劉前峰 樊蓉 劉偉

摘要：無人機的使用簡化了常規(guī)空中作業(yè)過程，常規(guī)海上空中巡邏過程中，使用影像定位技術(shù)針對一定目標(biāo)實施定點式巡邏與路線規(guī)劃，但是由于圖像定位限制，造成巡邏目標(biāo)匹配過程精度有偏差。為此研發(fā)基于無人機低空遙感圖像的海上空中巡邏方法。規(guī)劃無人機飛行航線，使用遙感圖像技術(shù)對航線拍攝圖像實施特征處理，將定點目標(biāo)與圖像特征相匹配，利用遙感圖像特性對圖像進行濾波處理，最后對圖像目標(biāo)進行三維數(shù)據(jù)處理，完成無人機海上空中巡邏方法。實驗結(jié)果表明，設(shè)計方法與常規(guī)方法對比，其巡邏目標(biāo)匹配準(zhǔn)確率更高，更具有效性。

關(guān)鍵詞：無人機;低空遙感圖像;海上空中巡邏;飛行航線;特征處理

中圖分類號：V279+.2 文獻標(biāo)識碼：A

1基于無人機低空遙感圖像的海上空中巡邏方法

1.1航線規(guī)劃

無人機在進行低空海上巡邏時，除受到氣象、空中管制等環(huán)境條件約束外，同樣會受到自身性能及巡邏任務(wù)約束。因此，分析得到無人機可飛行最大高度為：

（1）其中，為無人機載荷相機焦距; 為單位像元大小;為影像地面分辨率。

根據(jù)計算結(jié)果，實際巡邏拍攝分辨率應(yīng)優(yōu)于任務(wù)要求分辨率 ，巡邏時航拍高度應(yīng)小于 。無人機飛行高度越高，影像覆蓋范圍越大，所需飛行航帶數(shù)目越少，航程越短，因此根據(jù)巡邏目標(biāo)表制定合適的作業(yè)飛行高度[1]。

確定飛行高度后，根據(jù)巡邏任務(wù)區(qū)域形狀確定航行方向，通常取航帶方向以減少無人機轉(zhuǎn)換次數(shù)，節(jié)省無人機電量：

（2）其中，為航攝飛行間相鄰航帶距離;為無人機影像旁邊的像元;為旁向重疊度。

根據(jù)計算結(jié)果規(guī)劃出無人機巡邏航線。

1.2圖像濾波處理

在航線路徑上通過數(shù)字采集形式獲取圖像特征，將其作為圖形處理最小單位，也是所具有空間特征及屬性特征的整個圖像信息表達關(guān)鍵。獲取目標(biāo)圖像后，對數(shù)字圖像作出去噪處理，得到較為清晰目標(biāo)圖像。

1.3三維數(shù)據(jù)處理

在所得到圖像上，完成無人機巡邏航向三維數(shù)據(jù)處理，利用無人機實行三維建模、匹配云點提取以及攝像機標(biāo)定等[2]。根據(jù)三維場景還原，確定航線區(qū)域范圍，并根據(jù)三維模型平面精度及高程還原三維真實圖像，如表1、2所示：

2實驗

2.1實驗準(zhǔn)備

為基于無人機低空遙感圖像的海上空中巡邏方法能否在實際中得到較好的應(yīng)用效果，利用仿真平臺進行仿真實驗。分別對比人工巡邏方法與基于無人機低空遙感圖像的巡邏方法在同一實驗環(huán)境下的巡邏效果。實驗中基于無人機低空遙感圖像的巡邏方法，采用大疆精靈4作為實驗主體，對某一海域進行巡邏。航行高度為400m，影像大小2250×4000，其分辨率為0.17m/像素。實驗環(huán)境為64位Windows7，Inter（R） Core（TM） i5-6500 CPU@ 3.2GHz處理器，8G內(nèi)存。實驗圈定某一海域，在目標(biāo)海域中隨機設(shè)定100個紅色圓圈代表特征帶點，利用兩種巡邏方法對目標(biāo)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)在不同閾值下進行提取，對比兩組巡邏方法匹配度的準(zhǔn)確率。

2.2實驗結(jié)果分析

在實驗中，兩組巡邏方法在獲取目標(biāo)影像序列后，選取待識別影像，影像大小均為2250×4000，利用兩種巡邏方法檢測特征點數(shù)，得到匹配結(jié)果如表3所示：

分析上表可知，在兩組巡邏方法分別進行特征匹配時，人工巡邏方法匹配到的點數(shù)略少于無人機巡邏方法點數(shù)。且隨著閾值的不斷增加，匹配特征的點數(shù)相應(yīng)增加，但無人機巡邏方法匹配準(zhǔn)確率始終保持在90%以上，而人工巡邏方法匹配準(zhǔn)確率明顯下降。通過實驗結(jié)果可以看出，基于無人機低空遙感圖像的海上空中巡邏方法能夠有效分析目標(biāo)區(qū)域成分，同時達到對特征點進行去噪、去冗余效果，保留目標(biāo)區(qū)域本質(zhì)信息。

3結(jié)束語

在基于無人機低空遙感圖像的海上空中巡邏方法研究中，利用無人機特點設(shè)計巡邏航線，從而獲取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的圖像信息。在整個方法體系內(nèi)，首先將無人飛行航跡建模為航點路徑，并確定任務(wù)區(qū)域多邊形焦點，以航拍任務(wù)航程為目標(biāo)，實現(xiàn)巡邏航線優(yōu)化。利用遙感圖像技術(shù)構(gòu)建投影矩陣降低描述向量維數(shù)，在保證巡邏匹配精準(zhǔn)度的同時實現(xiàn)了快速匹配，提高海上低空巡邏工作質(zhì)量。

參考文獻

[1]張博.淺析無人機巡查助力海關(guān)監(jiān)管[J].科技風(fēng)，2020（09）：14.

[2]譚坤，虞喬木.無人機在森林公安情報工作中的應(yīng)用——以森林火災(zāi)警情情報為例[J].森林公安，2019（05）：6-11.

江蘇省軍區(qū)數(shù)據(jù)信息室，江蘇南京?210009