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选择相机进行无人机调查

在航测师中流行的相机综述

通过詹姆斯·奥康纳，麦克·史密斯博士 • 2016年10月6日

随着消费级相机的繁荣无人驾驶飞行器（无人机）对于测量和摄影测量应用，本文旨在查看一系列不同的摄像机及其关键属性。首先，在选择用于测量时，它建立了最重要的考虑因素。其次，作者在各种价格上发出了一些建议。

虽然此列表并非详尽无遗，但它旨在提出一条推理，即无人驾驶医生在选择摄像机以进行调查目的时应该考虑。

重量，速度和飞行时间的航空成像

重量是航空成像的一个重要考虑因素，对于地面摄影来说，重量往往不是一个限制因素。因此，本文的重点是更新、更高规格、低重量相机的发展。此外，一项调查的潜在区域覆盖范围由飞行高度、飞行持续时间和无人机速度控制——随着有效载荷的增加，这些因素变得更加严格。

图1，通用电池驱动的多旋翼无人机以6m/s速度飞行时间随有效载荷减少(Bershadsky, 2016)。

为了在选择飞行高度、持续时间和速度时获得最大的灵活性，重量必须保持在最低限度。下面综述了一些用于无人机(UAV)使用的轻型摄像机。

成像参数

传感器的尺寸是关键的成像参数之一，与镜头的焦距一样，是测量配置中定义地面采样距离(GSD)(真实世界中的像素尺寸)的核心部分。虽然对镜头的全面讨论超出了本文的范围，但镜头的选择将对图像和衍生产品的质量产生重大影响。为了进行比较，本文给出了有效焦距——这是与全帧(36 x 24mm)传感器相比，镜头的实际焦距乘以传感器的尺度变化。

像素间距——传感器上每个像素的宽度——也要注意，它只是传感器宽度除以相机传感器上一行的像素数。这与光圈(允许光线通过镜头的开口大小)密切相关，因为它将决定衍射对每幅图像的影响有多大。光圈通常用“f数”表示，即焦距与开口直径的比值。因此，f/8是一个孔径，其直径为镜头焦距的八分之一。如果光圈小(高f值)或像素小，衍射效应将卷积信号，因为光线将落在多个像素上，清晰度将下降。

图2，理想的波信号在f/8像素数相同但传感器尺寸不同的传感器上的分布情况。较小的传感器将接收来自多个像素点的光线，软化图像的边缘。

因此，虽然在两种成像配置下GSD可能保持不变，但其中一种可能受到衍射限制，因此在实践中表现明显较差。为了减轻这些影响，需要更高的像素间距。

GoPro英雄4银

价格	EUR378
传感器尺寸	5.9 x 4.5mm.
镜头类型	内置(15-30mm有效)
重量	83克
像素计数	1200万像素(4000 x 3000)
点间距	1.48微米

GoPro英雄4银

还装有在过去的几年里，它已经成为一个家喻户晓的品牌，而且它的“小尺寸”轻量化相机已经被证明非常受欢迎——相机以其耐用性而闻名。它们最好的特点之一就是非常轻，重量远低于100克。考虑到许多现代航空摄影测量可以使用消费级无人机进行，GoPro是一个有吸引力的选择，因为它的重量可以显著增加飞行时间，对于那些关注覆盖大量的地面，或在偏远地区进行测量。GoPro已经成为许多消费者级无人机制造商的相机选择(如3D Robotics, www.3dr.com)。此外，非常受欢迎的大疆幻影系列内置了一个与GoPro规格非常相似的相机(尽管有效焦距为20mm)。然而，这些吸引人的特性的缺点涉及到这样一个小传感器的局限性，在最高分辨率拍摄时，衍射效应变得非常明显。这一点，再加上镜头的巨大变形，使得摄影测量任务规划变得棘手。GoPro相机的应用限于科学目的。然而，它们仍然是爱好者的忠实支持者，并且可以用于初始的站点调查。

GoPro英雄4银功能和规格

理光GR2

价格	EUR625
传感器尺寸	23.7 x 15.6mm
镜头类型	内置(28毫米有效)
重量	221克
像素计数	16.2百万像素（4,928 x 3,264）
点间距	4.8微米

理光GR2 Ricoh Gr2是希望开展更高质量的调查的爱好者的好选择，并已成功融入一些公司的无人机包（例如智能飞机，www.smartplanes.se）。188asia备用网址考虑到大型APS-C传感器，刚刚超过200克的低重量表示良好的折衷。内置的固定焦距镜片在基准测试中显示出良好的锐度（DXOMark，2016），其在宽孔径（F / 4.5的有效孔径）处的最佳性能是值得注意的。因此，它自身在具有低光的场景中施加，因为宽孔径将允许更多的光入射在镜头上而不会导致由于衍射引起的性能降低。这也简化了潜在的衍射效果，因为更宽的孔意味着进入光的波前在更少的传感器上扩散而不是更窄的孔;在F / 2.8处，不会有显着的衍射效应。一个缺点是固定镜头，因为有效的焦距为28mm可能没有为某些技术应用提供足够宽的视野。虽然您可以随时飞行更高，飞行高度限制和电池限制将始终有利于更短的焦距（以及镜头的重量）。因此，这并没有提供此列表中其他相机的多样性，尽管它价格仍然代表着一个非常好的选择。

索尼A7系列

价格	起价959欧元，仅限人体
传感器尺寸	35.8 x 23.9毫米
镜头类型	多变的
重量	416克，只有机身，769克与配套镜头
像素计数	24.3百万像素（6,000 x 4,000）
点间距	5.96微米

随着全画幅传感器变得更加实惠，索尼A7系列无反光镜可互换镜头相机(MILCs)代表着技术上的进步。第一个版本非常轻，只有417g的机身(769g的28-70mm f/3.5-5.6套件镜头)，是市场上最紧凑的全画幅相机之一。ProDrone (www.prodrone-tech.com.)已宣布支持一系列紧凑型相机和milc，包括理光- gr2和索尼A7系列。因此，对于希望为客户提供高质量调查的公司/顾问来说，索尼A7系列相机是一个很好的起点。188asia备用网址A7系列相机已经成为徕卡M系列相机的重要竞争对手，M系列相机多年来一直占据着紧密型全画幅相机的市场。这与广泛的镜头选择相结合，意味着相机系统是高度通用的。高分辨率、全帧传感器和镜头范围的选择，可能会使重量的权衡值得长期研究或那些视野是重要的。

索尼A7系列宣传册

Hasselblad X1D

价格	起价7,900欧元，仅限人体
传感器尺寸	43.8 x 32.9毫米
镜头类型	可换(哈塞尔布莱德XCD镜头)
重量	725g机身，1200g 45mm XCD镜头
像素计数	5000万像素(8,272 x 6,000)
点间距	5.3微米

Hasselblad X1D 哈塞尔布莱德的中格式紧凑型MILC代表了成像技术的前进一步。中等格式的传感器提供了其他紧凑型相机无法与之竞争的视野，其价格——虽然明显高于这里概述的其他相机——将为高端无人机从业者提供潜在的价值。目前只有两种镜片可供选择。然而，中等格式的传感器提供的额外视野可能会弥补这一选择的不足，有效焦距为35mm和70mm。重量刚超过1公斤，带有一个镜头，这仍然是实用的，用于许多低有效载荷的无人机。

此外，幻影UAV系列的DJI制造商 - 已宣布与Hasselblad的合作伙伴关系，以提供包括使用Ronin-MX Mount与Hasselblad的A5D中格式相机组合的Matrice-600 UAV。虽然为A5D（Hasselblad H-Mount）为A5D（Hasselblad H-Mount）的镜头不同，但该捆绑包提供了一个“开箱即用的中型UAV系统，这可能对用户更方便。

X1D-50C数据表

第一阶段iXU 1000

价格	?？
传感器尺寸	53.4 x 40毫米
镜头类型	多变的罗德斯多克(眼镜)
重量	1600克(透镜)
像素计数	1亿像素(11,608 x 8,708)
点间距	4.6微米

第一阶段iXU 1000 第一阶段的无人机相机套件仍然是市场的高端产品，而1000年最新iXU为无人机测量提供了一个令人印象深刻的解决方案，一个大型的1亿像素传感器，比哈塞尔布莱德的格式更大。有三种不同的Rodenstock镜头可用(有效焦距为28,35和50mm)，这款相机提供了无人机测量师可以要求的一切。这是进入载人任务领域之前的最后一步，使用解决方案，如微软的大格式UltraCam系列，尽管这样的图像规格与一些早期的型号竞争(微软，2008年)。Rodenstock镜头在图像边缘显示出非常好的对比度保存，特别是在较高的光圈(f/5.6)，这证明其约4000欧元的较高成本是合理的(Rodenstock, 2016)。第一阶段还指出了与激光雷达技术结合使用的潜力。对于这些数据，更大的传感器提供了一个更方便和准确的解决方案，而不是生成大型的photomosaics，因为他们的广阔的视野。

第一阶段一体化摄像头系统手册

结论

作者提出了简要概述了他们认为在不同层次的专业知识/成本中是明智的选择。此列表并非详尽无遗，市场发展得非常迅速。虽然中等格式数码相机开发一直由产品为传统商业摄影师的产品主导，但在使用无人机的使用中，巨大的爆炸在UAV公司的镜头开发中看到了更大的兴趣，如Dji在哈塞尔布拉德和第一阶段工业单位的投资所证明的。188asia备用网址在未来几年中，预计将以紧凑型形式的较大格式传感器的转变，套件套件能够与更大的传感器集成。此外，可以期望看到数据融合和并行数据捕获与其他数据源（例如LIDAR）。