斜視角的航空熱像儀系統(tǒng)（記錄高分辨率三維圖像）通常用于勘查城市地區(qū)以及從空中獲取地理數(shù)據(jù)。直到2017年，這些系統(tǒng)都未能記錄3D熱圖像。為了滿足這一需求，德國(guó)德紹的安哈爾特應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)了一種熱成像/ RGB系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)重疊使用四臺(tái)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和四臺(tái)FLIR A65sc紅外熱像儀采用25°視場(chǎng)拍攝的圖像，生成三維圖像。

FLIR A65sc熱成像溫度傳感器

地理信息與測(cè)量研究所  

德紹的安哈爾特應(yīng)用科學(xué)大學(xué)自1992年以來(lái)一直提供測(cè)量領(lǐng)域的課程，并且自2002年以來(lái)一直提供地理信息學(xué)課程。前測(cè)量部門改為地理信息與測(cè)量研究所。作為建筑學(xué)、設(shè)施管理和地理信息的一家研究所，該研究所將測(cè)量與地理信息學(xué)科的學(xué)術(shù)和研究能力結(jié)合在一起。除了教學(xué)，該研究所還專注于應(yīng)用研究。

理念及其應(yīng)用領(lǐng)域

研究所的其中一個(gè)項(xiàng)目包括開(kāi)發(fā)一種新型熱成像和RGB攝像機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)重疊使用八臺(tái)攝像機(jī)從旋翼機(jī)拍攝的圖片來(lái)生成三維圖像。2016年4月，負(fù)責(zé)研究所的地理數(shù)據(jù)采集和傳感技術(shù)部門的Lutz Bannehr教授提出了這個(gè)想法。雖然具有極高分辨率的3D攝像機(jī)系統(tǒng)（稱為RGB斜視角攝像機(jī)系統(tǒng)）可用，但這些系統(tǒng)都不能提供熱數(shù)據(jù)提供的優(yōu)勢(shì)。

AOS-Tx8包括四臺(tái)A65sc FLIR紅外熱像儀和四臺(tái)緊湊型RGB攝像機(jī)，進(jìn)行螺旋排列，這些攝像機(jī)都能生成重疊圖像

Bannehr教授在熱成像領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，他于2001年購(gòu)買了FLIR SC3000制冷型紅外熱像儀，并參加了熱成像培訓(xùn)。他確信使用非制冷型紅外熱像儀的解決方案也是可行的。紅外熱像儀有許多潛在用途，包括：收集庫(kù)存數(shù)據(jù)、監(jiān)視、露天采礦作業(yè)中的體積監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、絕緣分析、光伏和太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)的產(chǎn)量估算、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)和地形成像，甚至用于生成數(shù)字城市模型。

安哈爾特應(yīng)用科學(xué)大學(xué)Strenzfeld校區(qū)的紅外正射圖像

項(xiàng)目實(shí)例

Bannehr教授提交了研究計(jì)劃，并組建了一個(gè)包括他的博士研究生在內(nèi)的小型研發(fā)小組。包括來(lái)自bgk infrarot service GmbH（里薩）——FLIR集成公司的Christoph Ulrich和Hermann Kaubitzsch，以及來(lái)自旋翼機(jī)生產(chǎn)商Airborne Technical Systems（柏林）的Henrik Poh。

即使在長(zhǎng)度和寬度上都有85％的重疊，傳統(tǒng)的高分辨率攝像機(jī)也無(wú)法拍攝建筑物側(cè)面的每個(gè)細(xì)節(jié)。因此，研究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)由四臺(tái)RGB攝像機(jī)和四臺(tái)紅外熱像儀組成的系統(tǒng)，這些攝像機(jī)的布置方式使拍攝圖像能夠重疊，以生成3D熱圖像和3D地理數(shù)據(jù)。再使用標(biāo)準(zhǔn)軟件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估。

攝像機(jī)

為了創(chuàng)建該系統(tǒng)，研究小組選擇了四臺(tái)FLIR A65sc紅外熱像儀以及選自另一家制造商的四臺(tái)緊湊型RGB攝像機(jī)，這些攝像機(jī)都能生成約5百萬(wàn)像素的圖像。Kaubitzsch推薦研究小組使用FLIR A65sc紅外熱像儀，“由于其良好的640x512像素?zé)岢上穹直媛省?0Hz的幀頻、以太網(wǎng)端口以及106x40x43mm的緊湊型尺寸”。 Hermann Kaubitzsch還負(fù)責(zé)對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行同步和評(píng)估，這項(xiàng)任務(wù)也不容小覷。

AOS-TX8的控制及其參數(shù)

一組博士研究生為8臺(tái)攝像機(jī)開(kāi)發(fā)了3D布置，這些攝像機(jī)必須在超輕型飛機(jī)上占用盡可能小的空間。甚至還制作了一塊敞開(kāi)的定制基板，將系統(tǒng)安裝在旋翼機(jī)上。也很快就為該“航空斜視角系統(tǒng)”取名為：AOS­-Tx8。該系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)控制，圖像數(shù)據(jù)顯示在10英寸的屏幕上。“幾年前，我們嘗試過(guò)使用不同型號(hào)的紅外熱像儀，但是通過(guò)以太網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行控制并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，”Bannehr教授解釋道。“然而，使用FLIR A65sc型號(hào)，所有問(wèn)題都迎刃而解。”整個(gè)AOS­-Tx8系統(tǒng)僅重11.6kg，尺寸為330 x 400 x 320mm。該系統(tǒng)提供手動(dòng)攝像機(jī)操作和飛行管理系統(tǒng)的連接，還提供鼠標(biāo)、屏幕、鍵盤（全部通過(guò)USB）和電源。

紅外熱像儀的同步

FLIR熱像儀之間的重疊度為12％或3°。四臺(tái)FLIR紅外熱像儀必須進(jìn)行同步以獲取有用的數(shù)據(jù)，并避免圖像重疊時(shí)測(cè)量值的溫度變化。由于技術(shù)原因，非制冷型紅外熱像儀的溫度測(cè)量差異最高為+/- 5％。使用參考聚光燈對(duì)所有四臺(tái)熱像儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明同樣存在預(yù)測(cè)的偏差，但偏差在整個(gè)光譜范圍內(nèi)呈線性分布。因此可以將其中一臺(tái)熱像儀用作參考熱像儀（理想情況下為具有平均值的熱像儀），然后調(diào)整其他熱像儀以匹配參考熱像儀。

在校準(zhǔn)過(guò)程中，與參考聚光燈相比，紅外熱像儀的溫度偏差最高為5°C。選擇

熱像儀1作為參考熱像儀，并調(diào)整其他熱像儀以匹配其參考值

首航

2017年8月15日，進(jìn)行了試飛。AOS­-Tx8已經(jīng)安裝在旋翼機(jī)上，準(zhǔn)備從空中進(jìn)行初始測(cè)量。試驗(yàn)步驟的順序已經(jīng)明確定義。研究小組使用飛行計(jì)劃程序來(lái)繪制首航時(shí)間，并使用Google Earth獲取地圖數(shù)據(jù)。將包括拍攝圖片地點(diǎn)在內(nèi)的飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)復(fù)制到飛行管理系統(tǒng)中。在飛行過(guò)程中，使用這些數(shù)據(jù)來(lái)觸發(fā)AOS­-Tx8和其他傳感器。在安哈爾特大學(xué)Strenzfeld校園試飛之后，8月份還在馬格德堡進(jìn)行了飛行。不僅從垂直角度拍攝了圖像（稱為紅外正射圖像），還用于生成大型3D熱圖像，同時(shí)顯示建筑物隔熱效果。

馬格德堡的3D熱圖像（中心：馬格德堡大教堂）

航空斜視角系統(tǒng)（AOS-TX8）實(shí)現(xiàn)的結(jié)果

使用AOS-­Tx8，有可能首次獲得具有精確建筑物高度的數(shù)字表面模型以及RGB和紅外數(shù)字地形模型。AOS-­Tx8易于操作，可以使用標(biāo)準(zhǔn)軟件產(chǎn)品（如Photoscan或Pix4D）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。

2017年8月首飛前，安裝在旋翼機(jī)上的AOS-Tx8

前景

該研究所現(xiàn)在也使用FLIR A655sc，用于收集航空數(shù)據(jù)，這款紅外熱像儀不需要3D成像。因此，我們期待著B(niǎo)annehr教授和他的創(chuàng)新研究小組在德紹的安哈爾特應(yīng)用科學(xué)大學(xué)的地理信息與測(cè)量研究所進(jìn)行的下一個(gè)紅外研究項(xiàng)目。