基于無人機航拍的礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)研究

（安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000）

礦產(chǎn)資源是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱之一，隨著礦區(qū)開采難度在增加對礦山測繪技術(shù)提出了更高的要求。礦山開采屬于地下性工作，危險系數(shù)較高，并且對環(huán)境的破壞較大，在礦山開采之前，對礦山測繪是非常重要的。目前，無人機[1]的應(yīng)用逐漸從軍事領(lǐng)域拓寬到民用領(lǐng)域，利用無人機航拍可以幫助人們完成很多不同類型的任務(wù)，能應(yīng)用無人機航拍技術(shù)進行礦山地質(zhì)測繪，提高礦山地質(zhì)測繪的效率。無人機航拍是通過無線電遙控設(shè)備或者遠程計算機操控的設(shè)備，其操空簡單，使用成本較低，在礦山測繪中有一定的應(yīng)用意義。但是隨著圖像技術(shù)的快速發(fā)展，無人機航拍對圖像的分辨率要求也越來越高，在高分辨率的圖像中，礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀多樣，并且受背景的干擾較大，目標(biāo)與背景之間存在邊界不清晰的問題，對礦山地質(zhì)測繪中圖像的高分辨率要求是目前亟需解決的難點，基于此，提出基于無人機航拍的礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)設(shè)計。本次主要對硬件中的圖像采集模塊和圖像存儲模塊進行了設(shè)計，通過這兩個模塊實現(xiàn)對測繪圖像的采集和對圖像的存儲，并為提高分辨率，提出遙感數(shù)據(jù)融合新算法，將高分辨率圖像與低分辨率圖像進行融合，實現(xiàn)了圖像的高分辨率要求。通過對基于無人機航拍的礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，大大提高了圖像的分辨率，為礦山測繪提供清晰的圖像信息，推動了礦山開采行業(yè)的發(fā)展，促進我國經(jīng)濟的進步。

1 礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)硬件設(shè)計

本次設(shè)計的礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)硬件主要包括采集模塊、圖像處理模塊[2]、存儲器模塊、電源管理模塊等等，此次主要對圖像采集模塊和存儲器模塊進行設(shè)計。

1.1 圖像采集模塊設(shè)計

采用HDFUI高清數(shù)碼相機模塊，該圖像采集模塊能夠?qū)⒉杉降膱D像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，展現(xiàn)方式更加直觀，并且能夠?qū)y繪到的圖像進行實時采集，非常適合無人機裝配，很好的完成本系統(tǒng)需求的圖像采集工作。

1.2 圖像存儲模塊設(shè)計

在進行礦山地質(zhì)測繪時，首先要將測繪的圖像進行存儲，然后在進行處理，因為礦山地質(zhì)數(shù)據(jù)類型眾多且數(shù)據(jù)量較大，配置DHUGFI存儲器，該存儲器模塊訪問速度較快，滿足礦山測繪采集數(shù)據(jù)的大容量需求。在使用該存儲器之前，需要將存儲器設(shè)置時鐘，在進行發(fā)送操作和數(shù)據(jù)讀取操作時以該時鐘為基準(zhǔn)，保證存儲的數(shù)據(jù)不丟失，該存儲器能夠?qū)崿F(xiàn)對任何地址進行數(shù)據(jù)讀寫，保證圖像數(shù)據(jù)存儲的準(zhǔn)確性。

2 礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)軟件設(shè)計

為得到高分辨率圖像，提出遙感數(shù)據(jù)融合新算法，其原理是利用高分辨率的圖像提高低分辨率的圖像，將高分辨率圖像與低分辨率圖像進行融合，以滿足圖像的高分辨率[3]要求。首先對采集到的數(shù)據(jù)進行處理與分析，平滑掉所有尺寸小于確定的DFUIGH頻率的高頻部分，將采集到的圖像中的高頻與低頻圖像進行融合，為了更好的具有平移不變形的圖像小波分解，引入小波算法，計算公式如下：

在上述公式計算完成的基礎(chǔ)上，將圖像進行主分量變換，變換過程中，得到一組新的分量，其中t為不同波段的低分辨率圖像，為更好的對主分量進行融合，用圖像的相關(guān)矩陣代替圖像的協(xié)方差矩陣，以參考圖像對高分辨率圖像進行直方圖匹配得到高分辨率的圖像，計算公式為：

公式（2）中，f代表代替圖像，qi代表高分辨率圖像，y代表融合因子，此次計算不做定向分析。

在上述公式計算完成的基礎(chǔ)上，能夠提高礦山地質(zhì)測繪圖像的分辨率，有效將低分辨率有高分辨率的圖像有效的融合，提高了整體圖像的分辨率，以此完成了基于無人機航拍的礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)的軟件設(shè)計。

3 實驗對比分析

上述實驗只是從理論上證明了此次設(shè)計的礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)的有效性，為保證該系統(tǒng)具有一定的實際應(yīng)用意義，對其進行實際應(yīng)用。同時，將傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)與本文設(shè)計的系統(tǒng)進行對比以保證實驗的嚴謹性，實驗環(huán)境設(shè)置為某地礦山，采用同樣裝置的無人機，和相同的礦山地質(zhì)條件，使用兩種方法分別對此處礦山地質(zhì)進行測繪，主要對比兩種方法礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率高低情況，對比結(jié)果如下圖。

分析圖1可知，傳統(tǒng)的礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)在進行礦山地質(zhì)測繪時，圖像分辨率較低，不能對礦山地質(zhì)測繪的圖像精準(zhǔn)分析，而本文設(shè)計的方法在進行礦山地質(zhì)測繪時，圖像分辨率較高，能夠?qū)?fù)雜的礦山地質(zhì)圖像進行有效處理，為工作人員提供基本的礦山地質(zhì)圖像信息，通過上述實驗基本能夠證明此次設(shè)計的圖像分辨率系統(tǒng)的有效性，說明該方法具有一定的實際應(yīng)用意義。

圖1 圖像分辨率對比

4 結(jié)語

綜上所述，礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率系統(tǒng)能夠提高找礦速度，能為工作人員提供基本的礦山地質(zhì)基本信息，但是目前礦山地質(zhì)測繪的圖像分辨率較低，影響了礦山地質(zhì)測繪的準(zhǔn)確程度。基于此，本文設(shè)計了一種基于無人機航拍的礦山地質(zhì)測繪圖像分辨率的系統(tǒng)，通過對圖像分辨率系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，實現(xiàn)了對礦山圖像數(shù)據(jù)的有效采集和存儲，并通過軟件設(shè)計，有效將高分辨率圖像與低分辨率圖像相融合，提高了礦山地質(zhì)測繪圖像的分辨率，為工作人員提供了更加精準(zhǔn)的礦山地質(zhì)信息，推動礦山行業(yè)的發(fā)展，促進國家的進步。