无人机高光谱ATH9010数据采集质量的影响因素分析

图1 无人机高光谱ATH9010实测场景

奥谱天成ATH9010采集数据反演

根据无人机高光谱ATH9010原始数据质量的类型，分为以下四个部分进行分析：

1、影像清晰度

影像清晰度主要受到两种因素影响，一是相机分辨率，二是焦距设置。其中，焦距设置是目前主要考虑问题，由于拍摄的影像可能存在虚焦导致成像不清晰，因此有必要对每台相机的焦距设置形成统一标准或者可控的调节方法，并兼顾考虑无人机在不同飞行高度的影响。如图2所示为焦距调整前后采集的影响清晰度差异。

图2 焦距调整前后采集的影响清晰度

2、影像纵向形变

试验测试过程发现，拍摄的高光谱影像存在拉长或者缩短的形变现象。这种在纵向（无人机飞行方向）产生的形变主要考虑是由无人机飞行速度和相机帧率（即拍摄速度）未完全匹配导致。理论上，当无人机速度过快而相机帧率较慢时，拍摄的影像存在丢帧从而导致影像缩短。相反，当无人机速度较慢而相机帧率过快时，拍摄的影像会多帧，导致影像被拉长。

可以通过无人机飞行高度和相机瞬时视场角计算单个像素的宽度，之后根据无人机飞行速度计算经过一个像素宽度的时间，该时间间隔即为相机拍摄时间的间隔（未考虑相机能量积分时间）。

式中，FPS为相机帧率，为无人机飞行速度，为飞行高度，为相机瞬时视场角（弧度）。在实际测试过程中，一般设置无人机飞行高度为100 m前提下，FPS设置在50-85之间较为合适。

3、影像横向形变

测试时发现拍摄的影响依然存在一定的横向形变，比如道路产生锯齿状（图3）。考虑因素主要是高空风力较大，在实际生产拍摄影像时，有必要考虑风速影响。

图3 道路横向锯齿形变

4、影像辐射强度

由于不同天气条件下太阳光照强度不同，相机设置相同的能量积分时间条件下，拍摄的影像可能存在过饱和或者能量过低的问题。其中，能量过低可能导致地物的部分反射波普信噪比降低，影响波普可靠性。而过饱和则导致影像反射率无法计算。因此，有必要考虑不同光照条件下，设置合理的能量积分时长。

一种方法是可以在飞行拍摄前，利用标准反射率白板进行调试（程序方法）。如果白板最大反射值强度大于相机容忍最大值，则考虑降低积分时间至反射值强度在饱和值的60%-80%。相反，若白板最大反射值强度过小（<30%），则增加积分时间至反射值强度在饱和值的60%-80%。

在进行多次实际测试后，设置以下参数获得的影像数据质量相对较好（表1）。但测试次数有限，相机帧率有待进一步精确。

表 1 无人机高光谱ATH9010数据采集相关参数

▶ ATH9010系列介绍