一种机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法技术

本发明专利技术公开了一种机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，包括：S1，GNSS接收板卡的计时系统接收卫星信号并按UTC时间系统进行计时，然后将GNSS接收板卡与IMU、激光扫描仪和数码相机进行时间同步控制；S2，在完成时间同步控制后，通过以下子步骤实现数码影像外方位元素列表自动创建：S21，对数码相机拍摄的数码影像进行有效数码影像自动检测；S22，对检测后的数码影像进行影像重命名；S23，对重命名后的数码影像，根据数码相机与IMU的安装位置关系，以及记录在POS数据中数码影像的曝光时间、位置和姿态数据，自动创建数码影像外方位元素列表。本发明专利技术实现了时间精确同步，并基于此实现了数码影像外方位元素列表的自动创建。

【技术实现步骤摘要】
一种机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法
本专利技术涉及遥感测绘
及光电探测系统控制领域，尤其是一种机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法。
技术介绍
机载激光雷达系统是由数码相机、激光扫描仪、POS系统(定位定姿系统，由IMU和GNSS组成)、嵌入式计算机组成的航空主动遥感测绘系统，近年来由于无人机技术的发展，无人机载激光雷达(多旋翼无人机、固定翼无人机、垂直起降固定翼无人机)已在测绘、应急、公路/铁路勘测设计及巡检、输变电线路勘测及巡检、水利等各行业大面积推广应用。机载激光雷达测量定位的基本原理是通过激光扫描仪主动向目标发射高频率的激光脉冲并接收反射回波信号，同时记录时间，通过发射激光与接收到反射激光之间的时间差计算出激光扫描仪到目标的距离，结合POS系统获取发射激光脉冲起始点的三维坐标及姿态角，从而可计算激光反射端即地物目标的三维坐标；通过POS系统获取飞行平台的位置及姿态数据，数码相机按一定时间间隔拍摄序列数码照片，通过同步控制可得到序列照片的六个外方位元素，在此基础上通过一系列数据处理可得到数字正射影像图。数码相机与激光扫描仪的位置和姿态信息均取自于POS系统，而数码相机的曝光时间间隔一般为秒的整数倍。各传感器的时间基准及时间精度不同，激光扫描仪与数码相机采用的是UTC时间系统，POS系统一般采用GPS时间系统，而GPS时间与UTC之间的差将为秒的整数倍，具体相差多少秒由时间服务部门定期公布。机载激光雷达系统要获得精确的位置信息，前提必须做好系统各传感器之间时间的精准同步控制。机载激光雷达系统中高密度的激光点云数据和高清晰度的数码影像数据的位置和姿态信息均取自于POS系统，在后续应用中需将处理后的数码影像与点云数据精确配准，这就需要通过准确的数码影像标识和GPS曝光触发时间列表才能进行两者空间位置的精确匹配，因此自动获得数码影像外方位元素列表是机载激光雷达系统生产的数字正射影像图与激光点云数据匹配的关键过程。无人机载激光雷达系统在执行航飞任务时往往需要多个架次航飞，不同次航飞任务的数码影像起始名称相同，且应用这些数码影像进行后续正射影像处理时，往往经过复杂计算才能得到影像的外方位元素。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法。本专利技术采用的技术方案如下：一种机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，包括：S1，GNSS接收板卡的计时系统接收卫星信号并按UTC时间系统进行计时，然后将GNSS接收板卡与IMU、激光扫描仪和数码相机进行时间同步控制；S2，在完成时间同步控制后，通过以下子步骤实现数码影像外方位元素列表自动创建：S21，对数码相机拍摄的数码影像进行有效数码影像自动检测；S22，对检测后的数码影像进行影像重命名；S23，对重命名后的数码影像，根据数码相机与IMU的安装位置关系，以及记录在POS数据中数码影像的曝光时间、位置和姿态数据，自动创建数码影像外方位元素列表。一个实施例中，S1中GNSS接收板卡与IMU和激光扫描仪的时间同步控制包括如下子步骤：S101，GNSS接收板卡接收系统控制组件的同步控制指令；S102，GNSS接收板卡向IMU和激光扫描仪发送UTC初始时间，并在IMU和激光扫描仪中标记UTC粗时间的时间戳；S103，IMU和激光扫描仪中的UTC细时间计数器以此UTC粗时间的时间戳为起始点进行计数；S104，GNSS接收板卡持续每秒同步向IMU和激光扫描仪发送pps脉冲信号，IMU和激光扫描仪收到该pps脉冲信号后，UTC细时间计数器置零并重新计数。作为优选，所述UTC粗时间为年月日时分秒时间，并且其时间精度为毫秒。作为优选，所述UTC细时间计数器是以1μs为周期进行时钟累加计数。作为优选，IMU和激光扫描仪收到该pps脉冲信号后，UTC细时间计数器是在遇到pps脉冲信号上升沿时置零并重新计数。一个实施例中，S1中GNSS接收板卡与数码相机的时间同步控制包括如下子步骤：S111，数码相机接收系统控制组件的同步控制指令；S112，数码相机在曝光瞬间向GNSS接收板卡发送曝光TTL信号，并同步在GNSS接收板卡上标记UTC时间戳。一个实施例中，S21中对数码相机拍摄的数码影像进行有效数码影像自动检测的方法为：S211，预先设定数码影像的文件大小阈值；S212，从数码相机拍摄的数码影像中提取数码影像的文件大小；S213，剔除数码相机拍摄的数码影像中文件大小不符合所述文件大小阈值的数码影像。一个实施例中，S22中对检测后的数码影像进行影像重命名的方法为：S221，从数码相机拍摄的数码影像中提取数码影像的拍摄时间；S222，把拍摄时间转换为日期_天秒格式；S223，把所有数码影像按日期_天秒格式或者项目名称_日期_天秒格式进行重命名。一个实施例中，S23包括如下子步骤：S231，创建包含每一列分别对应影像文件名称、位置和姿态、状态的列表L_t_n_s_v，其中每一行按照重命名后的影像文件名称排序；S232，获取列表L_t_n_s_v中第一张数码影像的影像文件名称，并从中解析出拍摄时间Tp1；S233，从POS数据中提取包括影像曝光是时间、位置和姿态数据的事件列表文件L_e，取事件列表文件L_e中第一张数码影像的曝光时间Tb1，计算第一张数码影像的拍摄时间与曝光时间的时间差Ts＝Tb1-Tp1；并任意读取事件列表文件L_e中相邻两行数据，通过比较两行数据中的曝光时间差为并就近取整，得到触发数码相机拍摄的时间间隔Td；S234，在列表L_t_n_s_v中，从第一张数码影像开始，假定第n张数码影像的拍摄时间为Tpn，则第n张数码影像的非精准曝光时间Tbcjn＝Tpn+Ts，并以此非精准曝光时间按照S22的方法进行影像重命名；S235，从POS数据中的事件列表文件L_e中，逐条获取第n张数码影像的曝光时间Tbzn；S236，设定判断阈值(-Td/2+0.1,Td/2-0.1)，逐条对比曝光时间Tbzn和非精准曝光时间Tbcjn之间的差值是否在(-Td/2+0.1,Td/2-0.1)范围内：若是，则表示匹配成功，并将列表L_t_n_s_v中对应的状态置为“T”，然后执行S237；若不是，则表示匹配失败，并将列表L_t_n_s_v中对应的状态置为“F”；S237，从事件列表文件L_e中读取第n张数码影像的位置和姿态数据，并与设定的位置和姿态数据的阈值范围进行比较：如果在设定的阈值范围内，则将列表L_t_n_s_v中相应行的状态行置为“OK”；如果不在设定的阈值范围内，则将列表L_t_n_s_v中相应行的状态行置为“False”S238，n递增1并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，包括：/nS1，GNSS接收板卡的计时系统接收卫星信号并按UTC时间系统进行计时，然后将GNSS接收板卡与IMU、激光扫描仪和数码相机进行时间同步控制；/nS2，在完成时间同步控制后，通过以下子步骤实现数码影像外方位元素列表自动创建：/nS21，对数码相机拍摄的数码影像进行有效数码影像自动检测；/nS22，对检测后的数码影像进行影像重命名；/nS23，对重命名后的数码影像，根据数码相机与IMU的安装位置关系，以及记录在POS数据中数码影像的曝光时间、位置和姿态数据，自动创建数码影像外方位元素列表。/n

【技术特征摘要】
1.一种机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，包括：
S1，GNSS接收板卡的计时系统接收卫星信号并按UTC时间系统进行计时，然后将GNSS接收板卡与IMU、激光扫描仪和数码相机进行时间同步控制；
S2，在完成时间同步控制后，通过以下子步骤实现数码影像外方位元素列表自动创建：
S21，对数码相机拍摄的数码影像进行有效数码影像自动检测；
S22，对检测后的数码影像进行影像重命名；
S23，对重命名后的数码影像，根据数码相机与IMU的安装位置关系，以及记录在POS数据中数码影像的曝光时间、位置和姿态数据，自动创建数码影像外方位元素列表。


2.根据权利要求1所述的机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，S1中GNSS接收板卡与IMU和激光扫描仪的时间同步控制包括如下子步骤：
S101，GNSS接收板卡接收系统控制组件的同步控制指令；
S102，GNSS接收板卡向IMU和激光扫描仪发送UTC初始时间，并在IMU和激光扫描仪中标记UTC粗时间的时间戳；
S103，IMU和激光扫描仪中的UTC细时间计数器以此UTC粗时间的时间戳为起始点进行计数；
S104，GNSS接收板卡持续每秒同步向IMU和激光扫描仪发送pps脉冲信号，IMU和激光扫描仪收到该pps脉冲信号后，UTC细时间计数器置零并重新计数。


3.根据权利要求2所述的机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，所述UTC粗时间为年月日时分秒时间，并且其时间精度为毫秒。


4.根据权利要求2所述的机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，所述UTC细时间计数器是以1μs为周期进行时钟累加计数。


5.根据权利要求2所述的机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，IMU和激光扫描仪收到该pps脉冲信号后，UTC细时间计数器是在遇到pps脉冲信号上升沿时置零并重新计数。


6.根据权利要求1所述的机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，S1中GNSS接收板卡与数码相机的时间同步控制包括如下子步骤：
S111，数码相机接收系统控制组件的同步控制指令；
S112，数码相机在曝光瞬间向GNSS接收板卡发送曝光TTL信号，并同步在GNSS接收板卡上标记UTC时间戳。


7.根据权利要求1所述的机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，S21中对数码相机拍摄的数码影像进行有效数码影像自动检测的方法为：
S211，预先设定数码影像的文件大小阈值；
S212，从数码相机拍摄的数码影像中提取数码影像的文件大小；
S213，剔除数码相机拍摄的数码影像中文件大小不符合所述文件大小阈值的数码影像。


8.根据权利要求1所述的机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，S22中对检测后的数码影像进行影像重命名的方法为：
S221，从数码相机拍摄的数码影像中提取数码影像的拍摄时间；
S222，把拍摄时间转换为日期_天秒格式；
S223，把所有数码影像按日期_天秒格式或者项目名称_日期_天秒格式进行重命名。


9.根据权利要求1所述的机载激光雷达同步控制及数码影像外方位元素列表自动创建方法，其特征在于，S23包括如下子步骤：
S231，创建包含每一列分别对应影像文件名称、位置和姿态、状态的列表L_t_n_s_v，其中每一行按照重命名后的影像文件名称排序；
S232，获取列表L_t_n_s_v中第一张数码影像的影像文件名称，并从中解析出拍摄时间Tp1；
S233，从POS数据中提取包括影像曝光时间、位置和姿态数据的事件列表文件L_e，取事件列表文件L_e中第一张数码影像的曝光时间Tb1，计算第一张数码影像的拍摄时间与曝光时间的时间差Ts＝Tb1-Tp1；并任意读取事件列表文件L_e中相邻两行数据，通过比较两行数据中的曝光时间差为并就近取整，得到触发数码相机拍摄的时间间隔Td；
S234，在列表L...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦延娟，潘文武，游安清，罗俊，辛宇亮，雍松林，刘志强，李光，王国亮，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51