飞马D2000免像控应用解密之平台载荷篇

飞马智能航测/遥感/侦察系统D2000（以下简称D2000）是飞马全新研发的一款小型、长航时但同时满足高精度测绘、遥感及视频应用的多旋翼无人机系统，可搭载航测模块、倾斜模块、可见光视频模块、热红外视频模块、热红外遥感模块等，具备多源数据获取能力。D2000自2020年面世以来便引发行业市场的广泛热情，在房地一体化等项目领域开启应用“加速度”。

飞马机器人秉承持续创新的理念，严谨务实不断立足产品全链路做精细设计，凭借全自主知识产权、充分模块化设计、高技术集成度的产品特色保证了无人机平台与载荷的灵活适配与扩展，以及整体解决方案的架构与输出能力。

随着D2000受众的日趋广泛，其免像控应用实力也得到了日益凸显。本文将重点围绕D2000平台及航测、倾斜模块的全链路设计理念展开，详细介绍决定免像控应用各环节的产品设计、航线设计、关键技术、应用效率、应用案例与检定报告，展现飞马D2000在航测领域的全面特点。

本文是飞马D2000免像控应用解密的平台载荷篇，重点介绍D2000平台及其航测、倾斜模块设计与选型思路，总结了3型载荷的总体参数，并附由国家测绘地理信息计量站出具的检定证书。

飞马机器人在产品设计上一贯坚持充分模块化、高度可扩展，在打造产品矩阵的同时，也达成了单平台的载荷矩阵化。D2000的航测载荷矩阵分为航测模块与倾斜模块两类。其中，航测模块包含D-CAM2000（约2400万像素）、D-CAM3000（约6100万像素），支持正射与倾斜两种作业模式；倾斜模块为D-OP3000（约5×2400万像素）。

纵观行业无人机市场，航测载荷与无人机平台的挂载方式通常有两种：刚性固联或配套云台。飞马D2000兼而有之：航测模块D-CAM2000与倾斜模块D-OP3000采取平台固联方式；航测模块D-CAM3000配有单轴云台。

一、安装设计

1、采取刚性固联的D-CAM2000与D-OP3000

熟悉D2000的行业用户一定对其载荷安装面的倾斜设计印象深刻（如下图所示），而这与旋翼飞行时的俯仰姿态密不可分。众所周知，数字航空摄影测量生产应当严格依据相关规范开展。数字航测按流程可分为航空摄影、控制测量、空中三角测量、测图四个阶段，其标准体系亦据此构建。D2000的倾斜安装面设计正是为了抵消旋翼飞行时的姿态变化，保证每摄站所获影像的像片倾斜角满足一定要求，进而保证其立体测图生产应用。

针对D2000平台安装面的结构仰角设计，飞马联动了结构、飞控、后处理、测试、行业应用等多个研发团队，基于多个空对地检校场开展了大量差异化环境条件下的数据获取，并严格依据免像控空三精度、立体测图相关规范开展生产内测最终综合而得。此外，在任务航线的每个摄站点，飞控均采取了精确的瞬间姿态控制回调，确保了D2000在免云台刚性固联的组装方式下实现各摄站近似垂直摄影。

此外，约2400万像素的单摄D-CAM2000亦可支持基于交叉航线（旁向重叠率更高）的倾斜模式，服务三维成果应用。当其用于倾斜摄影时，用户可对机械结构进行简便调节，达成固定的设计倾角。

2. 配有单轴云台的D-CAM3000

不同于D-CAM2000与D-OP3000的刚性固联，D-CAM3000采取单轴云台实现航摄过程中的正射成像或倾斜摄影，其云台角度的切换与航摄设置耦合，由飞控控制实现。

D-CAM3000的单轴云台在航线俯仰角上可以得到有效控制，最大程度保证摄站的航向重叠度与成像瞬间的近似垂直摄影，适用于基于单相机正射的立体测图应用。

二、倾角设计
当进行倾斜摄影应用时，航摄仪倾角是一项非常重要的设计确认。
无论是D-CAM2000/D-CAM3000的单摄倾斜，还是D-OP3000的五目倾斜，D2000均进行了理论与实践相结合的设计与验证。在理论层面上，倾斜相机的主光轴倾斜角度应根据倾斜影像中心点（GSDmid）、近地点（GSDtop）与远地点（GSDbutton）的相应分辨率要求计算得出，依据公式如下：

式中，H为摄影航高，单位为m；f为摄影镜头焦距，单位为mm；GSD为地面分辨率，单位为m；α为像元尺寸，单位为mm；Ay为相机倾角；By为半倍视场角。倾斜影像的几何关系如图7所示。

通常情况下，具有下视相机的倾斜相机，倾斜影像的远点分辨率不宜超过垂直分辨率的3倍；不具有下视相机的倾斜相机，一般倾斜影像的远点分辨率不宜超过近点分辨率的3倍。

基于以上理论依据，D-OP3000的斜视采取45°倾角，D-CAM2000与D-CAM3000的倾斜模式均采用40°倾角。

三、镜头选型

飞马在D2000航测模块与倾斜模块的镜头选型方面，重点关注高分辨率、低光学畸变、高照度均匀性三个指标。光学镜片材料采用进口ED低色散玻璃、纳米级镀膜工艺，降低镜头的色差与紫边；每个镜片都经过严格的亚斯检测和同心度检测，控制成像的边角模糊；采用高精度装调检测工艺，所有装配环节均通过超声设备保证镜片洁净度。

在分辨率方面，飞马着重关注镜头高分辨率成像的MTF（调制传递函数）。MTF成像曲线图由镜头生产厂家在极为客观严谨的测试环境下测得并对外公布，是镜头成像品质最权威、最客观的技术参考依据。飞马D2000载荷所选用的镜头样本经国家测绘地理信息计量站检定，光学分辨率可达228lp/mm~256lp/mm。

在光学畸变方面，飞马着重低畸变镜头的选型与光学检校的自主能力建设。光学畸变差，表征像点偏离其理想位置的点位误差，是影响成像几何质量最重要的因素之一。在航测生产应用中，镜头的径向畸变影响显著高于其切向畸变。飞马所选用镜头在光学设计方面严格采取低畸变设计，镜头样本经国家测绘地理信息计量站检定，径向畸变介于0.12pixel~0.22pixel，显著优于航摄仪检定规程所要求的改正后残差的中误差小于1/3像素。

在照度均匀性方面，飞马着重镜头的高照度均匀性和边缘照度控制。在光学镜头设计上，注重对渐晕效应的控制，镜头边缘相对照度在70%以上。较高的镜头照度均匀性，保证了图像的灰度均匀性，有利于后期图像处理。

针对D2000选用的载荷镜头，我们从若干批次镜头中随机挑选了6个镜头和数字后背交由国家测绘地理信息计量站进行检定。该计量站是我国测绘地理信息行业惟一获得国家市场监督管理总局（国家质量监督检验检疫总局）授权进行进口和国产测绘仪器型式鉴定（型式评价试验）和检测/测试的国家级质检技术机构。下图为检定结果的示例。

四、载荷参数

D-CAM2000、D-CAM3000及D-OP3000载荷参数见下表，其中D-OP3000针对V系列（V100、V200、V300）无人机平台进行了适配，用户可以使用专用转接配件，将D-OP3000挂载到V系列无人机上开展作业。

五、检定证书

国家测绘地理信息计量站是我国测绘地理信息行业惟一获得国家市场监督管理总局（国家质量监督检验检疫总局）授权进行进口和国产测绘仪器型式鉴定（型式评价试验）和检测/测试的国家级质检技术机构，拥有“国家质检总局计量检测授权”、“国家认证认可监督评审委员会计量认证”和“国家质检总局计量标准考核”等三大类国家级授权。

国家测绘地理信息计量站是集计量检定/校准、检测测试、型式评价、测绘计量科学研究及技术服务为一体的国家级综合性计量技术机构。主持或参与完成国家和行业计量标准制、修订项目30多项。主要从事包括全站仪、测距仪、经纬仪、水准仪和和GNSS接收机等传统测绘仪器，数字航摄仪、无人机航摄系统、车载移动测量系统、机载LiDAR、SAR等新型测绘仪器装备检测及软件测评等工作。

近年来，数字航摄仪产品种类繁多、性能各异，良莠不齐，为了加强数字航摄仪质量控制与管理，保证量值溯源的准确可靠，国家测绘地理信息局编制并发布了《中华人民共和国测绘地理信息计量检定规程JJG（测绘）3401-2016》，为数字航摄仪的计量检定、质量评判和市场准入提供技术支撑。该检定规程对加强数字航摄仪质量控制与管理，保证量值溯源的准确可靠，推进我国数字航摄仪产品标准的逐步构建，有序指导我国数字航摄仪产品标准化工作，提高我国数字航摄仪产品的应用和效益具有重要意义。

飞马机器人持续立足航测遥感领域深耕，不断打造产品矩阵各环节的核心竞争力与专业纵深，追求无差异化的标准量产产品。下图是飞马D2000所选配的D-CAM2000、D-OP3000实验室检定证书，我们正在推进这些航摄仪和平台后续的空对地检定过程，加强对自身产品的国家专业检定、检测。