關(guān)于測(cè)繪無(wú)人機(jī)低空數(shù)字航攝影像去霧霾的研究

馬旭 崔俊生

摘 要：隨著我國(guó)的通信技術(shù)、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)繪無(wú)人機(jī)的誕生充分證實(shí)了我國(guó)科技的發(fā)達(dá)。在傳統(tǒng)的測(cè)繪工作、地理檢測(cè)、災(zāi)害應(yīng)急處理等方面測(cè)繪無(wú)人機(jī)憑著操作簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)勢(shì)逐漸代替了人工測(cè)繪的工作。但是近年來(lái)隨著環(huán)境惡劣的加劇，在很多城市中都會(huì)出現(xiàn)霧霾，也嚴(yán)重影響了測(cè)繪無(wú)人機(jī)的工作質(zhì)量。因此，本文將研究測(cè)繪無(wú)人機(jī)低空數(shù)字航攝影響去霧霾的方法，使測(cè)繪無(wú)人機(jī)可以更高效的工作。

關(guān)鍵詞：測(cè)繪無(wú)人機(jī)；低空數(shù)字航攝影像；去霧霾研究

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的經(jīng)濟(jì)水平也有了逐漸的提升，人們的出行的交通工具也有自行車轉(zhuǎn)變成了小汽車，但是這樣的轉(zhuǎn)變雖然給人們帶來(lái)出行的方便，但是對(duì)環(huán)境卻有了嚴(yán)重的危害。汽車的尾氣排放就是造成霧霾的重要因素之一，不但影響人們的身體健康，給人們?cè)斐珊粑兰膊〉龋€嚴(yán)重影響了能見(jiàn)度。測(cè)繪無(wú)人機(jī)作為近年來(lái)測(cè)繪的重要工具，主要以影響等方式將測(cè)繪結(jié)果呈現(xiàn)給工作人員，但是由于霧霾的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了影響的呈現(xiàn)，給測(cè)繪工作帶來(lái)難度。針對(duì)這樣的現(xiàn)象出現(xiàn)，研究相關(guān)的解決方案是首要任務(wù)。

一、測(cè)繪無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

近年來(lái)，在測(cè)繪領(lǐng)域的工作過(guò)程中已經(jīng)廣泛使用測(cè)繪無(wú)人機(jī)進(jìn)行勘測(cè)工作，針對(duì)一些突發(fā)狀況測(cè)繪無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行有效的應(yīng)對(duì)，自然災(zāi)害是不可抗拒的突發(fā)性災(zāi)害，例如山體滑坡、森林火災(zāi)等，對(duì)于這些狀況的出現(xiàn)，如果使用人工進(jìn)行檢測(cè)肯定會(huì)對(duì)人員帶來(lái)一定的危害，但是利用測(cè)繪無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)就可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行航拍，將影像數(shù)據(jù)傳達(dá)給相關(guān)的工作人員，可以對(duì)災(zāi)害現(xiàn)象及時(shí)制定解決方案，降低了損失，對(duì)我國(guó)的國(guó)土測(cè)繪領(lǐng)域也有重要的作用，經(jīng)過(guò)測(cè)繪無(wú)人機(jī)的航拍數(shù)據(jù)，可以清晰的掌握我國(guó)的國(guó)土情況，有利于國(guó)土資源的檢測(cè)和調(diào)查，由于測(cè)繪無(wú)人機(jī)航拍影響清晰，還廣泛應(yīng)用于區(qū)域策劃等方面；另外，測(cè)繪無(wú)人機(jī)在運(yùn)行成本方面也相對(duì)較低，不需要飛機(jī)駕駛員和面積較大的起飛場(chǎng)地，只要對(duì)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，人工遠(yuǎn)程操控就可以完成工作任務(wù)，極大程度上縮短了工作時(shí)間，提高了工作效率，還節(jié)省了大量的費(fèi)用。

二、霧霾對(duì)測(cè)繪無(wú)人機(jī)低空數(shù)字航攝影像的影響

測(cè)繪無(wú)人機(jī)通過(guò)紅外掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等獲取測(cè)繪數(shù)據(jù)，然后再用計(jì)算機(jī)對(duì)圖片或者影響進(jìn)行處理，將測(cè)繪結(jié)果呈現(xiàn)給工作人員。其實(shí)測(cè)繪無(wú)人機(jī)對(duì)大多的天氣情況都可以進(jìn)行忽視，可以透過(guò)云層對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)繪，但是在遇到霧霾的情況下就嚴(yán)重降低了工作效率。霧霾天氣是一種嚴(yán)重的大氣污染現(xiàn)象，空氣中含有大量并且超標(biāo)的懸浮顆粒，使大氣出現(xiàn)渾濁的現(xiàn)象，并且對(duì)視線造成一定的影響，嚴(yán)重的霧霾天氣將能見(jiàn)度惡化，因此，在霧霾的天氣情況下，測(cè)繪無(wú)人機(jī)即使是進(jìn)行測(cè)繪工作，但是所拍攝的影像也由于霧霾中的顆粒將測(cè)繪結(jié)果不能有效的呈現(xiàn)出來(lái)，很多測(cè)繪單位使用無(wú)人機(jī)測(cè)繪時(shí)，如果遇到霧霾的天氣，那就只能進(jìn)行等待，等天氣晴好在進(jìn)行測(cè)繪，嚴(yán)重降低了工作效率，也可以說(shuō)霧霾天氣是測(cè)繪無(wú)人機(jī)的致命傷害。

為了可以提高測(cè)繪無(wú)人機(jī)的工作效率，相關(guān)的工作人員必須要對(duì)霧霾天氣做出有效的應(yīng)急方案，雖然無(wú)法改變天氣情況，但是可以從測(cè)繪無(wú)人機(jī)的數(shù)據(jù)入手，將測(cè)繪無(wú)人機(jī)在霧霾中所拍攝出來(lái)的影像經(jīng)過(guò)一系列的優(yōu)化將測(cè)繪結(jié)果有效的呈現(xiàn)出來(lái)。

三、測(cè)繪無(wú)人機(jī)低空數(shù)字航攝影像去霧霾的研究

（一）大氣輻射傳輸方程法

大氣輻射傳輸是指電磁波在大氣界質(zhì)中的傳播輸送過(guò)程。大氣中吸收太陽(yáng)輻射的主要成分是氧氣、臭氧、水汽、二氧化碳、甲烷等，不同氣體對(duì)不同波段輻射的吸收作用也不同。這種性質(zhì)稱為大氣對(duì)輻射能的選擇吸收。散射作用的強(qiáng)弱取決于入射電磁波的波長(zhǎng)及散射質(zhì)點(diǎn)的性質(zhì)和大小。當(dāng)散射粒子的尺度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，稱為分子散射或瑞利散射，散射系數(shù)與波長(zhǎng)的四次方成反比，主要是空氣分子的散射。當(dāng)粒子尺度可與波長(zhǎng)相比擬時(shí)，稱為米氏散射，散射系數(shù)是波長(zhǎng)和粒子半徑的一個(gè)復(fù)雜函數(shù)。當(dāng)粒子尺度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)時(shí)，稱為無(wú)選擇性散射。散射系數(shù)與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。電磁波在大氣中的傳輸規(guī)律對(duì)于研究地球輻射能量收支、環(huán)境資源遙感及反演大氣溫度和濕度的分布情況有重要意義。因此，大氣輻射傳輸模式可以應(yīng)用于氣候研究和遙感研究領(lǐng)域。

在對(duì)人眼視物呈色機(jī)理、真彩色數(shù)字影像獲取存儲(chǔ)表達(dá)、無(wú)人機(jī)低空數(shù)字航攝技術(shù)流程的分析基礎(chǔ)上，依據(jù)霧霾在可見(jiàn)光中傳輸?shù)奈锢硖匦?，利用大氣輻射傳輸方程，結(jié)合無(wú)人機(jī)低空數(shù)字航攝技術(shù)特征，建立了霧霾天低空數(shù)字航攝影像的成像模型。

（二）RGB色彩空間模型法

根據(jù)建立的霧霾天成像模型，在影像空間域上利用RGB彩色空間模型揭示了低空數(shù)字航攝影像的降質(zhì)機(jī)理。分析了霧霾天低空數(shù)字航攝影像中霧霾的空間分布特征以及影像的成像特征?；诮蒂|(zhì)機(jī)理建立了影像退化與復(fù)原過(guò)程模型。

（三）霧霾成像的檢測(cè)原理與方法

霧霾檢測(cè)點(diǎn)粗差檢測(cè)與剔除方法。采用空間插值理論方法解決了霧霾成像估值的求解問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)霧霾天可見(jiàn)光路徑衰減和輻射源衰減的復(fù)原。

四、研究結(jié)果

對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外數(shù)字影像評(píng)價(jià)方法，提出了基于灰度共生矩陣的角二階矩、信息熵和對(duì)比度3個(gè)去霧霾影像評(píng)價(jià)指標(biāo)。利用本文提出的影像去霧霾方法，開(kāi)發(fā)了應(yīng)用程序，對(duì)低空數(shù)字航攝去霧霾影像進(jìn)行了主客觀評(píng)價(jià)。主觀評(píng)價(jià)結(jié)果表明，去霧疆后影像清晰度有了很大提高，色調(diào)正常，反差適中，能夠滿足測(cè)繪有關(guān)規(guī)范中的質(zhì)量要求?？陀^評(píng)價(jià)結(jié)果表明，去霧霾后影像對(duì)比度和信息熵有了很大的提高，角二階矩減小，說(shuō)明影像構(gòu)像紋理更加細(xì)致，更加清晰，包含了更多的信息量，通過(guò)影像主客評(píng)價(jià)驗(yàn)證了本文影像去霧霾方法的有效性和實(shí)用性。

五、結(jié)語(yǔ)

由于近年來(lái)大氣污染的嚴(yán)重現(xiàn)象，不僅對(duì)人體有一定的危害外，還嚴(yán)重影響了測(cè)繪無(wú)人機(jī)的正常工作效率，因此，針對(duì)這樣的情況相關(guān)的工作人員應(yīng)該全面掌握我國(guó)現(xiàn)今的研究技術(shù)，及時(shí)制定出解決方案，讓測(cè)繪無(wú)人機(jī)可以進(jìn)行發(fā)揮出更多的作用，面對(duì)任何天氣狀況都可以正常工作。研究人員要有不斷進(jìn)取、不斷鉆研的精神，時(shí)刻保持清醒的頭腦，面對(duì)出現(xiàn)的情況臨危不亂，從而促進(jìn)我國(guó)技術(shù)有更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]基于固定翼無(wú)人機(jī)航攝影像獲取及應(yīng)用探討[J].楊愛(ài)玲，孫汝岳，徐開(kāi)明.測(cè)繪與空間地理信息.2010（05）

[2]關(guān)于輕型無(wú)人機(jī)航攝影像的質(zhì)量探討[J].楊愛(ài)玲，于洪偉，鄭燦輝.測(cè)繪與空間地理信息.2011（02）

（作者單位：1.北京蒼穹數(shù)碼技術(shù)有限公司；2.銀川科昊測(cè)繪科技有限公司）