不依赖前置条件的无人机视频实时拼接技术在应急领域的价值及应用

我国是一个严重自然灾害和重大安全事故高发的国家，地震、泥石流、山体滑坡、火灾爆炸等突发灾难性事件频繁发生，严重威胁人民群众生命和财产安全，也对 会稳定造成较大影响。近年来，各级应急管理部门、应急救援力量先后引进和大量装备了各类型无人机，用于空中侦察/搜救、应急测绘、物资投送，以及应急通信、照明等，极大提升了应急管理水平和应急救援能力。在看到应急手段与能力取得巨大进步的同时，也要正视目前无人机在搜索救援、应急测绘等应急领域应用中存在的问题与短板，其中无人机数据处理运算耗时、数据成果生产滞后，是一个突出和普遍存在的问题。

一、应急救援就是与死神赛跑，每个环节必须分秒必争

灾情就是命令，时间就是生命，应急救援每个环节都必须争分夺秒。灾难发生时，灾情就是命令，没有什么比生命至上的应急救援更加重要。应急救援就是与死神赛跑，每个环节都必须分秒必争，从无人机奔赴灾害救援现场、完成准备展开航飞作业、数据采集/回传后的数据处理，以及基于数据成果（二维航测图或三维模型）的分析判断与救援指挥等行动，每一个环节都需要尽可能节省时间、提高效率。无人机数据处理耗时长、数据成果生产滞后是一个亟待解决的问题和短板。

灾情就是命令，应急力量随时待命 应急救援就是与死神赛跑

高效获取航飞数据是基础，快速生产出可用成果才是目的。目前先进的无人机系统都已实现了模块化设计与拆装，简单快速组装能在1分钟内完成从开箱装配到准备起飞，这种快速高效的反应能力满足了应急救援分秒必争的特点。但获取航飞数据后的成果处理则比较耗时，无论是二维正射影像图还是倾斜摄影三维建模成果，都需要从数据导入、预处理、空三解算到正射投影/建模处理等一系列大量运算，根据测区面积大小和数据成果质量要求不同，即使用高性能服务器也需要耗时数小时甚至数十小时至数天不等。在获取航飞数据的前提下，快速甚至实时生产出可用的航空影像图，无疑能对无人机的应急使用起到如虎添翼的效果。

某国外知名软件正射影像图(DOM)处理

生产高精度3D模型更是耗时漫长

是一张一张看航空照片，还是从头到尾看航飞视频，抑或“边飞边出图、飞完即成图”？无人机应急救援侦察，要么拍摄测区的航空照片，要么是回传测区的航空视频，空中拍摄照片/回传视频后，再通过地面端软件建立现场的二维或者三维模型。这些模型可以还原现场受灾状况、地形地貌，详细了解救灾环境，测量关键距离、区域面积或塌方量，标注现场相关情况等等，从而协助开展搜救工作。那么，无论是查看原始数据——一张一张看照片或者从头到尾看视频，或者耗时等待生产出二维正射影像/三维模型，在分秒必争的应急救援任务中，都不是一种效率最高的方法，都没有“边飞边出图、飞完即成图”来的快速和高效。

二、真正实时、简单易用，适应各种数据的无人机视频拼接系统

国内大中小无人机厂商众多，所用数据处理系统各不相同、互不兼容。应急领域需要这么一套无人机视频数据处理系统：不依赖无人机厂家和飞机型 ，不依赖载荷型 和参数，也无需提前进行相机标定，无需提前设置各种参数，还能够适应不同的无人机航高、航线和视角，即使质量非常差的航飞视频也能实时生产出航空影像图，第一时间全面掌握灾害区域的概貌，这将极大提高应急救援的效率和效果。

针对应急领域航飞数据成果时效性极高的特殊要求，国内摄影测量与计算机视觉交叉领域经验丰富的开发团队，自主研发了具有完全知识产权的航空视频实时拼接软件——AVT-vMapper擎视速图无人机视频实时处理系统。该软件有效解决了传统摄影测量方法或其他技术路线数据处理耗时、数据成果时效滞后的突出问题，也填补了国内在航空视频实时拼接领域悬置多年的技术空白。具备以下几个优势与特点：

1.真正实时拼接。无人机视频影像拼接，市面上目前大多用SLAM（同时定位与构图）模式和依赖遥测参数模式（飞机位姿参数与POS数据）两种应用模式：前者需要提前进行相机标定/相机参数设置等繁琐步骤，后者依赖飞行平台本身遥测参数，无法适用所有厂家无人机，前置条件多且运算复杂导致图像拼接效率低下，都不是真正意义上的“实时”。该系统可实现“边飞边出图、飞完即成图”，航飞结束即可获取高清晰的区域航空影像图 。

2.无需繁琐设置。无需相机标定及相机参数输入等繁琐而专业的步骤，也无需飞行平台的遥测参数设置。该系统克服了对飞行平台本身技术指标、载荷参数、机载POS参数的依赖，可兼容中远近各类无人机、各型视频载荷，兼容无人机现有飞控与数据处理平台（需开放数据 络接口），直接导入无人机视频文件或者调用实时的 络视频流，即可进行实时视频拼接。

应急领域无人机视频图像拼接应用模式/技术路线优势对比

3.适应各种载荷视角。不同于其他无人机厂商或者无人机遥感数据处理系统，只能对载荷垂直下视（垂直90度向下拍摄）情况下的视频帧数据进行图像拼接，该系统支持测绘模式下（载荷垂直下视）、“战场侦察模式”下（前下视或斜下视，军用无人机侦察一般都是前下视或斜下视视角），甚至载荷水平视角下的视频数据进行实时的图像拼接，适应各种载荷视角。

4.适应各种质量的视频数据。能对不同分辨率、帧率和不同数据格式视频进行实时图像拼接。无论无人机是以不同航高飞行，还是以不同航速飞行，无论无人机载荷是可见光视频载荷还是多光谱载荷，都能够支持对视频帧图像的实时拼接。同时，还能够处理影像畸变大、飞行器/载荷晃动严重、无规则航线等极端情况下低质量影像数据的处理，只需要输入视频数据，即可完成实时动态处理，具有自动、实时、鲁棒、智能等优点。图像拼接效果（即拼接好的航空影像图），其分辨率和清晰度同视频载荷数据源效果一致。下图所示为不同飞行条件下（航高、航线、载荷视角）不同数据源（分辨率、帧率）的实时图像拼接过程。