一种无人机影像实时全景拼接方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无人机影像实时全景拼接方法及系统，其方法包括以下步骤，相机对航摄区域进行拍摄获取每个曝光点的影像；分别从GPS和姿态仪中获取对应的GPS数据和姿态仪数据；对获取的GPS数据和姿态仪数据进行同步和实时解算，并算出相机在预设曝光时刻拍摄的影像的外方位元素；根据相机在预设曝光时刻的外方位元素将对应曝光点获取的且经过预处理的影像映射到全景图中，得到实时的影像全景图。本发明专利技术通过对影像数据、定位仪数据和GPS数据的采集、定位仪数据和GPS数据数据同步和定位仪数据和GPS数据的快速解算实时进行影像全景拼接，相对于传统航空摄影测量流程，避免了空中三角测量等比较耗时的环节，大大提高了数据处理速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机摄影测量领域，具体的涉及一种无人机影像实时全景拼接方法及系统。
技术介绍
目前，国内外有多家公司在研制数码航摄仪，成熟的产品包括微软公司的UCX，Intergraph公司的DMC，国内北京四维远见公司的SWDC等等。这些系统都是针对传统航空摄影测量应用，体积重量都非常庞大，需要大飞机承载。另外其主要问题在于其航飞过程中只获取数据，所有数据处理工作都是在地面后处理完成。对于比较大的区域，数据处理需要几周甚至几个月的时间。这样的处理效率很难满足抗震救灾、应急响应等特殊情况对数据现时性的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种无人机影像实时全景拼接方法及系统，适用于无人机遥感测量，可以实时的处理数据，提高航空遥感数据处理的效率。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种无人机影像实时全景拼接方法，包括以下步骤，S1，相机根据预设曝光点的WGS84坐标位置对航摄区域进行拍摄获取每个曝光点的影像；S2，根据每个曝光点的影像的曝光时刻分别从GPS和姿态仪中获取对应的GPS数据和姿态仪数据；S3，嵌入式计算机对获取的GPS数据和姿态仪数据进行同步和实时解算，并根据曝光时刻和姿态仪的偏心角解算出相机在预设曝光时刻拍摄的影像的外方位元素；S4，嵌入式计算机根据相机在预设曝光时刻的外方位元素将对应曝光点获取的且经过预处理的影像映射到全景图中，得到实时的影像全景图。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种无人机影像实时全景拼接方法通过对影像数据、定位仪数据和GPS数据的采集、定位仪数据和GPS数据数据同步和定位仪数据和GPS数据的快速解算实时进行影像全景拼接，相对于传统航空摄影测量流程，避免了空中三角测量等比较耗时的环节，大大提高了数据处理速度，无人机实时处理的摄影测量处理方法在无人机飞行过程中一边获取数据一边进行处理，飞机落地甚至在飞行过程中即能提交处理结果，大大提高了航空遥感数据处理的效率。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，步骤S3的具体实现步骤为，S31，首先对GPS数据和姿态仪数据进行时间同步，得到POS数据，然后将POS数据与曝光时刻进行时间同步，生成POS同步数据；S32，对POS同步数据进行联合滤波，形成相机的摄影中心的轨迹和姿态，并采用非线性内插的方法在摄影中心的轨迹和姿态中获得相机在曝光时刻的位置姿态数据；S33，将相机在曝光时刻的位置姿态数据进行偏心角和线元素偏移值的修正，获取相机在曝光时刻拍摄的影像的外方位元素。采用上述进一步方案的有益效果是：姿态仪数据和GPS数据之间的同步可以保证POS数据解算位置姿态的正确性。进一步，在步骤S33中，相机在曝光时刻的位置姿态数据是在载体坐标系下得到的，将相机在曝光时刻的位置姿态数据进行偏心角和线元素偏移值的修正是通过将载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据在地心坐标系、导航坐标系和像空间辅助坐标系之间进行多步连动旋转和平移转换，将载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据转换到像空间辅助坐标系下相机在曝光时刻的位置姿态数据。采用上述进一步方案的有益效果是：因为姿态仪和相机的摄影中心之间有一个安装时的偏心角，为了用姿态仪测得相机摄影中心的姿态，必须进行载体坐标系(b)到像空间辅助坐标系(i)的多步连动旋转，使得测量的结果更加精确。进一步，载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据转换为像空间辅助坐标系下相机在曝光时刻的位置姿态数据的旋转矩阵表示为，根据公式求解出相机在曝光时刻的外方位元素的角元素其中，(Φ,Θ,Ψ)为姿态仪和GPS组合输出的偏航角，为GPS相对于姿态仪固定的安装角度。进一步，所述GPS数据包括GPS接收时间、经纬度、高程、速度、卫星数和1pps脉冲信号，所述姿态仪数据包括姿态数据、方位角、俯仰角、横滚角和姿态仪脉冲信号。进一步，对GPS数据和姿态仪数据进行时间同步的方法为采用文件记录同步把GPS数据和姿态仪数据按采样时序共同记录到同一个文件中，将POS数据与曝光时刻进行时间同步的方法为在曝光时刻利用GPS的1pps脉冲信号触发嵌入式计算机的硬件中断，给POS数据同步提供时间基准。进一步，步骤S4是利用相机的外方位元素的角元素组成的旋转矩阵将倾斜影像变换为水平影像，然后根据外方位元素线元素平移缩放影像至全景图中正确的位置，其具体过程如下，S41，根据预先划分的航摄区域信息和全景影像图的比例尺计算出拼接图的大小；S42，根据外方位元素和经过预处理后的影像四个角点的坐标按共线条件方程解算出经过预处理后的影像在全景图像中的覆盖范围；S43，根据共线条件方程和原始影像的灰度信息得到全景图在对应范围内的每一像素的颜色值，并进行颜色插值，生成全景影像图。进一步，对影像进行预处理生成预处理后的影像，对影像进行预处理包括对原始图形进行影像特征提取、影像旋转和影像重采样处理，进行颜色插值的方法为邻域插值法。进一步，所述共线方程为x=x0+f·a1(X-XS)+b1(Y-YS)+c1(Z0-ZS)a3(X-XS)+b3(Y-YS)+c3(Z0-ZS)y=y0+f·a2(X-XS)+b2(Y-YS)+c2(Z0-ZS)a3(X-XS)+b3(Y-YS)+c3(Z0-ZS)]]>其中，a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3为三个外方位元素的角元素构成的正交矩阵的9个系数，Z0为当地平均高程，Xs、Ys、Zs为外方位元素的线元素，f、x0和y0为内方位元素。基于上上述所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，本专利技术还提供一种无人机影像实时全景拼接系统。一种无人机影像实时全景拼接系统，包括嵌入式计算机和分别与所述嵌入式计算机相连的相机、姿态仪、GPS，所述相机，其用于根据预设曝光点的WGS84坐标位置对航摄区域进行拍摄获取每个曝光点的影像；所述姿态仪，其用于根据每个曝光点的影像的曝光时刻采集姿态仪数据；所述GPS，其用于根据每个曝光点的影像的曝光时刻采集GPS数据；所述嵌入式计算机，其用于对获取的GPS数据和姿态仪数据进行同步和实时解算，并根据曝光时刻和姿态仪的偏心角解算出相机在预设曝光时刻拍摄的影像的外方位元素；还用于根据相机在预设曝光时刻的外方位元素将对应曝光点获取的且经过预处理的影像映射到全景图中，得到实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在于，包括以下步骤，S1，相机根据预设曝光点的WGS84坐标位置对航摄区域进行拍摄获取每个曝光点的影像；S2，根据每个曝光点的影像的曝光时刻分别从GPS和姿态仪中获取对应的GPS数据和姿态仪数据；S3，嵌入式计算机对获取的GPS数据和姿态仪数据进行同步和实时解算，并根据曝光时刻和姿态仪的偏心角解算出相机在预设曝光时刻拍摄的影像的外方位元素；S4，嵌入式计算机根据相机在预设曝光时刻的外方位元素将对应曝光点获取的且经过预处理的影像映射到全景图中，得到实时的影像全景图。

【技术特征摘要】
1.一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1，相机根据预设曝光点的WGS84坐标位置对航摄区域进行拍摄获取每
个曝光点的影像；
S2，根据每个曝光点的影像的曝光时刻分别从GPS和姿态仪中获取对应
的GPS数据和姿态仪数据；
S3，嵌入式计算机对获取的GPS数据和姿态仪数据进行同步和实时解算，
并根据曝光时刻和姿态仪的偏心角解算出相机在预设曝光时刻拍摄的影像
的外方位元素；
S4，嵌入式计算机根据相机在预设曝光时刻的外方位元素将对应曝光点
获取的且经过预处理的影像映射到全景图中，得到实时的影像全景图。
2.根据权利要求1所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在
于：步骤S3的具体实现步骤为，
S31，首先对GPS数据和姿态仪数据进行时间同步，得到POS数据，然
后将POS数据与曝光时刻进行时间同步，生成POS同步数据；
S32，对POS同步数据进行联合滤波，形成相机的摄影中心的轨迹和姿
态，并采用非线性内插的方法在摄影中心的轨迹和姿态中获得相机在曝光时
刻的位置姿态数据；
S33，将相机在曝光时刻的位置姿态数据进行偏心角和线元素偏移值的
修正，获取相机在曝光时刻拍摄的影像的外方位元素。
3.根据权利要求2所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在
于：在步骤S33中，相机在曝光时刻的位置姿态数据是在载体坐标系下得到
的，将相机在曝光时刻的位置姿态数据进行偏心角和线元素偏移值的修正是
通过将载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据在地心坐标系、导航

\t坐标系和像空间辅助坐标系之间进行多步连动旋转和平移转换，将载体坐标
系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据转换到像空间辅助坐标系下相机在
曝光时刻的位置姿态数据。
4.根据权利要求3所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在
于：载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据转换为像空间辅助坐标
系下相机在曝光时刻的位置姿态数据的旋转矩阵表示为，
根据公式求解出相机在曝光时刻
的外方位元素的角元素其中，(Φ,Θ,Ψ)为姿态仪和GPS组合输出的偏航角，为GPS相
对于姿态仪固定的安装角度。
5.根据权利要求2至4任一项所述的一种无人机影像实时全景拼接方
法，其特征在于：所述GPS数据包括GPS接收时间、经纬度、高程、速度、
卫星数和1pps脉冲信号，所述姿态仪数据包括姿态数据、方位角、俯仰角、
横滚角和姿态仪脉冲信号。
6.根据权利要求5所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在
于：对GPS数据和姿态仪数据进行时间同步的方法为采用文件记录同步把
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑顺义，桂力，王晓南，赵丽科，任关宝，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42