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无人机摄像头的清晰度:您所应当了解的三个指标

时间:2022-08-30  17:15:26  来源: 深圳市轩展科技有限公司  浏览数: 6

在本文中,我们提出了三个重要指标来描述无人机摄像机的分辨率。为了说明这些概念,轩展科技将为你讲解以下无人机摄像头。


像素分辨率


图像的像素分辨率是组成图像的像素数。它由列和行的数量表示,例如1920 x 1080,或者直接由像素总数表示,例如2.1 MP(1920 x 1080 == 273600)。


图像分辨率说明了图像的尺寸,单单查看分辨率并不能推算出物体在图像中有多大,以及图像中的细节水平。为了回答这些问题,我们有更好的指标,例如地面采样距离和空间分辨率。

公制

应用

像素分辨率

数据共享和存储,图像显示和数字变焦

地面采样距离(GSDmm / px

测量,摄影测量

空间分辨率(lp / mm

最小可检测物体,物体特征


地面采样距离


地面采样距离(GSD),以mm / px为单位,是图像中被观察对象中的两个相邻像素的中心点间距。 1mm / px的GSD表示图像上的一个像素代表现实世界中的1mm。GSD较小意味着对象将显得较大,并且可以清楚观察到途中的细节。


与像素分辨率不同,GSD取决于相机与拍摄对象之间的距离:当相机靠近物体时,GSD会提高(较小的值)。对于鱼眼镜头,GSD还取决于对象在图像中的位置。图像中心的对象的GSD较小(它们看起来较大),角落的对象的GSD较高(它们看起来较小)。

Elios2的摄像头的GDS分布示意图

地面采样距离是摄影测量和图像测量中的重要指标。然而它没有完全描述检测和表征图像中的物体或缺陷的能力。
 

设想有同一台摄像机在距场景相同距离处拍摄的两幅图像。这两幅图像具有相同的像素分辨率和GSD。但是,其中一张光线不足,相机必须增加ISO值或曝光时间以保持正确的曝光。高ISO会产生图像噪点,而而长时间曝光会在相机移动时产生运动模糊。这都会降低图像的质量,并最终降低图像中的细节.

摄像头机芯

右侧的图像受运动模糊的影响,与无人机稳定时拍摄的的左侧图像相比,图像的细节水平发生了变化。



空间分辨率



空间分辨率或角分辨率描述了图像中可见的最小细节。与理论GSD相比,空间分辨率可以用不同的单位表示,该单位通常会考虑模糊,图像噪声,对比度和图像处理:压缩,降噪,边缘锐化等。因此,空间分辨率这个指标可以用来量化图像中的细节还原能力。

 

空间分辨率通常以“每毫米线对”表示。该单位用于描述黑白线图案交替的空间频率。

空间分辨率

2 lp /mm的空间分辨率表示可以在图像上分辨出每毫米有两个周期的图案(两条黑线和两条白线)。这个数值如果太低斑马条图案则显示为灰色,因为画面的分辨度太低,黑线和白线混在了一起。

图像分辨率

Elios 2拍摄的图像快照(4K视频),距USAF 1951分辨率图表为300毫米。

这个图表中最小的解析元素为图组1,组1(由绿色箭头指示)。可以看到从图组1的2号方块开始,对比度开始显着降低,并且无法区分各个线条。

通常来说,图像中心的空间分辨率要比边缘和角落的要高。空间分辨率是各向同性(方向性)特征。垂直和水平线条图案的分辨率可能会大相径庭。

空间分辨率还取决于相机的焦距和景深。在Elios 2的情况下,当物体距相机15至30厘米时,可获得最高的空间分辨率。如果物体距离较近,它将在图像中显得更大(较低的GSD),但会失焦并显得模糊从而降低了空间分辨率。

Elios2的空间分辨率测试结果(单位mm)

为了获得最佳的空间分辨率,综上所述,首先你需要了解无人机摄像头的焦距允许的最短距离,然后在拍摄期间保持此距离。为了帮助飞行员在距检查对象的最佳距离上飞行,Elios 2具有距离锁定功能,CockpitApp(Elios 2的控制程序)可以显示无人机到物体的距离以及最终的GSD(以mm / px为单位)。如下表所示,空间分辨率由颜色代码的平均值表示。


画面非常模糊,空间清晰度已经开始衰减

请注意,使用小屏幕播放画面时会降低图像的模糊感,因为图像会缩小到屏幕分辨率。对于Elios2来说,当您在15到20厘米的距离拍摄时可能会发现不了画面其实已经开始模糊了。但是请记住,如果您停留在30厘米处拍摄的话,则录制的4K素材将更加清晰。



除了适当的距离外,以下条件通常还可以改善空间分辨率和图像质量:

大量的光线使相机的ISO保持低的值并且缩短曝光时间

稳定无人机可以减少运动模糊

清洁相机镜头——镜头上的指纹也会使图像模糊,并可能导致眩光!


不仅仅是分辨率!


空间分辨率是评估图像质量的重要指标。然而其他因素也起着重要作用:

照明技术

颜色(对比度,白平衡等)

拍摄时的角度和朝向

显示屏质量

上面提到的这些要点和相机并没有直接的关系,而是需要由整个UAS(无人机系统)解决。Elios 2的小尺寸及其耐碰撞性使其可以接近物体并从各种角度对其进行观察。


而且其先进的照明系统可以增强对3D细节的感知,检测裂缝,孔洞或凹凸的时候也会更加方便。这些功能使得Elios 2检测物体的特征时的效果更上一层楼。


通过一些练习,您可以提高飞行技能,并将注意力集中在拍摄上而不再纠结飞行。牢记本文中介绍的概念,您将大大提高素材的图像质量。


深圳市轩展科技摄像机产品应用广泛,包括无人机、管道机器人等等领域都有用到。


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