移動(dòng)測繪成像：不僅僅是高分辨率

引言

Teledyne FLIR集成成像解決方案部門已有超過25年的運(yùn)營歷史，專注于工業(yè)機(jī)器視覺和多傳感器設(shè)備的相機(jī)開發(fā)。本文強(qiáng)調(diào)了高分辨率成像的重要性，以及使其在移動(dòng)測繪中不可或缺的關(guān)鍵因素。

移動(dòng)測繪的簡化框架

當(dāng)選擇晚餐餐廳時(shí)，決策過程通常涉及使用移動(dòng)測繪應(yīng)用程序在特定社區(qū)內(nèi)進(jìn)行搜索。應(yīng)用餐廳評分、價(jià)格范圍、位置、旅行時(shí)間和停車可用性等標(biāo)準(zhǔn)后，用戶可以查看餐廳選項(xiàng)列表。點(diǎn)擊列表中的選項(xiàng)后，用戶可以查看菜品圖片、地點(diǎn)圖片以及360度街景圖像，以評估氛圍。結(jié)合圖像和元數(shù)據(jù)，有助于做出明智的餐廳選擇。

移動(dòng)測繪背景

在移動(dòng)測繪的背景下，流程始于相機(jī)系統(tǒng)制造商，他們向系統(tǒng)銷售商提供設(shè)備。系統(tǒng)銷售商隨后將相機(jī)集成到移動(dòng)測繪系統(tǒng)中，供服務(wù)提供商使用。服務(wù)提供商規(guī)劃采集任務(wù)，捕獲并處理數(shù)據(jù)以提取有意義的信息。

決策者可能從未實(shí)際查看原始數(shù)據(jù)或其他傳感器數(shù)據(jù)，他們主要關(guān)注可操作的洞察。例如，他們想知道哪些道路需要優(yōu)先維修，或者是否可以識別出因腐蝕跡象而需要立即更換的老化電線桿。他們需要的是建議和依據(jù)，以便在滿足多種標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)合理分配下一年度有限的預(yù)算。

這個(gè)例子說明了圖像數(shù)據(jù)如何貫穿整個(gè)價(jià)值鏈，支持關(guān)鍵決策制定。

除分辨率外的其他考慮因素

基于上述示例，除了分辨率之外，還需考慮以下因素：

圖像質(zhì)量

評估移動(dòng)測繪系統(tǒng)時(shí)，首要因素是圖像質(zhì)量。高質(zhì)量的圖像使服務(wù)提供商能夠?yàn)闆Q策者提取相關(guān)信息。如今，這一過程不僅依賴人工操作，還依賴計(jì)算機(jī)視覺軟件。移動(dòng)測繪的價(jià)值在于系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地處理大量數(shù)據(jù)并提取相關(guān)信息。信息提取過程主要由計(jì)算機(jī)視覺軟件完成，這些算法具有定量性、客觀性和精確性。圖像質(zhì)量的各個(gè)方面，例如寬動(dòng)態(tài)范圍，使得場景中明暗區(qū)域的細(xì)節(jié)都能清晰可見，從而幫助算法將場景分割為多個(gè)細(xì)節(jié)豐富的部分。準(zhǔn)確的色彩信息和紋理提高了分類過程中的置信度，使每個(gè)圖像片段能夠被歸類為特定的對象類別。圖像銳度也至關(guān)重要，它使得光學(xué)字符識別（OCR）算法能夠識別場景中資產(chǎn)上的字母數(shù)字字符，提取標(biāo)識符，并將其與資產(chǎn)進(jìn)行標(biāo)記。圖像質(zhì)量、動(dòng)態(tài)范圍、色彩準(zhǔn)確性和圖像銳度等要素在移動(dòng)測繪中都具有極高的重要性。

幾何建模與空間精度

成像系統(tǒng)的第二個(gè)重要考慮因素是其固有的幾何建模能力和空間精度。這些因素對于移動(dòng)測繪系統(tǒng)至關(guān)重要，因?yàn)橄到y(tǒng)需要處理相機(jī)采集的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確確定圖像中物體的位置，并將圖像數(shù)據(jù)與其他傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。例如，在同時(shí)采集激光掃描數(shù)據(jù)和相機(jī)圖像時(shí)，后期處理可能需要為每個(gè)三維點(diǎn)賦予正確的顏色值。幾何模型（即相機(jī)內(nèi)參）定義了相機(jī)內(nèi)部傳感器與鏡頭之間的關(guān)系。需要注意的是，所有鏡頭都會(huì)產(chǎn)生畸變，因此幾何模型必須考慮這些畸變，以確?？臻g精度。

舉個(gè)例子：在眼科檢查中，會(huì)評估視力清晰度和是否需要放大鏡片。其中一個(gè)方面是散光，即眼前的物體清晰可見，但周圍物體卻模糊不清。這是因?yàn)檠劬Φ木铙w不是完美的圓形，導(dǎo)致光線在聚焦到視網(wǎng)膜時(shí)發(fā)生不均勻折射。眼鏡處方通過矯正散光，使所有物體都能清晰成像。

在幾何建模中，這類似于對相機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，以持續(xù)保持其空間精度。空間精度衡量的是物體在圖像中的表示與其實(shí)際位置之間的接近程度。例如，如果一個(gè)人站在另一個(gè)人十米遠(yuǎn)的地方觀察其襯衫上的紐扣，空間精度決定了紐扣在圖像中XY位置的精確度，可能精確到幾厘米甚至幾毫米。激光掃描數(shù)據(jù)通常要求在幾米距離下達(dá)到毫米級精度，因此，對于配備相機(jī)和激光掃描儀的移動(dòng)測繪系統(tǒng)來說，保持一致的空間精度至關(guān)重要。

時(shí)間同步

時(shí)間同步是移動(dòng)測繪中的另一個(gè)關(guān)鍵因素，指的是觸發(fā)決策的時(shí)間，通常由外部設(shè)備發(fā)起。例如，在自由運(yùn)行模式下，成像系統(tǒng)以固定幀率捕捉圖像，適用于需要平滑播放的視頻應(yīng)用。但在移動(dòng)測繪中，數(shù)據(jù)采集需要沿交通走廊進(jìn)行優(yōu)化覆蓋，確保圖像之間具有特定的距離重疊。這種方法可以減少存儲(chǔ)消耗，最大化處理資源的利用率，從而縮短項(xiàng)目完成時(shí)間。使用外部設(shè)備（如距離測量儀DMI）通過數(shù)字脈沖指示行駛距離，是觸發(fā)圖像采集的有效方式。這種方法有助于優(yōu)化任務(wù)覆蓋范圍，同時(shí)減少存儲(chǔ)消耗和后期處理時(shí)間。

時(shí)間同步也對系統(tǒng)中其他關(guān)鍵儀器（如GPS或定位系統(tǒng)）至關(guān)重要，這些設(shè)備提供時(shí)間戳和當(dāng)前位置。準(zhǔn)確的時(shí)間和位置信息與圖像中捕獲的顏色信息的空間精度密切相關(guān)。移動(dòng)測繪系統(tǒng)中常常還包括熱成像相機(jī)或激光掃描儀等其他傳感器。了解觸發(fā)時(shí)的時(shí)間和位置，有助于實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)。例如，可以使用激光掃描點(diǎn)云中的三維點(diǎn)位置，并查找該時(shí)刻相機(jī)所看到的顏色值。這種地理空間數(shù)據(jù)融合常常能提供單一數(shù)據(jù)集無法獲得的額外信息。

移動(dòng)測繪設(shè)備評估

購買移動(dòng)測繪設(shè)備是一項(xiàng)重大投資，設(shè)備必須在現(xiàn)場持續(xù)可靠運(yùn)行。以下是評估高分辨率圖像采集系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮的其他方面：

●   制造商在行業(yè)中的經(jīng)驗(yàn)有多久？他們在生態(tài)系統(tǒng)中的聲譽(yù)如何？如果購買多個(gè)系統(tǒng)，是否在質(zhì)量和性能方面保持一致？

●   產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否適應(yīng)移動(dòng)測繪的嚴(yán)苛環(huán)境？溫度、濕度、沖擊和震動(dòng)等多變的天氣條件是否會(huì)影響操作？設(shè)備是否經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證？

●   制造商是否提供多年質(zhì)保？是否有響應(yīng)迅速、專業(yè)的技術(shù)支持？

這些考慮因素對于最大化移動(dòng)測繪系統(tǒng)投資的回報(bào)至關(guān)重要。

處理能力的進(jìn)步

目前，我們正經(jīng)歷處理能力的指數(shù)級增長，單位處理成本也在持續(xù)下降。這一進(jìn)步推動(dòng)了高分辨率傳感器數(shù)據(jù)采集的發(fā)展，并擴(kuò)展了移動(dòng)測繪的應(yīng)用范圍。近二十年前，Google推出了街景服務(wù)。如今，移動(dòng)測繪已涵蓋工程測量中的場景分割、資產(chǎn)管理、路面狀況評估以及城市森林管理等領(lǐng)域。

此外，處理能力的提升顯著增強(qiáng)了價(jià)值鏈中數(shù)據(jù)分析與信息提取的環(huán)節(jié)。圖形處理單元（GPU）和神經(jīng)處理單元（NPU）推動(dòng)了算法的發(fā)展，使其能夠以更高的輸出效率和更強(qiáng)的分類置信度處理海量數(shù)據(jù)，應(yīng)用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。這些進(jìn)展令人矚目，而我們才剛剛起步。

盡管這些下游方法在結(jié)果生成方面已非常先進(jìn)，但必須認(rèn)識到，只有在采集高分辨率圖像數(shù)據(jù)時(shí)確保極高的質(zhì)量、空間精度和精確的觸發(fā)時(shí)間，才能為關(guān)鍵業(yè)務(wù)決策提供最佳結(jié)果。

結(jié)論

移動(dòng)測繪成像技術(shù)的進(jìn)步顯著提升了數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。高分辨率、卓越的圖像質(zhì)量、空間精度以及精確的時(shí)間同步是移動(dòng)測繪和關(guān)鍵業(yè)務(wù)決策的基礎(chǔ)。這些提升有助于從采集的數(shù)據(jù)中提取有意義的信息，從而做出更優(yōu)決策并優(yōu)化資源分配。利用處理能力的進(jìn)步，并結(jié)合傳感器融合技術(shù)，可以更全面地理解環(huán)境，從而進(jìn)一步釋放移動(dòng)測繪的潛力與價(jià)值。