多视图重建任务外业指引(1)-数据采集基础知识_大疆无人机fov计算

作者：凡人多烦事01 | 2024-04-08 02:59:35

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大疆无人机fov计算

由于知识过于杂乱且分散，决定自己写篇博客梳理记录

一、无人机倾斜摄影测量技术

借助无人机和倾斜摄影相机，快速采集影像数据，实现全自动化三维建模; 倾斜摄影数据是带有空间位置信息的可量测影像数据，能同时输出 DSM、DOM、TDOM、DLG 等多种格式数据。

一、相机部分

以Mavic pro相机数据为例简要说明各参数：传感器尺寸1/2.3英寸，镜头像素1235万，镜头分辨率4000 $\times$ 3000(分辨率两值相乘应接近像素值)，视场角78.8°，焦距26mm。下文结合像元大小和地面影像分辨率对各参数进行说明。

1.1 像元大小

1.1.1 分辨率

分辨率是指单位长度内像素点的数量，它的单位通常为像素/英寸（ppi）

1.1.2 像素

1.1.3 像元

像元大小，又叫相机像素尺寸。如何确定相机的像元大小，着实花费了不少时间来理清思路，记录如下：

由“传感器尺寸(长，宽)=相机分辨率(长，宽) $\times$ 像元大小”公式，可计算“像元大小=传感器尺寸(长，宽) $\div$ 相机分辨率(长，宽)”。常见大疆无人机传感器尺寸如下：

由公式可知相同分辨率的工业相机，传感器面积越大，则其单位像素的面积也越大，成像质量也会越好。

注：像元单位通常为微米，传感器尺寸单位通常为毫米

1.2 焦距(f)

焦距是光学镜头一个非常重要的参数。镜头焦距的长短决定了被摄物在成像介质上的大小，也就相当于物和象的比例尺。

对于数码照相机（DSC）来说，其成像介质为图像传感器（主要是CCD与CMOS两类传感器）。数码相机在航测中使用时，镜头焦距的长短就决定了地面影像分辨率（GSD）。

当在相同距离拍摄同一个目标物体时，镜头焦距长的，所成物象大；镜头焦距短的，所成物象小。镜头焦距的长短决定成像大小，视场角大小，景深和画面的透视强弱。根据用途的不同，相机镜头的焦距相差可以非常大，有短到几毫米，十几毫米的，也有长达几米的。航空摄影镜头焦距一般选在20mm~100mm这个区间（不考虑镜头畸变的影响）。

1.3 视场角(FOV)

在光学仪器中，以其镜头中心点为顶点，以被测目标物像可通过镜头的最大范围边缘所构成的夹角，称为视场角。视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。通俗地说，如果目标物体不在视场角范围内，则该物体反射或发射的光线就不会进入镜头内，也就无法成像。

1.4 地面影像分辨率(GSD)

1.3.1 定义

是衡量遥感图像（或影像）能有差别地区分开两个相邻地物的最小距离的能力(图像中相邻两个像素中心的距离代表实际距离是多少)。超过分辨率的限度，相邻两物体在图像（影像）上即表现为一个单一的目标。通常用单位长度内所能分辨出来的黑白相间的线对数（线对/毫米）来表示分辨率的大小。对于扫描图像，通常以像元的大小来表示其分辨率（即能分辨的最小面积）。

~~飞行高度决定了地面影像分辨（GSD）。飞行高度与地面影像分辨率成反比，飞行越高地面影像分辨率越低。~~

1.3.2 与比例尺关系

有时候客户提的要求不是GSD，而是比例尺。要怎么通过比例尺来确定飞行高度？

GSD 反映了像素与实际距离的关系，比例尺表示图上距离与实际距离的关系。需要知道像素与图上距离的关系，才能解决 GSD 与比例尺之间的转换关系。这里引入一个 DPI 概念，DPI 可理解为每英寸的像素数。

比如打印地图时，打印机分辨率为 300DPI，那么打印的地图中“1英寸 = 2.54厘米 = 300 个像素”，则有“2.54/300 $\approx$ 0.008467 厘米/像素”，如果打印的地图比例尺为 1：500，则地图上一个像素代表“0.008467 厘米/像素 $\times$ 500 $\approx$ 4.23厘米”，即算出GSD值。所以当DPI为300时，可得以下表格。