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研究生: 謝博丞
Hsei, Po-Chen
論文名稱: 低空載數位視訊影像獲取系統供及 時災況初勘之研究
The In Time Reconnaissance of Disaster Aree with Digital Video Image and Super-Light Aircraft
指導教授: 羅慶昌
Lo, King-Chong
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 測量工程學系
Department of Surveying Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 數位攝影機低空載超輕航機
外文關鍵詞: digital video, low-altitude aircraft, super-light aircraft
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  • 災區多為區域性或局部性之小面積測區,且傳統航測的缺點為小面積測區成本較高,且亦受天氣影響及機動性較低,遙測衛星亦受其本身公轉週期及受雲層遮蔽等自然因素影響,其時效性低。因此當以災況初勘為任務時,專業用航空載具及攝影配備就必須有所改變,欲以低廉且能及時獲得災況資訊供災況初勘的系統配備為主。

    影像獲取系統採用數位攝影機(Digital Video,DV),因其具有每秒30畫格的高影像取樣頻率,可大幅提高影像挑選的彈性,以及DV磁帶可以做60-90分鐘以上的長時間錄影等優點。透過裝置兩部DV及一部GPS定位儀,可以用雙DV視訊同步紀錄空間影像與GPS定位儀座標資訊,高度地簡化空間視訊與座標的整合程序,用於災況調查則可以獲得災況資訊及掌握災區位置。載具方面改以遙控飛機或民間超輕航機協會的載具進行調查與測試,測試成果因遙控飛機承載重量有限、目視距離短,且不易保持姿態穩定,容易影響拍攝品質;民間超輕航機協會除了作為休閒娛樂之飛行駕駛訓練外,也提供各種空中攝影專案研究的合作,因此有專業駕駛及操作員,可使保持穩定飛行,且事先適當設計的攝影系統拍攝亦能獲得較好的影像品質。因此,尋找一地區作為災區模擬,以超輕航機、兩部DV及一部掌上型GPS定位儀以不受雲層遮蔽之航高(海拔低於600公尺)實地拍攝取得資料做為災況初勘可行性探討。

    本研究即發展一套能及時且低廉的方法與配備,來獲取災況資訊,最後以合適之商用軟體進行GPS控制影像鑲嵌,作為動員規劃救災之依據及災害檔案的建立。

    Most disaster areas belong to the partial or local-small area. The drawback for the traditional photogrammetry is higher cost for the small area, and be influenced easily by the weather, and it’s mobility is low. Because of limitation of the period of revolution and was sheltered by the cloud, the satellites of remote sensing are not in time. When the goal is initial investigation for the condition of disaster area, the traditional aircraft and device must be changed. Take the “in time”、“economic” method and device to research the initial investigation for condition of disaster area.
    Take the Digital Camera(DV) as the acquiring system of digital image because of high sample frequency of image .So DV can increase springiness of choosing images and the DV tape can record video 60-90 minutes. Twin DV and a GPS receiver can record spacial image and coordinate synchronically, simplify the combination of spacial video and coordinate. Use the system for the initial investigation of disaster area can have the information and condition of disaster in hand. For the aircraft, investigating and testing the remote-controlled aircraft or super-light aircraft. The remote-controlled aircraft cannot carry heavy object, and cannot fly too far beyond the range of human eyes, and cannot keep stable attitude easily, so it may influence the quality of image. The folk super-light aircraft association provides pilot training and photography assignment in the air, the trained staff can stand on the well-designed plan to keep the stable flying and obtained the good video image. Choose an area as the trial, and use twin DV and a GPS receiver for acquiring disater information in the altitude without influence of cloud(lower than 600 meters).
    The research develop a method and device with “in time” and “inexpensive” to obtain the information of disaster area. Finally , take the applicable software for making the mosaic of GPS-controlled image, and use it as the basis of rescue of disaster area and establish files of disaster area.

    目 錄 中文摘要…………………………………………………………………I 英文摘要……………………………………………………………….II 致謝.……………………………………………………………………IV 目錄………………………………………………………………………V 表目錄………………………………………………………VIII 圖目錄………………………………………………………IX 第一章 緒論……………………………………………………………1 §1-1 研究動機………………………………………………………1 §1-2 文獻回顧………………………………………………………2 §1-3 研究構想與方法………………………………………………4 §1-4 論文架構………………………………………………………6 第二章 影像獲取及載具系統…………………………………………7 §2-1 數位攝影機的優點……………………………………………7 §2-2 DV成像原理 …………………………………………………12 §2-2-1 DV訊號取樣方式 ………………………………………12 §2-2-2 CCD感測器………………………………………………13 §2-3 DV內方位測試 ………………………………………………16 §2-4 DV的限制與解決方法 ………………………………………21 §2-4-1 CCD像幅尺寸不足………………………………………21 §2-4-2數位放大解決輸出比例尺不足…………………………21 §2-4-3 殘影發生的成因及解決方法 …………………………26 §2-4-4 影像模糊的成因及解決方法 …………………………28 §2-5 底片式相機與CCD相機的比較 ……………………………29 §2-5-1 量測型相機與數位攝影機的差異比較 ………………29 §2-5-2 量測型相機與數位攝影機優缺點的比較 ……………32 §2-6 合適低空攝影載具的調查及選擇 …………………………33 §2-6-1 低空載具選用原則 ……………………………………33 §2-6-2 載具選用調查 …………………………………………34 第三章 系統配備及研究方法 ………………………………………37 §3-1 視訊影像及外方位獲取系統 ………………………………37 §3-2 穩定拍攝及定位系統的測試 ………………………………41 §3-2-1 攝影系統的擺設方式 …………………………………41 §3-2-2定位系統準確度測試……………………………………42 §3-3 視訊影像擷取方式及原則 …………………………………47 §3-3-1根據航高、航速及要求的前後重疊比例來擷取………47 §3-3-2根據水平氣泡視訊輔助空間視訊的擷取………………49 §3-3-3 自動化選片機制探討 …………………………………50 §3-3-4 攝影軸傾斜對影像鑲嵌時重疊比的影響 ……………57 §3-4 模擬整合DV視訊影像及GPS定位儀座標…………………58 §3-4-1 DV視訊序列影像………………………………………58 §3-4-2 內插求攝影站座標 ……………………………………58 §3-4-3 地面模擬整合視訊影像及座標………………………60 §3-5 實驗區選定…………………………………………………62 第四章 實驗流程與成果……………………………………………63 §4-1 載具、攝影系統及人員配置………………………………63 §4-2 實驗區DV視訊影像與GPS定位儀座標整合 ……………67 §4-2-1 雙DV視訊的整合 ……………………………………67 §4-2-2 空間視訊的後處理……………………………………71 §4-3 航帶DV序列視訊鑲嵌影像 ………………………………73 §4-3-1 GPS座標直接控制序列視訊鑲嵌圖製作……………74 §4-3-2 手動無控制序列視訊鑲嵌影像製作…………………77 §4-3-3 實地抽樣檢核時間偏移所造成的誤差………………81 §4-4 系統整理與評估……………………………………………84 §4-4-1 系統整理………………………………………………84 §4-4-2 系統評估………………………………………………84 第五章 結論與建議…………………………………………………88 參考文獻………………………………………………………………90

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    校外:2003-08-04公開
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