无人机摄影测量系统相机参数的设定

    1 概述

    无人机摄影测量系统[1]作为航天和常规航空遥感的有效补充，是以多种前沿学科尖端技术为一体的高度集成。对于如何设置无人机的相机参数才能获得符合测绘标准的高分率影像是关键技术之一。作为该技术的先导，针对不同的地物、地貌，进行了深入的研究分析，并归纳总结出了一套比较完善的相机参数设置参考表。

    2 无人机相机的主要参数

    通过大量的无人机飞行航拍试验，证实了图1所示佳能的3款数码相机满足无人机摄影测量的需求[2]；上述3款单反数码相机的具体参数见表1所示。

    在航空摄影测量中，为了获取高精度的无人机影像，我们系统、深入研究了无人机的相机参数[3]，现对其主要参数作一简要介绍。

    2.1 感光度 感光度在数码摄影中是相机影像传感器对光线敏感程度的度量标志，经常采用“ISO”来表示。数码相机的ISO是通过调整感光器件的灵敏度或者合并感光点来实现的，提高感光度，不仅可提高相机拍摄黑色调景物的能力，还可以提升快门的速度；降低感光度即降低了图片中影调的亮度，但可以使深暗色调的景物色彩得到较好的再现。

    2.2 光圈 光圈用来控制透过镜头进入机身内感光面的光量，是镜头的一个极其重要的指标参数，通常在镜头内。它的大小决定着通过镜头进入感光元件的光线的多少。通常用F值（F=镜头的焦距/镜头光圈的直径）来表示。

    2.3 快门 快门是控制曝光时间的机件，快门从打开到关闭所经历的时间称为曝光时间，或称快门速度。快门与光圈的适当组合，可以使数码相机的影像传感器表面获得准确的曝光。在拍摄时，选用较快的快门速度，可以防止因相机与景物之间的相对位移造成的影像模糊。

    2.4 景深 景深是指在摄影机镜头前沿着能够取得清晰图像的成像器轴线所测定的物体距离范围。通常在聚焦完成后，在焦点前后的范围内都能形成清晰的像，这一前一后的距离范围，便称之为景深（缩写为D.F）。

    3 无人机摄影测量系统相机参数设置实验

    3.1 实验设备及目的 采用无人机摄影测量系统作为实验设备，该系统主要由无人驾驶飞行平台、飞行控制系统、无线电遥测遥控系统、遥感设备及其控制系统等组成，其遥感设备即采用的是佳能单反数码相机。

    依据无人机影像，并参照无人机数码相机的参数，进行分析、对比，总结出在不同的地域、时节，数码相机的参数设置参考表，以获取更高分辨率的高质量影像。

    3.2 影响因素分析 因该系统技术的先行性，目前尚无样本可参照。对于地形各异，变化万千的地物、地貌，如何设置相机参数，才能获取高质量的影像，通过大量的航拍试验分析，我们归纳总结了影响相机参数设置的主要因素。1）光源的强度。光源的强度是影响摄影曝光的重要因素之一。野外摄影的光源主要是自然光，而自然光的强弱又与天气阴晴、时间早晚、季节变化和地域差异有密切的联系。天气的变化一般可分为晴空万里、薄云蔽日、 阴云遮日、乌云密集，这4种天气在曝光控制上，一般为各差1级光圈或快门速度。光源的强度还伴随着时间的不同而有所差别：中午前后最大；日出后和日落前2 h为中午的1/2；日出后和日落前1 h约为中午的1/4～1/5。日出时和日落时约为中午的1/10。实际中应根据不同时间来调节曝光量。因四季的不同，导致太阳光对地球表面的照射角度有直射和斜射之分。夏季为直射光，光源强度最大；冬季为斜射光，光源强度最小；春、秋两季则介乎冬夏之间。它们对曝光控制来说，光源强度各相差1倍。地域的变化受纬度和海拔两方面因素的影响。一般说来，大约纬度每差10°～15°，曝光量就相差1倍。高山或高原上酌情减少曝光量。2）测光。在具体拍摄时，根据曝光需求来设置测光模式，期间多注意观察环境光线，并估算被摄物体的色调与环境的反差之间的关系，从而适当调整光圈和快门，来获取各种不同需求的影像。在实际作业中一般先远处后近处测光，最后根据实际选取。