测绘需求及后期拼接因素,并通过多次实际航拍及后期图像的处理,我们获得当成图比例尺为 1:1000 时,成图效果较好且成图效率高即地面分辨率选定为10cm。取地面分辨率为10cm，像元尺寸u为6.41 u m。在此情况下，结合无人机载重及空间考虑，选用的相机体积不宜过大,也不宜携带长焦距镜头,所以常用的不同焦距对应
4、的飞行高度如下表：表3.2飞行高度与相机焦距之河关系设相机的视场角为B,则飞行高程与无人机航拍的地面图像长度的关系如下图：J H*图3.2飞行高程与航拍图像地面宽度关系由图可知，当相机的视场角B固定后，地面图像长度H为:H = 2h* tan|(3-17)即当GSD及无人机飞行高程确定后，航拍图像的地面尺寸长宽度也确定了。由根据像素的长宽比：得出航拍的地面图像尺寸宽W为:文献中提出要求无人机航拍的图片重叠率要满足：航向重叠率达到65%以上，旁向重叠率（即航线间重叠率）要达到 35%以上。但是通过固定翼无人机多次实际航拍飞行实验，航向重叠率必须至少达到70%，旁向重叠率必须至少达到 40%（如下
5、图示），此重叠率下获取图片进一步进行拼接得到的大型照片效果更好。W（照片2）A航向重叠区重愛率P70%W*（爛片1）无人机航向亠图33航向重叠率示意图 进而，我们通过重叠率约束以及相机性能可以计算出无人机飞行中的 航线间距及航向间距。旁向重叠率一重叠率鼻40譽无人机机向无人机航向我航线间距W1公式为：W1=照片长度H* (1 旁向重叠率)航向间距W2公式为：W2=照片宽度W* (1 航向重叠率)以现有设备中的相机为例，该相机的图片最高分辨率为： 4678*3456我们取1:1000的地图比例尺，GSD为10cm,根据相机参数得相机 视场角为53，焦距为24mm，像元尺寸u为6.41 u m，贝U通过以 上公式计算得飞行高程h=375m； H375m； W277m。即航拍所获 每张照片代表实际地形的长宽为： 375m*277m。由以上两个公式可以计算出：航线间距 W1=375* (140%) =225m航向间距 W2=277* (1 70%) =83.1m84m取实验室现有无人机的巡航速度为72km/h即20m/s，无人机机载 相机设置自动照相的间隔时间 T 为：T 二严=养=4公(3-20)
