项目名称

无人机多目倾斜摄影相机研制及应用

推荐单位

广东省测绘学会

推荐单位推荐等级

一等

推荐意见

科技创新方面：（1）构建的轻小型和宽视角倾斜摄影相机系统经科学改造后，各模块间能够持续、稳定的工作并可获得同一目标多个视角的高空间分辨率多视影像；（2）实际应用表明，两种倾斜摄影相机系统所获得的数字测绘产品（如实景三维模型、地形图及地籍图等）均具有较高的精度和可靠性均，可满足不同行业及不同领域的应用需求；（3）构建的六目宽视角倾斜摄影相机系统在保证了精度的同时，显著提高了数据获取和处理的效率；（4）研发的无人机影像匀光匀色、去雾以及图像增强技术，提升了多云雾地区影像获取能力，提高了影像质量。成果总体技术达到国内领先水平。

应用实践方面：研发成果在北京国遥新天地信息技术股份有限公司、建设综合勘察研究院设计有限公司、中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司工程测量科研院等19家单位、都项目得到很好应用和验证，新增产值2.8亿元，取得显著经济效益与社会效益，同时项目成果还在斯里兰卡、泰国等国家成功应用，扩大了国际影响，助力了“一带一路”建设。

主要完成单位

北京帝信科技有限公司

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中国矿业大学

北京建筑大学

中国科学院空天信息创新研究院

主要完成人

1.吴献文，2.赵星涛，3.史合印，4.朱凌，5.杨化超，6.卞和方，7.张桂峰，8.陈铮，9.张秋昭，10.汪师青，11.吕婵媛

成果简介

1.项目背景：近年来，实景三维中国建设是我国现代化建设的未来发展趋势，也是目前装备与技术研究的热点；无人机倾斜摄影测量是低成本、便捷型、高效率的实现实景三维构建的重要技术手段；对无人机低空倾斜摄影系统实现实景三维构建而言，多目倾斜摄影相机作为关键设备，具有迫切的市场需求。多目倾斜摄影相机虽然得到了快速的发展，但是针对小范围区域的应用，受重量、体积等因素影响，在轻小型无人机平台应用，仍然需要进行小型化和轻量化改造工作。而另一方面，对较大区域的倾斜摄影测量应用，现有的倾斜摄影相机在数据获取和处理的效率上仍有待提升。本研究综合考虑上述问题，面向实际应用，以自选项目的形式综合利用测绘科学、图像处理与分析、通信等技术分别研究构建了适应于小区域的低成本、轻小型倾斜摄影相机及面向较大区域应用的宽视角六目倾斜摄影相机。旨在为无人机低空倾斜摄影测量系统应用提供一种方便、快捷的新方法，促进摄影测量的实际应用和“实景三维中国”建设。

2.研究内容：（1）基于智能手机的低成本、轻小型无人机低空倾斜摄影测量装备研制；（2）适应较大区域的无人机多目倾斜摄影相机系统系列；（3）后差分处理方法研究及装备研制；（4）影像增强软件研发。

3.主要创新成果：（1）创新性利用智能手机的相机，构建了一套面向小范围场景应用的轻小型五目倾斜摄影相机，具有操作简便、可单兵作业特点，大幅降低数据获取成本。五目相机外形尺寸125mmx96mmx80mm，重量300g，总像素大于2亿，传感器尺寸1/1.2英寸，镜头焦距8mm，等效焦距28mm；（2）研发了一套面向大范围场景应用的多目摄影相机,创新性提出六目相机布局方案,提高了数据获取、处理效率和可靠性。6个相机分前后各2组,前面1组3个相机,中间相机向前倾角30度,左右各1个相机,向前倾角30度后各向左右倾角29度。外形尺寸370x220x138mm,重量2800克,总像素为3.66亿像素；（3）研发了无人机影像匀光匀色、去雾以及图像增强技术，提升了多云雾地区影像获取能力，提高了影像质量；（4）论文与专著9篇（部）；（5）获授权发明专利2项、实用新型专利5项、外观专利2项，注册软件著作权2项。

4.应用效果：项目成果在国、内外多家单位的多个领域得到了广泛的应用，经济效益体现明显。同时，本研究的出发点就是为弥补现有倾斜摄影测量装备的不足，以促进倾斜摄影测量的实际应用，因此研究成果的应用在取得显著经济效益的同时，还取得了良好的社会效益，如该项目成果在斯里兰卡、泰国等地的成功应用，扩大了国际影响，助力了“一带一路”建设；项目成果综合应用于生态修复、旅游规划等领域，为我国生态文明建设作出了贡献；适用于较大区域范围的超宽视角倾斜摄影相机较为显著地提高了应用效率，可以较好地服务于“实景三维中国”建设。

项目成果在基础测绘、生态环境监测与保护、智慧城市等领域具有较好地推广应用前景。下一步的工作将集中在相机的轻量化改造方面，以使其与更多不同类型无人低空飞行器相适配。

客观评价

1.科技查新

该研究创新性利用智能手机的相机，构建了一套面向小范围场景应用的轻小型五目倾斜摄影相机系列，具有操作简便、可单兵作业特点，大幅降低数据获取成本。五目相机外形尺寸125mm×96mm×80mm，重量300g，总像素大于2亿，传感器尺寸1/1.2英寸，镜头焦距8mm，等效焦距 28mm。研发了一套面向大范围场景应用的多目摄影相机,创新性提出六目相机布局方案,提高了数据获取、处理效率和可靠性。6个相机分前后各2组,前面1组3个相机,中间相机向前倾角 30 度,左右各1个相机,向前倾角30度后各向左右倾角29度。外形尺寸370mm×220mm×138mm,重量2800克,总像素为3.66亿像素。研发了无人机影像匀光匀色、去雾以及图像增强技术，提升了多云雾地区影像获取能力，提高了影像质量。项目成果主要技术要点与创新点，经广东省科学技术情报研究所查询与国内有关研究对比情况结论：国内未见有其他单位的研究与本项目“无人机多目倾斜摄影相机研制及应用”上述创新点相同的文献报道。

2.检验机构对项目开发的产品检测

国家光学机械质量检验监测中心对科研项目开发的轻小型宽视角倾斜摄影航摄仪、宽视角倾斜摄影航摄仪、超宽视角倾斜摄影航摄仪进行检测，检测结果显示，地面像元分辨率、航摄仪外观结构、外形尺寸、重量、成像质量共5项指标均达到设计要求。

国家光电测距仪检测中心对科研项目开发的“西风去雾航空影像去雾及图像增强软件”进行软件功能测试，测试结论为“通过”。

3.专家组成果评价

中国地理信息产业协会在北京组织了刘先林院士为主任委员的评价委员会对“无人机多目倾斜摄影相机研制及应用”科技成果进行了评价，评价意见如下：

一、提交的评价资料齐全、规范，符合评价要求。

二、针对目前无人机倾斜摄影测量技术的应用需求，研制了两个系列的摄影系统和匀光匀色、去雾以及图像增强软件；针对小范围应用的快速性、机动性和灵活性特点，构建了基于智能手机镜头的成像系统，其生成的实景三维模型具有较高的纹理细节质量，可以保障不同领域的应用需求；针对较大区域的摄影测量实际应用，采用全画幅相机轻量化、镜头优化等技术策略，研制了满足市场上多数无人机载荷性能的多目宽视角系列航摄仪，可以提高数据获取效率和减少冗余数据。

三、项目主要创新点如下：

1、利用了智能手机的相机，构建了一套面向小范围场景应用的轻小型多目倾斜摄影相机系列，该系列相机具有操作简便，可单兵作业，大幅降低了数据获取成本。

2、设计并研发了一套面向较大范围场景应用的多目摄影相机系列，提出了新的相机布局方案，提高了数据获取、处理效率和可靠性。研制了微秒级快门同步、拍照故障报警等专用工具附件，使该系列相 机具有较好的精度和可靠性。

3、研发了无人机影像匀光匀色、去雾以及图像增强技术，提升了多云雾地区影像获取能力，提高了影像质量。

四、成果支撑了无人机多目倾斜摄影相机研制及灵活应用，为小范围、大区域无人机倾斜摄影提供了新的技术手段。无人机多目倾斜摄影相机在多家单位、多个项目中进行了推广应用，经济效益、社会效益显著。

评价委员一致认为，项目成果具有先进性和创新性，总体技术处于国内领先水平。

代表性论文 专著目录

论文1：Huachao Yang, Hefang Bian , Bin Li , Weihua Bi, Xingtao Zhao. A Low-Cost and Ultralight Unmanned Aerial Vehicle-Borne Multicamera Imaging System Based on Smartphones."Mathematical Problems in Engineering" vol. 2022, Article ID 8524400, 15 pages, 2022.

论文2：朱凌;孙伟伦;周克勤;.无人机倾斜摄影进行建筑施工进展监测初探[J].遥感信息,2021,04:12-19

论文3：吴献文，张鹏，曾琳;基于消费级无人机倾斜影像的三维测图技术探讨[J].测绘通报,2019(7),92-95.

论文4：吴献文.倾斜摄影空中三角测量结果若干优化方法[J].华南地震,2021,41(1):94-101.

论文5：Mei Yu, Huachao Yang, Kazhong Deng, Kai Yuan. Registrating oblique images by integrating affineand scale-invariant features[J]. InternationalJournal of Remote Sensing, 2018, 39(10): 3386-3405.

论文6：10.李彪，闫勇，杨化超，卞和方. 无人机低空倾斜摄影测量精度实证研究[J]. 矿山测量，2020,48（5）：123-126.

论文7：卞敏，徐亮，骆元鹏，周晓波，赵慧峰，杨化超. 空地一体精细化三维模型构建方法[J].测绘通报，2019(7):83-86.

论文8：闫勇，李彪，杨化超，卞和方.基于 Cesium 框架的智慧矿山三维可视化应用平台搭建[J].矿山测量,2020(6):109-112.

专著9：吴献文，速云中，陈颖彪，林妙萍.空天地一体化智慧地理时空大数据挖掘与应用[M]，北京,北京交通大学出版社，2021.

知识产权名称

发明专利1：张秋昭，马春，张书毕，杨威. 一种INS辅助的实时BDS单频周跳探测方法[R]. 中国矿业大学，ZL 2017 1 0997434.7.

发明专利2：杨化超，卞和方，矿区地表移动变形3D WebGIS预计分析方法及系统.中国矿业大学，202110144681.9.

实用新型专利3：赵星涛. 倾斜摄影航摄装置. 北京帝信科技有限公司. ZL2018 2 016217.3.

实用新型专利4：赵星涛.设置有十镜头的倾斜摄影航摄仪装置.北京帝信科技有限公司.ZL2018 2 1209870.X.

实用新型专利5：赵星涛，黄鹤，朱凌.高精度倾斜摄影航摄仪. 北京帝信科技有限公司，北京建筑大学.ZL 2019 2 1453819.8.

实用新型专利6：赵星涛，汪雅婕，张小青.轻小型单兵无人机航测装置. 北京帝信科技有限公司.ZL 2020 2 2645173.

实用新型专利7：赵星涛  一种宽视角实景三维数据获取装置. 北京帝信科技有限公司.

ZL 2021 2 0082083.8

外观专利8：赵星涛.倾斜摄影机.北京帝信科技有限公司.ZL 2021 3 0448122.8.

外观专利9：赵星涛. 实景三维数据获取相机.北京帝信科技有限公司.ZL 2021 3 0459680.4

软件著作权10：KGX相机设置系统. 北京帝信科技有限公司.登第字第2648145号

软件著作权11：西风去雾航空影像去雾及图像增强软件. 北京帝信科技有限公司. 登第字第9225953号