每台相機擁有 2 GB 容量的 CF(Compact Flash) 卡儲存設備，以 8 bits 資料格式儲存時約能儲存 1600 張相片。在機身上則擁有兩個 USB 1.1 的傳 輸孔分別連結六台相機，藉由連接電腦設備便能進 行影像下載。然而 USB 1.1 的傳送速率為 1.5 MB/s，
若透過 USB 傳輸 2 GB 的照片則每台相機需花費 22 分鐘，12 台則至少需要四小時以上的時間，故 實際作業建議採用讀卡機讀取 CF 卡內的影像。
2.2 無人飛行載具與航拍測試區
本研究採用的無人飛行載具為天空飛行科技 公司所設計製作之 AL-40 紅鶴 UAV，其最大載重 為 15 公斤，飛行時速可達 110 公里，航行高度則 可達 5000 公尺，其外觀造型如圖 3 所示，詳細酬 載特性整理列於表 2 中。機上除了 MiniMCA-12 影像感測器外，亦搭載了能控制飛行姿態的飛控電 腦、自動影像拍攝系統(Automatic Image Capture System, AICS)與定位定向系統(GPS/IMU)。
航拍測試區位於台南市七股區，地物內容主要 包含稻田、水體、道路、各種果樹、草地與少數建 物，面積大小約 2 公里乘 2 公里的範圍，實際飛航 高度為 800 公尺，獲取的多光譜影像解析度約為 40 公分。本實驗在單一相機中共拍攝 550 張相片，
UAV 飛行軌跡及測區地面影像如圖 4 所示。
表 1 MiniMCA-12 各相機編號與對應的波譜範圍
編號 MCA-1 MCA-2 MCA-3 MCA-4 MCA-5 MCA-6 波譜 450 nm 510 nm 530 nm 550 nm 570 nm 650 nm 編號 MCA-7 MCA-8 MCA-9 MCA-0 (主) MCA-A MCA-B 波譜 680 nm 700 nm 720 nm 750 nm 780 nm 950 nm
表 2 AL 40 UAV 酬載特性
大小(寬/長) 3 m / 2.4 m 續航力 2 小時
空機重量 20 kg 最大飛行高度 5000 m
最大起飛重量 40 kg IMU NovAtel© SPAN-CPT 最大酬載重量 15 kg GPS 接收儀 NovAtel© ProPak-V3 (雙頻)
巡航速度 110 km/hr 操作範圍 直徑 100 km
圖 3 AL40 UAV 外觀
圖 4 UAV 飛行軌跡與地面測區影像
3. MiniMCA-12 波段套合方
理(Kelcey and Lucieer, 2012)，藍光(450 nm)與紅外 光(950 nm)的感應率最低，使得拍攝時該兩波段的Δx = (𝑥̅)(𝐾1𝑟2+ 𝐾2𝑟4+ 𝑘3𝑟6) + 𝑃1(𝑟2+ 𝑥̅2) + 2𝑃2𝑥̅𝑦̅
Δy = (𝑦̅)(𝐾1𝑟2+ 𝐾2𝑟4+ 𝑘3𝑟6) + 𝑃2(𝑟2+ 𝑦̅2) + 2𝑃1𝑥̅𝑦̅
𝑥̅ = 𝑥 − 𝑥𝑝, 𝑦̅ = 𝑦 − 𝑦𝑝, r = √(x − 𝑥𝑝)2+ (y − 𝑦𝑝)2
(2)
𝑅
𝐶𝐶𝑆𝑀= 𝑅
𝑀𝐶𝑀× 𝑅
𝐶𝑀𝑆(3)
𝑟
𝐶𝐶𝑆𝑀= 𝑅
𝑀𝐶𝑀× (𝑟
𝐶𝑀𝑆− 𝑟
𝐶𝑀𝑀)
系統率定 內方位率定 (內方位參數) 相對方位率定 (相對方位參數)
套和誤差分析 透視投影轉換
平移指標 < 0.1 MiniMCA-12
航拍影像 MiniMCA-12
室內照片
波段套合成果 Yes
輻射向相關性指標 < 0.6
Yes 透鏡畸變改正
(更新內方位參數) 平移修正 (更新相對方位參數)
NO NO
圖 5 MiniMCA-12 相機波段套合法
套合誤差分析
圖 6 MiniMCA-12 系統率定拍攝情況
3.2 透視投影轉換
由於 MiniMCA-12 各相機之成像面彼此不平 行，因此如 PW2 利用正形轉換的波段套合成果仍 然存在錯位現象(Laliberte et al., 2011)。另一方面，
Du et al. (2008)利用影像匹配方式針對三台框幅式 相機之波段套合進行研究，比較三種幾何轉換方式 (相似轉換、Thin-Plate Spline 與透視轉換)於波段套 合的成果評估，並藉由影像匹配解算轉換模型的內 部精度與透過人工量測檢驗成果，證明透視轉換的 套合精度優於其他兩者。因此描述多鏡頭框幅式相 機間的幾何關係應利用單一透視中心的透視轉換 模型。
透視投影轉換是基於攝影測量共線條件式，假 設物空間高程為常數所推導而來，式(4)為其常見 的一般式，透過最小二乘法與四個以上的控制點便 能求解這八個係數。然而由於多光譜影像不同波段
間的影像匹配，會因相同地物之反射率差異而降低 匹配成功率及正確率，如藍光(450 nm)與近紅外光 (950 nm)在植被區將會呈現一暗一亮的差異。
式(5)為本研究採用之透視投影轉換公式，與 Cho and Schenk (1992)利用共線條件式求解正規化 影像(Normalized Image)之公式相似，但本研究加 入了鏡頭平移修正以達透視投影的目的。為了避免 利用影像匹配求取幾何轉換參數時容易造成匹配 錯誤與特徵點數量不足或分佈不均等問題，本研究 藉由系統率定成果可直接求得式(5)所需的各元素。
以此方式進行波段套合時須先修正副影像座標 (𝑥𝑠, 𝑦𝑠)的透鏡畸變差(∆𝑥, ∆𝑦)，再利用率定得到的 相對旋轉角(𝜔, 𝜌, 𝜅)所推求的旋轉矩陣係數𝑚11至
𝑚33，將影像修正至彼此平行，再利用相對平移量
(𝑉𝑥, 𝑉𝑦, 𝑉𝑧)改正鏡頭間之差異。轉換過程亦考慮副影 像與主影像焦距長的差異(𝑓𝑠, 𝑓𝑚)，如此能降低套 合誤差且使套合後的影像具有相同的影像尺度。透 過式(5)便能將副影像座標轉換至與主影像空間相 同的座標系統(𝑥𝑚, 𝑦𝑚)，其中主影像僅修正透鏡畸 變差。
式(5)與核影像轉換的一般式不同，波段套合 成果需考慮平移造成的錯位現象，因而加入像座標 平移量的改正。其計算方式為相機相對平移量(𝑉𝑥, 𝑉𝑦)對於地面解析度(GSD)之比例。
𝑥 =𝑎1𝑋 + 𝑏1𝑌 + 𝑐1
𝑎3𝑋 + 𝑏3𝑌 + 1
𝑦 =𝑎2𝑋 + 𝑏2𝑌 + 𝑐2 𝑎3𝑋 + 𝑏3𝑌 + 1
(4)
𝑥𝑚= −𝑓𝑚𝑚11(𝑥𝑠+ ∆𝑥) + 𝑚21(𝑦𝑠+ ∆𝑦) − 𝑓𝑠𝑚31
𝑚13(𝑥𝑠+ ∆𝑥) + 𝑚23(𝑦𝑠+ ∆𝑦) − 𝑓𝑠𝑚33+ 𝑉𝑥
𝐺𝑆𝐷 (5)
𝑦𝑚= −𝑓𝑚𝑚12(𝑥𝑠+ ∆𝑥) + 𝑚22(𝑦𝑠+ ∆𝑦) − 𝑓𝑠𝑚32
𝑚13(𝑥𝑠+ ∆𝑥) + 𝑚23(𝑦𝑠+ ∆𝑦) − 𝑓𝑠𝑚33+ 𝑉𝑦 𝐺𝑆𝐷