2月18日,长光禹辰发布MS600系列多光谱相机2.0.0版固件,新增机上辐射定标和反射率实时计算功能,有望彻底解决光谱遥感“数据量大”这一长期制约行业应用的难题。
行业痛点
说起光谱遥感,大家通常听到的都是光谱遥感的“优点”:相对于可见光遥感,光谱遥感能够同时获取目标的光谱和辐射信息……
但是,很少有人告诉你光谱遥感的“缺点”, 譬如:数据量大、辐射校正繁琐等。
痛点1:数据量大
目前,主流的小型无人机载多光谱相机单张图片的大小一般在2.5MB左右,以主流的6通道为例,每组图片大约15MB,1km2区域按照航向75%、旁向65%、航高120m外业飞行,一共大约1100组图片,总数据量约16GB。
而对于可见光负载,以大疆精灵4 RTK为例,相同区域大小、相同飞行参数下,一共大约500张图片,总数据量约4GB,仅为多光谱影像的1/4。
痛点2:辐射校正繁琐
在测绘领域,可见光相机属于非定量遥感设备,相机自带的自动曝光和匀色功能足以拍出高质量的RGB影像。
在遥感领域,多光谱相机属于定量遥感设备,相机除了自身出厂前严格的光谱、辐射定标外,还需要进行外场定标,以解决不同天气、光照环境的影响,“灰板传递法”是常用的外场辐射定标方法之一。
所以,大部分做多光谱内业处理的朋友们,应该都有以下“画框框”的经历,对于多架次飞行的情况下,灰板选择也是一个体力活儿~
禹辰方案
为了解决上述行业应用痛点,2.0.0版固件实现了灰板自动识别、反射率数据实时计算、反射率影像同步保存,允许用户直接将反射率数据直接保存为JPG格式的图片,等效数据量平均降低15~20倍。
01 外业设置
普通版:MS600 V2
(1)进入相机WEB界面后,在“设置”菜单栏中进入“高级设置”,点击“图像存储格式”。
(2)选择JPG模式后,会弹出“设置成功”标识。
(3)进入“预览”界面拍摄灰板,点击下方中心按钮开启预览模式,并选择右下角“CR”标识的自动拍摄灰板按钮。
提醒:JPG模式为实时计算反射率,要求灰板影像必须在“自动拍摄灰板”模式下拍摄,且灰板和二维码不能有遮挡。
(4)开启自动拍照后,影像内会出现黑色方框,需要将方框对准灰板,相机会自动拍照。且在拍照成功后,会提示“拍照成功”。
(5)设置成功后,开始进行外业数据采集即可,拍摄数据为具有反射率意义的JPG格式影像。
提醒:反射率JPG模式要求最小拍照间隔为1.5s,建议飞行采集时控制拍照间隔为2s,在设置航高、航速方面需重点注意。
大疆PSDK版:MS600 Pro
(1)右上角打开Payload设置,在“相机工作模式”中选择模式Ⅱ(REF-JPG)。
(2)进入多光谱相机界面,点击“自动拍摄灰板”按钮,进入自动拍摄模式,同时在界面左侧会显示灰板拍摄状态。
提醒:JPG模式为实时计算反射率,要求灰板影像必须在“自动拍摄灰板”模式下拍摄。且灰板和二维码不能有遮挡。
(3)自动灰板拍摄时,左侧状态栏会显示“灰板拍摄中”;拍摄成功后,会显示“已拍摄灰板”。
(4)灰板拍摄完成后,需要修改相机模型中最小拍照间隔为1.5s后,即可开始规划航线执行飞行任务。
注意:反射率JPG模式要求最小拍照间隔为1.5s,建议飞行采集时控制拍照间隔为2s,在设置航高、航速方面需重点注意。
02 内业处理
使用Yusense Map完成JPG格式反射率数据预处理(配准、拼接)总共仅需要3步:
第1步:新建工程加载10组特征明显的JPG格式反射率影像,完成内定向;
步骤1:内定向
第2步:菜单栏勾选波段配准,点击“开始处理”,确认操作,软件将自动完成同文件夹下的影像配准;
步骤2:波段配准
第3步:再次新建工程加载所有待拼接的Multi文件,点位分布图中删除非航线部分的影像,点击“开始处理”后确认操作即可。
步骤3:影像拼接
示范样例
硬件环境:Windows 10专业版
处理器:Intel(R) Core(TM) i9-9900K CPU @ 3.60GHz 3.60GHz
已安装的内存(RAM):64GB
系统类型:64位
软件版本:Yusense Map V2.1.1
数据预处理结果图
(大窗口为TIFF拼接真彩色显示,小窗口内为JPG拼接假彩色显示)
睁大了眼睛瞄一瞄,JPG格式与TIFF格式的反射率拼接效果在色彩均衡度、地物完整度等方面均没有明显差别!
03 精度验证
对于JPG格式与TIFF格式预处理后的图像RGB合成目视情况高度相似,那么我们来看看不同地物、不同波段的具体差异如何呢?
光谱反射率
本次测试选择复杂场景,水体、房屋、树木、裸土、道路等均有分布,分别拾取6种典型地物的感兴趣区域,对比分析其反射率差异。
不同地物的JPG格式与TIFF格式处理结果光谱反射率曲线对比
注:以TIFF格式数据计算出的反射率为参考值,JPG格式数据计算出的反射率为测量值,相对误差=|JPG反射率-TIFF反射率|/TIFF反射率。
对比分析同一地物在相同波段JPG格式与TIFF格式数据所得反射率,相对误差在3%之内。极端工况下,靠近近红外波段处水体相对误差略高,在10%之内,这是由于水体在近红外波段的真实反射率本身很低。
典型植被指数
植被指数常被用于凸显植被信息、抑制其他目标信息,比单一波段反射率值更稳定可靠,也是遥感模型中常用的数据类型,以下以归一化植被指数NDVI、比值植被指数RVI和差值植被指数DVI为例进行分析。
选取局部场景,对比JPG格式与TIFF格式数据得出的典型植被指数,以TIFF格式数据结果为参考值,分析两者的数值偏差及偏差的空间分布。
对比上述结果发现,在纹理复杂、不同地物交界附近区域光谱植被指数的偏差数值相对较大,这是由于JPG格式损失高频空间变化信息所导致的。结合行业数据处理经验与大量数据验证结果,上述植被指数偏差基本在行业应用的可接受范围内。
小结
与传统TIFF格式相比,JPG格式反射率存储方式在地物光谱信息存储方面会有一定的精度损失,而该损失在行业应用的可接收范围内。但是,JPG格式反射率带来的数据量骤减、数据处理流程大幅度简化等效果,是传统TIFF格式无法比拟的,其对于提升光谱数据行业应用的便捷性具有里程碑意义。
提醒:对于严格追求数据精度的用户,仍可以选择MS600 V2/MS600 Pro的TIFF数据模式呦~
04 相关下载
固件下载
MS600 V2固件下载链接:
http://www.yusense.com.cn/index.php/product/download/87.html
MS600 Pro V2固件下载链接:
http://www.yusense.com.cn/index.php/product/download/88.html
操作说明
快速入门下载链接:
http://www.yusense.com.cn/index.php/download/download_api?file_name=16136308619lvipc.pdf
软件下载
Yusense Map(V2.1.1)下载链接:
http://www.yusense.com.cn/index.php/product/download/93.html
样例数据下载
百度网盘下载链接:https://pan.baidu.com/s/1h-EojivxVQmPG0eDSK8G1A
提取码:ci8g