一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法及系统，方法包括根据是否需要进行三维现场重建或现场动画模拟选择相应的交通事故现场无人机低空拍摄方案，所述交通事故现场无人机低空拍摄方案包括但不限于全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案以及组合拍摄方案，所述组合拍摄方案由全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案和局部立体场景多层次环绕倾斜拍摄方案叠加而成；根据选择的无人机低空拍摄方案对无人机的拍摄参数进行选择和计算；根据选择的无人机低空拍摄方案和无人机的拍摄参数进行交通事故现场拍摄，得到交通事故现场的航拍图像序列。本发明专利技术具有机动性好、效率高、全面和精度高的优点，可广泛应用于无人机应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法及系统
本专利技术涉及无人机应用领域，尤其是一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法及系统。
技术介绍
传统的道路交通事故现场勘查方法主要是由交警通过量具测距、观察判断、人工绘图等简易方法对事故现场几何信息进行记录，实现勘测目的。这些传统方法存在效率低、精度差、无法对事故现场进行二次验证等缺陷，满足不了人们日益增长的高要求。而基于实景对交通事故现场的重现方法可以对责任判定、原因分析、保险理赔、司法鉴定提供有力的判断依据，产生更多的社会价值。因此，采用各种辅助勘查技术以形成可以重现的事故现场景象，成为道路交通事故现场勘查的发展趋势。按照获取信息的层次不同，可以将道路交通事故现场勘查分为二维勘查和三维勘查。实际应用中事故现场的交通要素不会处于同一平面上，往往无法满足二维勘查法的要求，导致二维勘查法产生较大误差；而三维勘查法能够有效减小并基本消除这种误差，减少不同交通要素因高度原因对测量结果的影响。三维勘查按照技术手段和呈现方式可以分为交通事故现场测绘技术和交通事故三维重建技术。交通事故现场测绘技术是指，基于现场实际情况，对现场交通要素的信息和状况进行勘查记录，以事故现场图方式呈现，只关注现实结果，而不推断事故原因和过程。交通事故现场测绘技术根据现场测绘相机的数量，又可分为单目相机勘测法和多目相机勘测法，但由于交通事故现场的不确定性和对相机进行实时多次标定的难度较大，交通事故现场测绘技术在测量精度上仍需要进一步改进。而交通事故现场的三维重建技术包括场景三维重构和过程动画模拟过程。传统交通事故现场的三维重建方法包括人工测量方法、三维激光扫描法和摄影测量等，还可以利用航拍飞行器从高空拍摄路面情况。传统的人工测量方法的绘图建模耗时久且效果与实际情况偏差较大，仅能用于场景的概况重现，很多细节无法展现。三维激光扫描法和摄影测量法均要求设备能够围绕事故现场环绕测量，移动效率偏低，且相应的设备比较笨重，一般要装载在测量车上，在多数现场无法实施环绕测量。现有的航空拍摄多采用直升机拍摄，存在拍摄高度高、物体特征不明显、建模效果较差等不适用于道路交通事故现场重建的缺陷。此外，目前也有采用无人机来拍摄现场的研究，但其只是进行一定高度的简单现场扫描式拍摄，只能获取现场的俯拍概貌(即现场图)，尚无法三维显示现场实景。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于：提供一种机动性好、效率高、全面和精度高的无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法。本专利技术的另一目的在于：提供一种机动性好、效率高、全面和精度高的无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集系统。本专利技术所采取的技术方案是：一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法，包括以下步骤：根据是否需要进行三维现场重建或现场动画模拟选择相应的交通事故现场无人机低空拍摄方案，所述交通事故现场无人机低空拍摄方案包括但不限于全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案以及组合拍摄方案，所述组合拍摄方案由全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案和局部立体场景多层次环绕倾斜拍摄方案叠加而成；根据选择的无人机低空拍摄方案对无人机的拍摄参数进行选择和计算；根据选择的无人机低空拍摄方案和无人机的拍摄参数进行交通事故现场拍摄，得到交通事故现场的航拍图像序列。进一步，所述根据是否需要进行三维现场重建或现场动画模拟选择相应的交通事故现场无人机低空拍摄方案这一步骤，其包括：S11、判断是否需要进行三维现场重建或现场动画模拟选择相应的交通事故，若是，则执行步骤S13，反之，则执行步骤S12；S12、选择全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案作为交通事故现场无人机低空拍摄方案；S13、选择组合拍摄方案作为交通事故现场无人机低空拍摄方案。进一步，所述根据选择的无人机低空拍摄方案对无人机的拍摄参数进行选择和计算这一步骤，其包括：S21、对全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案无人机的拍摄参数进行选择和计算；S22、判断选择的无人机低空拍摄方案是否为组合拍摄方案，若是，则执行步骤S23，反之，则执行交通事故现场拍摄操作；S23、对局部立体场景多层次环绕倾斜拍摄方案无人机的拍摄参数进行选择和计算。进一步，所述步骤S21包括：设定无人机的高度H0和拍摄间隔T0；根据无人机的高度H0、相机的视角以及航拍图像的长短边比例分别计算航拍图像的长边在地面上的投影长度和航拍图像的短边在地面上的投影长度；根据高度H0、拍摄间隔T0和航向方向上前后两幅图像重合度要求计算无人机的飞行速度V0；根据高度H0和水平间隔航线上图像重合度要求计算水平航线间隔D0；根据拍摄间隔T0、飞行速度V0和水平航线间隔D0计算待拍摄区域的拍摄时间T以及拍摄图像数量S，所述拍摄时间T的计算公式为：所述拍摄图像数量S的计算公式为：其中，a和b分别为待拍摄区域的航线边长度和水平边长度，为向上取整符号。进一步，所述步骤S23包括：设定无人机航轨迹的四个高度H1、H2、H3和H4，相应的四种环绕半径R1、R2、R3和R4，以及相应的四种飞行速度V1、V2、V3和V4；根据高度H1、H2、H3和H4以及相应的环绕半径R1、R2、R3和R4计算无人机的相机的四种拍摄角度θ1、θ2、θ3和θ4；根据高度H1、H2、H3和H4，相应的环绕半径R1、R2、R3和R4，以及相应的飞行速度V1、V2、V3和V4计算无人机的四种拍摄间隔D1、D2、D3和D4。进一步，所述根据选择的无人机低空拍摄方案和无人机的拍摄参数进行交通事故现场拍摄，得到交通事故现场的航拍图像序列这一步骤，其包括：S31、根据全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案和无人机的拍摄参数进行交通事故现场拍摄，得到俯视视角的水平间隔拍摄照片组，所述全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案中无人机的航拍轨迹呈固定高度“弓”字形水平间隔巡回进行拍摄，无人机中相机的角度垂直向下，无人机的行进速度保持匀速；S32、判断选择的无人机低空拍摄方案是否为组合拍摄方案，若是，则执行步骤S33，反之，则结束采集流程并以俯视视角的水平间隔拍摄照片组作为交通事故现场的航拍图像序列；S33、根据局部立体场景多层次环绕倾斜拍摄方案和无人机的拍摄参数进行交通事故现场拍摄，得到不同高度不同半径的照片组，并将俯视视角的水平间隔拍摄照片组和不同高度不同半径的照片组叠加为交通事故现场的航拍图像序列，所述局部立体场景多层次环绕倾斜拍摄方案先操作无人机飞到目标物上方，然后以目标物在取景中心为拍摄原则，按照四个高度H1、H2、H3和H4以及四种环绕半径R1、R2、R3和R4，以从高到低和从里向外的顺序环绕目标物倾斜拍摄，得到4个高度4个半径的4组照片。本专利技术所采取的另一技术方案是：一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集系统，包括：拍摄方案选择模块，用于根据是否需要进行三维现场重建或现场动画模拟选择相应的交通事故现场无人机低空拍摄方案，所述交通事故现场无人机低空拍摄方案包括但不限于全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案以及组合拍摄方案，所述组合拍摄方案由全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案和局部立体场景多层次环绕倾斜拍摄方案叠加而成；参数标定模块，用于根据选择的无人机低空拍摄方案对无人机的拍摄参数进行选择和计算；现场拍摄模块，用于根据选择的无人机低空拍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法，其特征在于：包括以下步骤：根据是否需要进行三维现场重建或现场动画模拟选择相应的交通事故现场无人机低空拍摄方案，所述交通事故现场无人机低空拍摄方案包括但不限于全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案以及组合拍摄方案，所述组合拍摄方案由全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案和局部立体场景多层次环绕倾斜拍摄方案叠加而成；根据选择的无人机低空拍摄方案对无人机的拍摄参数进行选择和计算；根据选择的无人机低空拍摄方案和无人机的拍摄参数进行交通事故现场拍摄，得到交通事故现场的航拍图像序列。

【技术特征摘要】
1.一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法，其特征在于：包括以下步骤：根据是否需要进行三维现场重建或现场动画模拟选择相应的交通事故现场无人机低空拍摄方案，所述交通事故现场无人机低空拍摄方案包括但不限于全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案以及组合拍摄方案，所述组合拍摄方案由全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案和局部立体场景多层次环绕倾斜拍摄方案叠加而成；根据选择的无人机低空拍摄方案对无人机的拍摄参数进行选择和计算；根据选择的无人机低空拍摄方案和无人机的拍摄参数进行交通事故现场拍摄，得到交通事故现场的航拍图像序列。2.根据权利要求1所述的一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法，其特征在于：所述根据是否需要进行三维现场重建或现场动画模拟选择相应的交通事故现场无人机低空拍摄方案这一步骤，其包括：S11、判断是否需要进行三维现场重建或现场动画模拟选择相应的交通事故，若是，则执行步骤S13，反之，则执行步骤S12；S12、选择全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案作为交通事故现场无人机低空拍摄方案；S13、选择组合拍摄方案作为交通事故现场无人机低空拍摄方案。3.根据权利要求1所述的一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法，其特征在于：所述根据选择的无人机低空拍摄方案对无人机的拍摄参数进行选择和计算这一步骤，其包括：S21、对全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案无人机的拍摄参数进行选择和计算；S22、判断选择的无人机低空拍摄方案是否为组合拍摄方案，若是，则执行步骤S23，反之，则执行交通事故现场拍摄操作；S23、对局部立体场景多层次环绕倾斜拍摄方案无人机的拍摄参数进行选择和计算。4.根据权利要求3所述的一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法，其特征在于：所述步骤S21包括：设定无人机的高度H0和拍摄间隔T0；根据无人机的高度H0、相机的视角以及航拍图像的长短边比例分别计算航拍图像的长边在地面上的投影长度和航拍图像的短边在地面上的投影长度；根据高度H0、拍摄间隔T0和航向方向上前后两幅图像重合度要求计算无人机的飞行速度V0；根据高度H0和水平间隔航线上图像重合度要求计算水平航线间隔D0；根据拍摄间隔T0、飞行速度V0和水平航线间隔D0计算待拍摄区域的拍摄时间T以及拍摄图像数量S，所述拍摄时间T的计算公式为：所述拍摄图像数量S的计算公式为：其中，a和b分别为待拍摄区域的航线边长度和水平边长度，为向上取整符号。5.根据权利要求3或4所述的一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法，其特征在于：所述步骤S23包括：设定无人机航轨迹的四个高度H1、H2、H3和H4，相应的四种环绕半径R1、R2、R3和R4，以及相应的四种飞行速度V1、V2、V3和V4；根据高度H1、H2、H3和H4以及相应的环绕半径R1、R2、R3和R4计算无人机的相机的四种拍摄角度θ1、θ2、θ3和θ4；根据高度H1、H2、H3和H4，相应的环绕半径R1、R2、R3和R4，以及相应的飞行速度V1、V2、V3和V4计算无人机的四种拍摄间隔D1、D2、D3和D4。6.根据权利要求5所述的一种无人机勘查交通事故现场的航拍图像采集方法，其特征在于：所述根据选择的无人机低空拍摄方案和无人机的拍摄参数进行交通事故现场拍摄，得到交通事故现场的航拍图像序列这一步骤，其包括：S31、根据全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案和无人机的拍摄参数进行交通事故现场拍摄，得到俯视视角的水平间隔拍摄照片组，所述全局范围“弓”字形巡回垂直俯拍方案中无人机的航拍轨迹呈固定高度“弓”字形水平间隔巡回进行拍摄，无人机中相机的角度垂直向下，无人机的行进速度保持匀速；S32、判断选择的无人机低空拍摄方案是否为组合拍摄方案，若是，则执行步骤S33，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李熙莹，陈思嘉，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44