基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法，包括如下步骤：建立无人机机载视觉探测系统和地面双目视觉系统，其中，无人机机载视觉探测系统包括机载相机，地面双目视觉系统包括多架作为定位点的双目相机；对双目相机进行共面线校准；无人机启动巡航飞行，开启无人机机载视觉探测系统，通过无人机机载相机拍摄双目相机；开启地面双目视觉系统，双目相机耦合定位；利用双目相机对飞行中的无人机进行联合追踪，并进行几何校准以修正无人机的飞行位置；机载视觉探测系统获得被测区域的图像，并将图像回传给地面控制中心；以及地面控制中心将机载视觉探测系统回传的图像进行算法处理，从而获得被测区域的地面变形监测结果。

【技术实现步骤摘要】
基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法
本专利技术是关于非接触工程监测与摄影测量
，特别是关于一种基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法。
技术介绍
随着通信技术的发展，单一的通信手段已经不能满足用户的需求。然而，传统的测量设备及安装方式不仅成本高，且难以满足大区域内的地面变形、山体滑坡及已有大型建筑体的变形测量需求。另外，考虑到机载雷达成本、区域内面扫控制难度、飞行定位精度及成像精度，采用雷达探测技术并不是最有选择。随着非接触测量与摄影测量技术的发展以及视觉成像处理算法的飞速提升，需要寻找在低成本监测投入前提下，寻求对大区域范围的内目标物体进行状态追踪与变化分析的解决方案。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法，其通过耦合定位的方式减少了机载视觉探测系统的测量误差。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法，包括如下步骤：建立无人机机载视觉探测系统和地面双目视觉系统，其中，无人机机载视觉探测系统包括机载相机，地面双目视觉系统包括多架作为定位点的双目相机；对双目相机进行共面线校准；无人机启动巡航飞行，开启无人机机载视觉探测系统，通过无人机机载相机拍摄双目相机；开启地面双目视觉系统，双目相机耦合定位；利用双目相机对飞行中的无人机进行联合追踪，并进行几何校准以修正无人机的飞行位置；机载视觉探测系统获得被测区域的图像，并将图像回传给地面控制中心；以及地面控制中心将机载视觉探测系统回传的图像进行算法处理，从而获得被测区域的地面变形监测结果。在本专利技术的一实施方式中，地面双目视觉系统包括三架作为定位点的双目相机，三架双目相机位于地面不同的位置，其相对海拔高度和相对位置通过三架双目相机构成的视觉测量链进行解耦计算，并通过相互定位及地面相机的立体校正反馈出地面基准的空间信息。在本专利技术的一实施方式中，每架双目相机由两个内参相同的摄像机平行安装，以拍摄空中处于飞行的、且飞行位置与高度发生变化的无人机。在本专利技术的一实施方式中，三架双目相机为三角形布局，双目相机的相互距离及其形成的三角形布局是通过测量机器人实现的，通过测量双目相机的相互距离形成无人机飞行测量的地面标志及尺寸。在本专利技术的一实施方式中，无人机机载视觉探测系统还包括GPS定位系统、飞行控制系统、飞行执行系统和视觉监测云台。在本专利技术的一实施方式中，无人机巡航飞行前无需设置飞行轨迹，机载相机加载于视觉监测云台，在机载相机视野范围内拍摄到双目相机则表示已到达或者接近待测区域。在本专利技术的一实施方式中，机载相机为变焦相机，其能够根据地面标志物体的距离自动进行调整以获取清晰的图像数据，飞行控制系统的数据反馈于地面控制中心，数据包括飞行速度、飞行高度、飞行姿态及相机倾角。在本专利技术的一实施方式中，GPS定位系统获得的GPS定位数据与飞行控制系统及视觉图像采集系统耦合，使得机载相机的拍摄角度及焦距与地面双目视觉系统联动与调整，以实现无人机机载视觉探测系统面对大区域测量拍摄时的镜头几何失真问题的校正，根据机载相机拍摄地面所处的角度不同而引起的分辨率变化进行校正标定，并作为计算地面变形的输入参量。在本专利技术的一实施方式中，地面控制中心将机载视觉探测系统回传的图像进行算法处理包括如下步骤：对机载视觉探测系统回传的图像进行特征点提取、特征点匹配、筛选好的匹配点、透视变换、图像匹配、图像拼接与融合、消除裂缝与边界，最终在被拼接的图像中选择待测区域，并分析其随时间的变化。与现有技术相比，根据本专利技术的基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法具有如下优点：本专利技术通过无人机机载视觉探测系统与地面双目视觉系统联动，机载视觉系统获得可视范围内被测区域的图像并回传给地面控制系统，地面三架双目探测系统用来协同测量以定位机载视觉探测系统，提高飞控可视系统的测量精度。本专利技术的方法能够通过耦合定位的方式减少机载视觉探测系统的测量误差，同时也适合于可视区域内的大型物体的位置和速度测量，可在低空区域替代机载雷达的大区域探测方式，在测量精度和设备成本上成为更好的选择。附图说明图1是根据本专利技术一实施方式的无人机机载视觉探测系统与地面双目视觉系统空间布置示意图；图2是根据本专利技术一实施方式的基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法流程图；图3是根据本专利技术一实施方式的基于地空耦合大区域变形摄影测量方法的原理框图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。如图1所示，本专利技术的基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法利用无人机101、无人机机载视觉探测系统、地面双目视觉系统102以及地面控制中心构成的监测系统，本专利技术提供的无人机机载视觉探测系统、地面双目探测系统及地面控制中心的算法处理可统一整合至一个系统，也可分别处理，且机载图像系统与地面双目视觉系统联动，通过地面视觉系统定位误差修正算法、机载图像拼接与误差消除算法降低系统测量误差。本专利技术涉及的所有相机在作为本监测系统的“光学传感器”之前都经过校准。如图2所示，根据本专利技术优选实施方式的基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法，包括如下步骤：步骤201：建立无人机机载视觉探测系统和地面双目视觉系统，其中，无人机机载视觉探测系统包括机载相机，地面双目视觉系统包括多架作为定位点的双目相机；步骤202：对所有双目相机进行共面线校准；步骤203：无人机启动巡航飞行，开启无人机机载视觉探测系统，通过无人机机载相机拍摄双目相机；步骤204：开启地面双目视觉系统，双目相机耦合定位；步骤205：利用双目相机对飞行中的无人机进行联合追踪，并进行几何校准以修正无人机的飞行位置；步骤206：机载视觉探测系统获得被测区域的图像，并将图像回传给地面控制中心；以及步骤207：地面控制中心将机载视觉探测系统回传的图像进行算法处理，从而获得被测区域的地面变形监测结果。在本专利技术的一实施方式中，如图1所示，地面双目视觉系统102包括三架作为定位点的双目相机，三架双目相机位于地面不同的位置，每架双目相机由两个内参相同的摄像机平行安装，以拍摄空中处于飞行的、且飞行位置与高度发生变化的无人机101。在本专利技术的一实施方式中，如图1-3所示，地面三架双目相机为三角形布局，双目相机的相互距离及其形成的三角形布局是通过测量机器人实现的，通过测量双目相机的相互距离形成无人机飞行测量的地面标志及尺寸。并且通过双目相机在机载相机中所占的像素点的位置及布局面积反算焦距及单个像素点所对应的范围。以地面三架双目相机作为标定点进行航拍的益处在于，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/n建立无人机机载视觉探测系统和地面双目视觉系统，其中，所述无人机机载视觉探测系统包括机载相机，所述地面双目视觉系统包括多架作为定位点的双目相机；/n对所述双目相机进行共面线校准；/n无人机启动巡航飞行，开启所述无人机机载视觉探测系统，通过所述无人机机载相机拍摄所述双目相机；/n开启所述地面双目视觉系统，所述双目相机耦合定位；/n利用所述双目相机对飞行中的所述无人机进行联合追踪，并进行几何校准以修正所述无人机的飞行位置；/n机载视觉探测系统获得被测区域的图像，并将所述图像回传给地面控制中心；以及/n所述地面控制中心将所述机载视觉探测系统回传的图像进行算法处理，从而获得被测区域的地面变形监测结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立无人机机载视觉探测系统和地面双目视觉系统，其中，所述无人机机载视觉探测系统包括机载相机，所述地面双目视觉系统包括多架作为定位点的双目相机；
对所述双目相机进行共面线校准；
无人机启动巡航飞行，开启所述无人机机载视觉探测系统，通过所述无人机机载相机拍摄所述双目相机；
开启所述地面双目视觉系统，所述双目相机耦合定位；
利用所述双目相机对飞行中的所述无人机进行联合追踪，并进行几何校准以修正所述无人机的飞行位置；
机载视觉探测系统获得被测区域的图像，并将所述图像回传给地面控制中心；以及
所述地面控制中心将所述机载视觉探测系统回传的图像进行算法处理，从而获得被测区域的地面变形监测结果。


2.如权利要求1所述的基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法，其特征在于，所述地面双目视觉系统包括三架作为定位点的双目相机，三架所述双目相机位于地面不同的位置，其相对海拔高度和相对位置通过三架所述双目相机构成的视觉测量链进行解耦计算，并通过相互定位及地面相机的立体校正反馈出地面基准的空间信息。


3.如权利要求2所述的基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法，其特征在于，每架所述双目相机由两个内参相同的摄像机平行安装，以拍摄空中处于飞行的、且飞行位置与高度发生变化的所述无人机。


4.如权利要求3所述的基于地空耦合的大区域变形摄影测量方法，其特征在于，三架所述双目相机为三角形布局，所述双目相机的相互距离及其形成的三角形布局是通过测量机器人实现的，通过测量双目相机的相互距离形成所述无人机飞行测量的地面标志及尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：智少丹，韦永斌，
申请(专利权)人：中国建筑股份有限公司，中建工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11