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論文中文名稱:自製紅外線相機於無人載具影像之精度評估及應用 [以論文名稱查詢館藏系統]
論文英文名稱:Integration and quality evaluation of home-made camera UAS infrared and optical images [以論文名稱查詢館藏系統]
院校名稱:臺北科技大學
學院名稱:工程學院
系所名稱:土木工程系土木與防災碩士班
畢業學年度:105
畢業學期:第二學期
出版年度:106
中文姓名:楊宗祐
英文姓名:Chung-Yu Yang
研究生學號:104428045
學位類別:碩士
語文別:中文
口試日期:2017/06/14
論文頁數:130
指導教授中文名:張國楨;譚智宏
指導教授英文名:Kuo-Jen Chang;Chih-Hung Tan
口試委員中文名:譚智宏;王泰典;葉恩肇
口試委員英文名:Chih-Hung Tan;Tai-Tien Wang;En-Chao Yeh
中文關鍵詞:紅外線相機無人飛行載具多光譜影像影像融合NDVI植生指數
英文關鍵詞:Infrared cameraunmanned aerial vehiclemultispectral imageimage fusionnormalized difference vegetation index (NDVI)
論文中文摘要:傳統上獲取多光譜影像之載具為衛星及航空飛機,但時效性沒有無人飛行載具佳,而且多光譜相機解析度不高,因此本研究希望將無人飛行載具結合解析度較高的紅外線光譜相機與可見光相機嘗試得到多光譜影像,並與多光譜相機所獲得的多光譜影像做比較分析。
本研究目的為嘗試多光譜影像的應用性並探討其精度。以定翼型無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)搭載Sony ILCE-QX1相機來進行研究區域的分析工作,研究區域為花蓮瑞穗鄉-瑞良村,此區對空遮蔽少,且地勢平坦,有利於無人飛行載具的飛行。本研究對所使用的可見光相機Sony ILCE-QX1進行濾波器的修改,波段分別為RGB(紅綠藍)和IR(近紅外光)兩鏡頭,兩個鏡頭同步拍攝獲取單一近紅外波段影像和RGB影像,並加入控制點以產製正確空間定位之RGB正射影像與IR正射影像,再進行影像套合,套合完成獲得具有4個波段多光譜影像。為提高影像之空間解析度,本研究使用HCS(Hyper-spherical Color Space,超球體色彩空間)來進行影像融合,加入一般可見光相機Sony ILCE-QX1低空飛行獲得之解析度5cm正射影像來進行影像融合,將解析度9cm多光譜影像提升至5cm,且具有正確空間定位。本研究對於影像精度進行平面和高程誤差分析,其平面誤差的標準差皆介於1~2個地面解析度,高程誤差的標準差皆在7.5cm以內,空間定位結果為可接受範圍。
本研究成果進行NDVI(normalized difference vegetation index)植生指數運算,並與Micro-MCA6(Multiple Camera Array, MCA)多光譜相機所產製的NDVI來進行比對,探討本研究所建置之Sony ILCE-QX1紅外線光譜相機可行性,是否能針對植被、作物進行監測工作,希望藉由高解析度之多光譜影像,來對小區域突發性災害、天災事件、環境監測及農作物生長趨勢等之判釋及應用提供另一選擇。
論文英文摘要:Traditionally, multi-spectral images are acquired from airborne or space-borne using equipment; however, by considering the timeliness, unmanned aerial vehicle perform much better. In addition, the resolution of traditional multi-spectral images is limited. Therefore, this research tries to integrate infrared and optical cameras mounting in to drone. In theory, the acquired images should have higher resolution, but it needs to verify.
The goal of this research is attempt to verify the accuracy multi-spectral images, and applicability as well. The study area was choosing, situated in Ruiliang, Hualien, because of its site accessibility and existing geoinformation. Two Sony ILCE-QX1 cameras, RGB optical and infar red, was used and mounting into drone. Two cameras shoot synchronously to get near infrared and RGB images. Field survey was preform in the same days, including RTK, VBS-GPS, to get the ground control points and check points. After performing image processing, two sets orthomosaic images are generated, then combine in to one multi-spectral image with four bands, RGB and infrared. On the other hand, in order to increase the resolution of the acquired multi-spectral image, image fusion is applied with higher RGB image acquired from other mission, by means of Hyper-Spherical Color Space(HCS) method. Finally, the resolution of the georeferenced multi-spectral image increasing from 9cm to 5cm. The accuracy of the images is verified from check points, with horizontal error of 1~2 pixel of ground sampling distance, elevation error of smaller than 7.5cm.
By comparing the normalized difference vegetation index (NVDI) produced in this study with the multi-spectral camera from Micro-MCA6 (Multiple camera Array, MCA), we try to evaluate the feasibility and the accessibility of Sony ILCE-QX1 infrared camera, to applying to the task of vegetation, disaster and environment monitoring by using higher resolution multi-spectral images.
論文目次:摘要 i
ABSTRACT iii
誌 謝 v
目錄 vii
表目錄 xi
圖目錄 xiii
第一章 緒論 1
1.1研究動機與目的 1
1.2研究區域 3
1.3論文大綱 5
第二章 文獻回顧 6
2.1航空攝影測量學 6
2.1.1攝影測量介紹 6
2.1.2像片之重疊 7
2.1.3飛機姿態 8
2.1.4內方位參數 9
2.1.5外方位參數 10
2.1.6共線方程式 10
2.1.7空中三角測量 11
2.2遙感探測技術 12
2.2.1遙測的基本概念 12
2.2.2成像原理 16
2.2.3多光譜相機 17
2.2.4灰階影像 19
2.2.5多光譜影像介紹 20
2.3無人飛行載具介紹 23
2.4即時動態定位測量 26
2.4.1即時動態測量 26
2.4.2虛擬基站即時動態測量 27
2.5數值地形模型介紹 33
2.6數值地形模型精度 35
2.6.1平均誤差 35
2.6.2均方根誤差 35
2.6.3標準誤差 35
2.7影像融合 36
2.7.1影像融合方法介紹 36
2.7.2 HCS融合 37
第三章 研究方法 43
3.1 研究方法與流程 43
3.2 無人飛行載具與相機 44
3.2.1使用之無人飛行載具 44
3.2.2搭載相機基本參數 47
3.3航線規劃 51
3.4空間測量 52
3.4.1地面控制點 52
3.4.2檢核點 55
3.5研究設計 57
3.5.1無人飛行載具與相機搭配比較 57
3.6影像資料整合 58
3.6.1多光譜像片錯位 58
3.6.2處理方法與程序 60
3.7數值地形模型與正射影像產製 62
3.7.1 Pix4Dmapper軟體簡介 62
3.7.2數值地形模型與正射影像產製程序 63
3.8 ERDAS IMAGE應用 64
3.8.1 ERDAS IMAGE軟體介紹 64
3.8.2影像套合、融合及NDVI植生指標計算 65
第四章 研究成果 67
4.1數值地形模型 67
4.1.1可見光Sony QX1影像建置數值地形模型成果 67
4.1.2 自製紅外線Sony QX1影像建置數值地形模型成果 75
4.2正射影像 81
4.2.1可見光Sony QX1影像建置正射影像成果 81
4.2.2 自製紅外線Sony QX1影像建置正射影像成果 85
4.3多光譜影像 88
4.4多光譜影像融合 90
4.4.1影像融合流程 90
4.4.2影像融合成果 91
4.5常態化差異植生指標NDVI 95
第五章 成果討論 99
5.1前後期控制點誤差 99
5.1.1 e-GPS 99
5.1.2 e-GPS與RTK 100
5.2點雲、模型及正射影像雜訊及錯誤 102
5.3正射影像平面誤差 104
5.3.1檢核點與可見光相機Sony QX1 105
5.3.2檢核點與自製紅外線相機Sony QX1正射影像 107
5.3.3檢核點與融合後正射影像檢核 110
5.4數值地形模型高程誤差 114
5.4.1檢核點與可見光相機Sony QX1高程誤差 114
5.4.2檢核點與自製紅外線相機Sony QX1高程誤差 115
5.5多光譜像片曝光過度及影響 117
5.6不同影像融合方法之影響 121
5.6.1融合成果差別 121
5.6.2融合成果失敗討論 122
5.7自製多光譜相機之檢核 124
5.7.1 Sony QX1與Mirco MCA6之NDVI差異 124
第六章 結論與建議 127
6.1 結論 127
6.2 建議 127
參考文獻 129
論文參考文獻:1.Chris Padwick, Michael Deskevich, WORLDVIEW-2 PAN-SHARPENING, ASPRS 2010 Annual Conference。
2.Dr.John R, Jensen, Remote Sensing of the Environment, 2009。
3.ERDAS IMAGINE Help on Help & FieldGuide。
4.Fundamentals of ERDAS IMAGINE。
5.Gonzalez & Woods, Digital Image Processing, 2009。
6.Horizon Kronos 200 接收儀手冊。
7.Kreyszig,Advanced Engineering Mathematics,1993。
8.Pix4D, UAV Mapping sofeware, 2015。
9.Tetracam Micro-MCA User’s Guide。
10.內政部國土測繪中心,e-GPS 及時動態定位系統坐標轉換最佳化研究,2013。
11.灰階影像,維基百科。
12.何維信,航空攝影測量學,台北,大中國圖書公司,1995,共602頁。
13.李盛陽,張萬峰,楊松,多源高分辨率遙感影像智能融合,遙感學報,2007。
14.杜亮呈,無人飛行載具多光譜影像正射及融合之可行性暨精度評估,碩士論文,國立臺北科技大學土木工程系土木與防災碩士班,台北,2016。
15.林秋芬,無人飛行載具真實三維模型建模精度評估,碩士論文,國立臺北科技大學土木工程系土木與防災碩士班,台北,2015。
16.徐百輝,大地的辨識密碼-高光譜影像,2007。
17.張占睦、芮杰,遙感技術基礎,北京,科學出版社,2007,共329頁。
18.陳述彭、趙英時,遙感地學分析,臺北,中國文化大學出版部印行,1992,共332頁。
19.陳健雄,具邊緣保留特性之資料隱藏方法-以空間域灰階影像為例,碩士論文,國立成功大學工程科學系,台南,2009。
20.陳錕山,國立中央大學太空及遙測中心,2001。
21.黃美甄,地面控制點對無人飛行載具數值地形模型精度影響之評估,碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,台北,2014。
22.趙宥睿,數值地形精度評估及應用-以猴山岳地滑區為例,碩士論文,國立臺北科技大學土木與防災研究所,台北,2012。
23.劉進金,「應用工程地質學航照地質判釋」,航照課程資料,v2.1版,2002。
24.蔡秉宏,無人飛行載具大面積航測精度評估-以小金門(列嶼)為例,碩士論文,國立臺北科技大學土木工程系土木與防災碩士班,台北,2015。
25.蘇柏軒,以無人飛行系統(UAS)獲取國立中興大學校區三維地形之精度分析,水土保持學報。
26.黨安榮、賈海峰、陳曉峰、張建寶,遙感圖像處理教程,北京,清華大學出版社,2010,共675頁
論文全文使用權限:同意授權於2017-08-23起公開