一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法及系统，用以解决飞行器的姿态影响航拍画面的视场的问题。该方法包括：利用相机标定技术对航拍图像进行矫正；将矫正后的航拍图像映射至预设三维空间；结合飞行器平台的GPS信息计算所述矫正后的航拍图像中的测量点对应的GPS位置。本发明专利技术修正因飞行器姿态产生的画面畸变，能更准确地分析真实的地理坐标并分析像素。

【技术实现步骤摘要】
一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法及系统
本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种计算航拍图像的像素点与GPS对应的关系的方法及系统。
技术介绍
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。在无人机进行航拍的过程中，飞行器的姿态(俯仰、滚转、偏航)会极大地影响航拍画面的视场，继而影响对于画面中像素的定位为与分析。使分析和定位结果出现偏差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题目的在于提供一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法及系统，用以解决飞行器的姿态影响航拍画面的视场的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法，包括步骤：利用相机标定技术对航拍图像进行矫正；将矫正后的航拍图像映射至预设三维空间；结合飞行器平台的GPS信息计算所述矫正后的航拍图像中的测量点对应的GPS位置。进一步地，所述结合飞行器平台的GPS信息计算所述矫正后的航拍图像中的测量点对应的GPS位置的步骤具体包括：使用所述三维空间的旋转矩阵计算所述航拍图像矫正的坐标变换；通过所述旋转矩阵得出目标测量点在预设三维空间的坐标。进一步地，所述使用所述三维空间的旋转矩阵计算所述航拍图像矫正的坐标变换的步骤具体包括：设欧拉角偏航、俯仰和滚转的角度为α，β，γ；将所述预设三维空间的旋转矩阵表示为如下3×3的矩阵：其中，进一步地，还包括步骤：将所述目标测量点在预设三维空间的坐标与相机参数结合，计算任意两个目标测量点之间的距离。进一步地，所述将所述目标测量点在预设三维空间的坐标与相机参数结合，计算任意两个目标测量点之间的距离的步骤具体包括:其中，(x1，y1)和(x2，y2)是点P1和点P2在预设空间内x轴和y轴上的坐标。一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的系统，包括：矫正模块，用于利用相机标定技术对航拍图像进行矫正；映射模块，用于将矫正后的航拍图像映射至预设三维空间；计算模块，用于结合飞行器平台的GPS信息计算所述矫正后的航拍图像中的测量点对应的GPS位置。进一步地，所述计算模块具体包括：坐标变换单元，用于使用所述三维空间的旋转矩阵计算所述航拍图像矫正的坐标变换；坐标确定单元，用于通过所述旋转矩阵得出目标测量点在预设三维空间的坐标。进一步地，所述坐标变换单元具体用于：设欧拉角偏航、俯仰和滚转的角度为α，β，γ；将所述预设三维空间的旋转矩阵表示为如下3×3的矩阵：其中，进一步地，还包括：估算模块，用于将所述目标测量点在预设三维空间的坐标与相机参数结合，计算任意两个目标测量点之间的距离。进一步地，所述估算模块具体包括：其中，(x1，y1)和(x2，y2)是点P1和点P2在预设空间内x轴和y轴上的坐标。本专利技术与传统的技术相比，有如下优点：本专利技术修正因飞行器姿态产生的画面畸变，能更准确地分析真实的地理坐标并分析像素。附图说明图1是实施例一提供的一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法流程图；图2是实施例二提供的一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的系统结构图。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。实施例一本实施例提供了一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法，如图1所示，包括步骤：S11：利用相机标定技术对航拍图像进行矫正；S12：将矫正后的航拍图像映射至预设三维空间；S13：结合飞行器平台的GPS信息计算矫正后的航拍图像中的测量点对应的GPS位置；S14：将目标测量点在预设三维空间的坐标与相机参数结合，估算目标测量点的实际距离。本实施例利用相机标定技术对航拍图片进行矫正，同时，使用飞行器日志中的GPS位置信息，将矫正后的图片映射到一个标准的坐标空间(以y轴正方向为正北方)内，则可以计算出航拍画面中任意像素点所描述的地面目标所在的GPS坐标位置。本实施例中，步骤S11为利用相机标定技术对航拍图像进行矫正。具体的，在图像测量过程以及机器视觉应用中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解参数的过程就称之为相机标定(或摄像机标定)。无论是在图像测量或者机器视觉应用中，相机参数的标定都是非常关键的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性直接影响相机工作产生结果的准确性。因此，做好相机标定是做好后续工作的前提，提高标定精度是科研工作的重点所在。本实施例中，先利用相机标定技术对航拍图像进行矫正。本实施例中，步骤S12为将矫正后的航拍图像映射至预设三维空间。具体的，通过相机标定技术对航拍图像进行矫正后，再将矫正后的航拍图像映射到预设三维空间。本实施例的预设三维空间是一个标准的坐标空间，以y轴负方向为正北方。首先构建一个预设三维空间，以该空间内Y轴的负方向对应实际地理坐标中的正北方向。以真是的GPS地理位置表示空间中任意一点的坐标。然后，构建飞机位置与地面视场的关系；假设飞机的坐标p0为(x0，y0，z0)，原始画面中的任一像素pn在此空间内的投影为(xn，yn，zn)。在飞机平飞的情况下，飞机的视场与该空间内的标准成像区域重合；由此，构建了真实空间中GPS坐标与预设空间中位置的对应关系。本实施例中，步骤S13为结合飞行器平台的GPS信息计算矫正后的航拍图像中的测量点对应的GPS位置。其中，步骤S13具体包括：使用三维空间的旋转矩阵计算航拍图像矫正的坐标变换；通过旋转矩阵得出目标测量点在预设三维空间的坐标。其中，使用三维空间的旋转矩阵计算航拍图像矫正的坐标变换的具体计算步骤为：设欧拉角偏航、俯仰和滚转的角度为α，β，γ；将所述预设三维空间的旋转矩阵表示为如下3×3的矩阵：其中，旋转矩阵是在乘以一个向量的时候有改变向量的方向但不改变大小的效果并保持了手性的矩阵。旋转矩阵不包括点反演，点反演可以改变手性，也就是把右手坐标系改变成左手坐标系或反之。所有旋转加上反演形成了正交矩阵的集合。旋转可分为主动旋转与被动旋转。主动旋转是指将向量逆时针围绕旋转轴所做出的旋转。被动旋转是对坐标轴本身进行的逆时针旋转，它相当于主动旋转的逆操作。欧拉角是用来确定定点转动刚体位置的3个一组独立角参量，由章动角、旋进角(即进动角)和自转角组成。具体的，首先使用旋转矩阵计算坐标变换。三维空间的旋转矩阵可以表示成3×3的矩阵，将欧拉角转换为旋转矩阵的计算方式如前所述。本实施例中，步骤S14为将目标测量点在预设三维空间的坐标与相机参数结合，计算任意两个目标测量点之间的距离。进一步地，所述将所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法，其特征在于，包括步骤：利用相机标定技术对航拍图像进行矫正；将矫正后的航拍图像映射至预设三维空间；结合飞行器平台的GPS信息计算所述矫正后的航拍图像中的测量点对应的GPS位置。

【技术特征摘要】
1.一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法，其特征在于，包括步骤：利用相机标定技术对航拍图像进行矫正；将矫正后的航拍图像映射至预设三维空间；结合飞行器平台的GPS信息计算所述矫正后的航拍图像中的测量点对应的GPS位置。2.根据权利要求1所述的一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法，其特征在于，所述结合飞行器平台的GPS信息计算所述矫正后的航拍图像中的测量点对应的GPS位置的步骤具体包括：使用所述三维空间的旋转矩阵计算所述航拍图像矫正的坐标变换；通过所述旋转矩阵得出目标测量点在预设三维空间的坐标。3.根据权利要求2所述的一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法，其特征在于，所述使用所述三维空间的旋转矩阵计算所述航拍图像矫正的坐标变换的步骤具体包括：设欧拉角偏航、俯仰和滚转的角度为α，β，γ；将所述预设三维空间的旋转矩阵表示为如下3×3的矩阵：其中，4.根据权利要求2所述的一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述目标测量点在预设三维空间的坐标与相机参数结合，计算任意两个目标测量点之间的距离。5.根据权利要求4所述的一种计算航拍图像的像素点与GPS对应关系的方法，其特征在于，所述将所述目标测量点在预设三维空间的坐标与相机参数结合，计算任意两个目标测量点之间的距离的步骤具体包括：其中，(x1，y2)和(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，何寅，雷卓，杨飞，
申请(专利权)人：宁波诺视智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33