基于手機(jī)款無人機(jī)的視景三維重建

呂桂龍 惲希 常天宇

摘 要：文章構(gòu)建了一個(gè)手機(jī)款無人機(jī)系統(tǒng)，智能手機(jī)不僅形體微小，而且價(jià)格便宜，其可以利用移動(dòng)通訊，把攝影的影像實(shí)時(shí)傳輸?shù)街付ǖ泥]箱，實(shí)現(xiàn)全球異地下載。實(shí)驗(yàn)中采用實(shí)物拍攝，通過數(shù)字影像處理可以獲取實(shí)景的三維重建。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);手機(jī);三維重建

中國作為一個(gè)擁有廣闊海域的國家，海域動(dòng)態(tài)監(jiān)測主要有現(xiàn)場監(jiān)視、遠(yuǎn)程視頻遙控、航空遙感和衛(wèi)星遙感監(jiān)測。這幾種監(jiān)測方式都存在一定的不足，比如衛(wèi)星遙感的獲取周期比較長，具有較大的局限性和延時(shí)性等[1]，

而小型無人機(jī)信息獲取技術(shù)具有平臺構(gòu)建容易、運(yùn)行和維護(hù)成本低、體積小、質(zhì)量輕、操作簡單、靈活性高、作業(yè)周期短等優(yōu)點(diǎn)[2]。

遙感信息解析是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遙感信息獲取系統(tǒng)任務(wù)的重要環(huán)節(jié)。本工作將兩部手機(jī)用固定架固定在無人機(jī)下方，兩者呈一定角度對拍，這樣拍出來的照片覆蓋面廣，彌補(bǔ)了遠(yuǎn)程拍攝范圍小的缺點(diǎn)。自動(dòng)定時(shí)拍照每隔一段時(shí)間對測區(qū)進(jìn)行拍照，具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，研究者面臨的問題是，如何借助運(yùn)動(dòng)相機(jī)對大地形下地物地貌結(jié)構(gòu)完成重建，以準(zhǔn)確表征解析目標(biāo)的實(shí)際狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)遙感信息獲取系統(tǒng)任務(wù)的重要環(huán)節(jié)[3]。本工作用到的智能手機(jī)不僅形體微小，而且價(jià)格便宜，其可以利用移動(dòng)通訊，把攝影的影像實(shí)時(shí)傳輸?shù)街付ǖ泥]箱，可進(jìn)行全球異地下載。

一、總體設(shè)計(jì)

軟件主體有三個(gè)模塊，分別是數(shù)據(jù)獲取模塊，數(shù)據(jù)處理存儲模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。數(shù)據(jù)獲取模塊，傳感器以一定的頻率拍攝數(shù)碼相片，這些數(shù)據(jù)被放在數(shù)組中等待系統(tǒng)調(diào)用。數(shù)據(jù)處理模塊對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和篩選，然后將結(jié)果保存到硬盤文本文件中。最后數(shù)據(jù)傳輸模塊以電子郵件附件形式將文本文件發(fā)送到指定郵箱。

二、數(shù)據(jù)處理技術(shù)方法

利用云計(jì)算的強(qiáng)大能力，可將數(shù)碼照片迅速轉(zhuǎn)換為逼真的三維模型。使用傻瓜相機(jī)、手機(jī)或高級數(shù)碼單反相機(jī)抓拍物體、人物或場景，通過該應(yīng)用程序，使用者還可在三維環(huán)境中輕松捕捉自身的頭像或度假場景。

三維重建就是一個(gè)三重積分的過程，假設(shè)一個(gè)密度以某種函數(shù)連續(xù)變化的三維物體。設(shè)函數(shù)f（x）=f（x1，

x2，…，xn） 在可求體積的有界閉區(qū)域D Rn上有定義，?D為一個(gè)分割。在每?Dk上任取一點(diǎn) ，作黎曼和。如果存在常數(shù)I，使得對于 ， ，對D的任何分割?以及任意選取的 時(shí)，有 ，則稱f在D上可積，并且稱 I為f在D上的n重積分。

當(dāng)n=3時(shí)，記被積函數(shù)為f（x，y，z），則f（x，y，z）在D上的三重積分記為

三、數(shù)據(jù)結(jié)果

數(shù)據(jù)結(jié)果如下圖所示。

四、結(jié)語

本工作基于一臺小型無人機(jī)，同時(shí)搭載智能手機(jī)傾斜同步拍攝，可以獲取重疊地面信息，通過數(shù)字影像處理并獲取實(shí)景的三維重建。后期，希望繼續(xù)完善建模程序模塊，使得三維重建圖像更加清晰。

參考文獻(xiàn)：

[1]許祝華，張彥彥，楊暉，等.海域無人機(jī)遙感監(jiān)測三維立體監(jiān)管系統(tǒng)的建設(shè)與研究[J].海洋開發(fā)與管理，2013（6）：4-8.

[2]高珍，鄧甲昊，孫驥，等.微型無人機(jī)圖像無線傳輸系統(tǒng)方案與關(guān)鍵技術(shù)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（12）：1078-1082.

[3]陳世平.關(guān)于航天遙感的若干問題[J].航天返回與遙感，2011（3）：1-8.