一种无人机影像像控分布网构建与航片可选范围匹配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种无人机影像像控分布网构建与航片可选范围匹配方法，属于遥感影像处理技术领域。该方法通过处理POS数据恢复出航带模型，在简单的参数输入情况下，自动计算出网型参数；在POS数据的辅助下自动构建像控分布网；然后在POS数据的辅助下，由像控分布网自动匹配生成标定有像控可选范围的航片图。本发明专利技术提出的POS数据辅助下的无人机影像像控分布网构建与航片可选范围匹配的方法，通过简单的参数指定，便能够构建出通用性强、分布均匀的像控分布网，并快速匹配出位置较准确、范围适中的标定有像控可选范围的航片图。该方法具有参数设定简单、构建像控分布网网型规范、匹配效率高等特点。

Method for constructing image control distribution network of unmanned aerial vehicle and optional range matching method of aerial photograph

The invention relates to a method for constructing an image control distribution network of an unmanned aerial vehicle and an optional range matching method for aerial films, belonging to the remote sensing image processing technical field. By means of the method of processing POS data recovery with sea model, in the case of simple input parameters, automatically calculate the network parameters; automatic control in distribution network construction as the auxiliary POS data; and then in the auxiliary POS data, like the distribution network by the automatic matching calibration aerial image generation control range the. POS data provided by the invention of the UAV image control, construction method and aerial range distribution network, through a simple parameter, we can construct a universal, uniform distribution of the image control and distribution network, fast matching separates is accurate, Fan Weishi calibration are aerial map like the optional range. The method has the advantages of simple parameter setting, construction of image control network, network type specification and high matching efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种无人机影像像控分布网构建与航片可选范围匹配方法
本专利技术涉及遥感影像处理
，特别涉及一种POS数据辅助下的无人机影像像控分布网构建与航片可选范围匹配方法。
技术介绍
无人机航摄技术是继传统的航空摄影之后出现的一种新的数字测绘航空摄影技术，相对于传统航空摄影测量，无人机航摄具有起降灵活、受天气影响小、成本低的特点。目前，运用低空数码遥感影像技术生产的正射影像图(DOM)、数字线划图(DLG)，可满足1∶5000、1∶2000和1∶1000等比例尺的精度要求。POS系统，又称为IMU/DGPS系统，可以在传感器成像过程中实时测量其位置和姿态，获取影像的外方位元素。但是无人机机身较轻，飞行姿态不够稳定，这导致其POS数据不够精确，故使用无人机航摄生产DOM、DLG产品时需要大量的像片控制点(以下将“像片控制点”简称“像控”)来提升其空三加密精度。根据成图精度的不同，像控需要按照规范的网型布置在相应的航片之间——均匀而稳健的像控网型是保证空三加密的精度的必要条件。由于内业数据处理人员无法得知实地情况，故多只圈定像控测量的大致范围，即通过在航片中圈定范围，以示像控测量人员需在此范围内选定合适的特征点并测量此点的地面坐标。但是无人机航摄所获原始航片并不带有地理坐标，且航片像幅较小，单张航片地面覆盖范围有限，外业像控测量人员难以仅凭原始航片找到标定位置。因此当前作业方式除了提供标定有测量范围的原始航片之外，还应提供像控分布图。像控测量人员在谷歌地球上打开像控分布图，了解像控的分布情况并作行程规划；行至航片标定位置后，在其指定范围内选择目标清晰、大小适中的特征位置进行坐标测量工作。当前像控分布图的制作及确定像控在航片上可选范围采取目视判读的方式完成，即作业员根据设计网型在谷歌地球上构建像控分布网，保存为像控分布图；然后通过目视判读的方式，在原始航片中找出其匹配位置，并加以标定，生成“像控可选范围”航片图。这种作业方式存在着像控网型不够规范、匹配困难、效率低下等问题，故亟待采取一种新的作业方式以实现快速、规范的像控分布网构建与航片可选范围匹配。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种无人机影像像控分布网构建与航片可选范围匹配方法，该方法采取POS数据作为辅助信息，实现了无人机影像像控分布网的自动构建与航片可选范围的自动匹配。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种无人机影像像控分布网构建与航片可选范围匹配方法，包括如下步骤：步骤(1)：POS数据处理及航带恢复：根据设定的地理参考及投影方式将POS数据的平面位置坐标投影到投影坐标系下；之后，由第一个POS点开始，依次计算每个POS点指向其相邻POS点的向量坐标，并计算相邻POS点向量之间的夹角；根据设定的航线弯曲度限值将同属一条航带的POS点归组后，由n个POS点共恢复生成m条航带；其中恢复生成航带的具体方法为：以第一个POS点作为第一条航带的首端点，并从第一个夹角开始，依次比较每个夹角θi和航线弯曲度限值Δθ，其中i＝2，3，…，n-1，如θi＜Δθ，则认为第i个POS点属于该条航带，反之，则断开此航带，生成新航带，并将第i-1个POS点作为该条航带的末端点，第i个POS点作为新航带的起始点；比较完所有夹角后，将最后一个POS点作为最后一条航带的末端点；步骤(2)：在POS数据辅助下构建像控分布网：(2.1)计算航带间距：每条航带以其首尾端点的连线为该航带所在的线段，以其线段所在的方向角作为该航带的方向角；设第j条线段的方向角为αj，其中j＝1，2，3，…，m，则相邻航带之间的方向角之差的绝对值为|αj-αj+1|，若|αj-αj+1|＜Δα，Δα是为自定义的近似平行阈值，则判定两条航带近似平行，反之，则判定两条航带不近似平行；从第一条航带起，根据航带间的平行性计算相邻两条航带的间距，设第j条航带和j+1条航带的间距为dj，dj计算方法为：当j和j+1条航带近似平行时，设第j条航带首尾端点到第j+1条航线的垂直距离分别L1和L2，则当j和j+1条航带不近似平行时，设像幅高为h，平均地面分辨率为r，则dj＝0.7×h×r；(2.2)计算航飞的总面积：以航带首尾端点之间的间距为该航带的长度，设第j条航带的长度为d′j，m条航带间共有m-1个间距值，则航飞面积(2.3)计算相邻像控航向基线间隔：设像控密度ρ、像控旁向航线间隔数b1，则相邻像控的航向基线间隔(2.4)计算应放置像控的航带：从第一条航带开始，在第j和j+1条航带之间放置像控，j满足：j＝1+t×b1，其中，t＝0，1，2，...，(2.5)在航带间放置像控：首先确定每相邻两个航带间首个像控起始位置，即第j和j+1条航带间首个像控起始位置，之后沿第j航带向量方向，每间隔b2距离的间隔放置一个像控，直至像控在j航带上的投影点超过尾端点前停止；按照该方法在(2.4)中计算所得的所有航带之间放置像控，即可构建出像控分布网；步骤(3)：将步骤(2.5)中放置的像控P的地面坐标(X′P，Y′P)，自动匹配到像控P在影像上对应的像点坐标(X″P，Y″P)，并在影像上标定位置，生成像控可选范围航片图；其具体步骤如下：(3.1)从像控P所在的第j和j+1条航带中的航片中挑选出离像控P最近的像片；遍历两条航带中nj张像片的POS平面坐标(Xi，Yi)，其中nj为第j和j+1条航带像片总和，计算每张像片对应POS点和像控P的平面距离dP：从中挑选出使dP值最小的POS点对应的像片，作为要进行匹配的像片；(3.2)根据匹配像片的POS数据及像控的地面坐标(X′P,Y′P，Z′P)，其中Z′P取估计的测区平均高程值，采用摄影测量共线方程，计算出像控P对应的像点坐标(X″P,Y″P)；其中a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3是像空间辅助坐标系和地面摄影测量坐标系之间旋转矩阵的参数，f为相机焦距，旋转矩阵参数和像片的姿态角ωi，κi之间的关系为：b1＝sinκicosωi；b2＝cosκicosωi；b3＝-sinωi；(3.3)判断像点坐标是否在规定范围内：设像片的像幅宽和高分别为w和h，像元大小为μ；则像点坐标(X″P,Y″P)应在以下范围内：如果不在范围内，则剔除该张像片，两条航带像片总数减1，并回到第(3.1)步；如在范围内，则继续第(3.4)步；(3.4)标定像控可选范围：以匹配的像点坐标像点坐标(X″P,Y″P)为圆心，以自定义的半径R画圆，所获得的范围即为该像控可选测量范围，该可选测量范围即为该像控对应的航片标定位置；在原始航片上标定了该像控可选测量范围后，即可得到标定有像控可选范围的航片图；其中R需满足：R<0.35×h，且R<0.35×w。进一步，优选的是，步骤(1)具体为：POS数据记录了航片的6个外方位元素，分别为位置坐标(X,Y,Z)及旋转角其中平面位置坐标(X,Y)为经纬度形式的大地坐标；具体步骤如下：(1.1)根据设定的地理参考及投影方式将POS数据的位置坐标投影到投影坐标系下；(1.2)由第一个POS点开始，依次计算每个POS点指向其相邻POS点的向量坐标；设第i个点的平面位置为(Xi,Yi),其中,i＝1,2，3，…，n；，该点形成的向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机影像像控分布网构建与航片可选范围匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：POS数据处理及航带恢复：根据设定的地理参考及投影方式将POS数据的平面位置坐标投影到投影坐标系下；之后，由第一个POS点开始，依次计算每个POS点指向其相邻POS点的向量坐标，并计算相邻POS点向量之间的夹角；根据设定的航线弯曲度限值将同属一条航带的POS点归组后，由n个POS点共恢复生成m条航带；其中恢复生成航带的具体方法为：以第一个POS点作为第一条航带的首端点，并从第一个夹角开始，依次比较每个夹角θ

【技术特征摘要】
1.一种无人机影像像控分布网构建与航片可选范围匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：POS数据处理及航带恢复：根据设定的地理参考及投影方式将POS数据的平面位置坐标投影到投影坐标系下；之后，由第一个POS点开始，依次计算每个POS点指向其相邻POS点的向量坐标，并计算相邻POS点向量之间的夹角；根据设定的航线弯曲度限值将同属一条航带的POS点归组后，由n个POS点共恢复生成m条航带；其中恢复生成航带的具体方法为：以第一个POS点作为第一条航带的首端点，并从第一个夹角开始，依次比较每个夹角θi和航线弯曲度限值Δθ，其中i＝2，3，…，n-1，如θi＜Δθ，则认为第i个POS点属于该条航带，反之，则断开此航带，生成新航带，并将第i-1个POS点作为该条航带的末端点，第i个POS点作为新航带的起始点；比较完所有夹角后，将最后一个POS点作为最后一条航带的末端点；步骤(2)：在POS数据辅助下构建像控分布网：(2.1)计算航带间距：每条航带以其首尾端点的连线为该航带所在的线段，以其线段所在的方向角作为该航带的方向角；设第j条线段的方向角为αj，其中j＝1，2，3，…，m，则相邻航带之间的方向角之差的绝对值为|αj-αj+1|，若|αj-αj+1|＜Δα，Δα是为自定义的近似平行阈值，则判定两条航带近似平行，反之，则判定两条航带不近似平行；从第一条航带起，根据航带间的平行性计算相邻两条航带的间距，设第j条航带和j+1条航带的间距为dj，dj计算方法为：当j和j+1条航带近似平行时，设第j条航带首尾端点到第j+1条航线的垂直距离分别L1和L2，则当j和j+1条航带不近似平行时，设像幅高为h，平均地面分辨率为r，则dj＝0.7×h×r；(2.2)计算航飞的总面积：以航带首尾端点之间的间距为该航带的长度，设第j条航带的长度为d′j，m条航带间共有m-1个间距值，则航飞面积(2.3)计算相邻像控航向基线间隔：设像控密度ρ、像控旁向航线间隔数b1，则相邻像控的航向基线间隔(2.4)计算应放置像控的航带：从第一条航带开始，在第j和j+1条航带之间放置像控，j满足：j＝1+t×b1，其中，(2.5)在航带间放置像控：首先确定每相邻两个航带间首个像控起始位置，即第j和j+1条航带间首个像控起始位置，之后沿第j航带向量方向，每间隔b2距离的间隔放置一个像控，直至像控在j航带上的投影点超过尾端点前停止；按照该方法在(2.4)中计算所得的所有航带之间放置像控，即可构建出像控分布网；步骤(3)：将步骤(2.5)中放置的像控P的地面坐标(X′P，Y′P)，自动匹配到像控P在影像上对应的像点坐标(X″P，Y″P)，并在影像上标定位置，生成像控可选范围航片图；其具体步骤如下：(3.1)从像控P所在的第j和j+1条航带中的航片中挑选出离像控P最近的像片；遍历两条航带中nj张像片的POS平面坐标(Xi，Yi)，其中nj为第j和j+1条航带像片总和，计算每张像片对应POS点和像控P的平面距离dP：从中挑选出使dP值最小的POS点对应的像片，作为要进行匹配的像片；(3.2)根据匹配像片的POS数据及像控的地面坐标(X′P，Y′P，Z′P)，其中Z′P取估计的测区平均高程值，采用摄影测量共线方程，计算出像控P对应的像点坐标(X‘’P，Y‘’P)；其中a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3是像空间辅助坐标系和地面摄影测量坐标系之间旋转矩阵的参数，f为相机焦距，旋转矩阵参数和像片的姿态角ωi，κi之间的关系为：b1＝sinκicosωi；b2＝cosκicosωi；b3＝-sinωi；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴弦骏，闻平，王媛，吴小东，李磊，陈科，吴杰，桂林，王辉，杨文，
申请(专利权)人：中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：云南,53