一种无人机三维地图建模方法技术

本发明专利技术属于三维建模技术领域，公开了一种无人机三维地图建模方法，包括：利用无人机上搭载的传感设备对周围环境进行感知、扫描，获取相应的环境信息并进行修正；对图像数据进行去噪、增强处理；对处理后的图像进行特征提取，确定扫描环境的特征点；构建初始三维地图、空间三维环境；计算无人机当前位置以及姿态；进行三维地图构建；将无人机的位置以及姿态数据标注在构建的三维地图中；三维地图更新模块判断执行任务中周围环境是否与构建的三维地图模型以及空间三维环境一致；若不一致，则继续获取环境信息，进行三维地图的更新；本发明专利技术的三维建模能够不断更新，获得更为贴近环境、全面、详细、准确的三维地图，供所有无人机使用。供所有无人机使用。供所有无人机使用。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机三维地图建模方法


[0001]本专利技术属于三维建模
，尤其涉及一种无人机三维地图建模方法。

技术介绍

[0002]目前：城市三维地图模型的构建一直是国际遥感地理信息系统及相关学科研究的热点。近年来,随着”智慧城市”的迅速发展与日益普及,建立有真实纹理的三维城市景观显得尤其重要。目前城市三维地图建模技术主要有以下4种：
[0003]①
基于软件的建模技术，以大比例尺地形数据为基础，使用三维制作软件(如3Ds MAX等)建模该方法能逼真地表示城市的精细结构和材质特征，但存在生产成本高、周期长、效率低等缺点；
[0004]②
基于传统摄影测量的三维建模技术,采用航空摄影测量技术采集最新数字线划图(digital line graphic,DLG)二维或三维矢量数据,再利用软件进行建模，该方法具有自动化程度高、建模速度快、易于实时更新等优点但是建筑物侧面纹理信息需要靠其他手段来获取构建；
[0005]③
基于激光扫描的建模技术利用激光点云可以快速建立物体的三维模型，但其纹理信息依旧需要靠其他手段获取,并由人工进行纹理贴合。
[0006]④
倾斜摄影测量技术进行城市三维建模不仅可以节省模型细部分析时间,简化模型纹理采集和处理方法,还可以提高工作效率，降低成本，倾斜摄影测量系统为快速、大面积城市真三维模型的获取提供了新方法,但由于倾斜摄影测量系统本身体积和重量较大,必须需要小型飞机或动力三角翼飞行器,甚至是运5运输机作为平台进行数据采集，加之其价格昂贵,使得数据生产成本极高，很大程度上限制了该技术的广泛运用问。
[0007]一定程度上，上述方法都存在着所建立的三维地图不够贴近环境、全面、详细、准确缺点制约了城市三维建模的发展和推广。
[0008]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0009](1)现有三维地图建模方法生产成本高、周期长、效率低；
[0010](2)构建模型的建筑物侧面纹理信息需要靠其他手段来获取构建、纹理信息依旧需要靠其他手段获取,并由人工进行纹理贴合、数据生产获取成本极高；
[0011](3)构建的模型不够贴近环境、不全面、不详细也不准确。

技术实现思路

[0012]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种无人机三维地图建模方法。
[0013]本专利技术是这样实现的，一种无人机三维地图建模方法，所述无人机三维地图建模方法包括以下步骤：
[0014]步骤一，数据获取模块利用无人机上搭载的传感设备对周围环境进行感知、扫描，获取相应的环境信息；数据处理模块对利用传感设备获取的相关数据进行修正；
[0015]步骤二，图像处理模块对获取的图像数据进行去噪、增强处理；中央控制模块利用
单片机或控制器控制图像特征提取模块对处理后的图像进行特征提取，确定扫描环境的特征点；
[0016]步骤三，三维地图生成模块基于获取的环境信息构建初始三维地图；三维环境构建模块对获取的三维地图图像特征进行有效的提取、存储、编辑和记忆，构建合理、准确表征的空间三维环境；
[0017]步骤四，定位模块利用提取的环境特征点、导航定位数据、惯性测量数据、运动传感数据计算无人机当前位置以及姿态；三维地图构建模块基于生成的初始三维地图以及空间三维环境进行三维地图构建；
[0018]步骤五，轨迹标注模块将无人机的位置以及姿态数据标注在构建的三维地图中；三维地图更新模块判断执行任务中周围环境是否与构建的三维地图模型以及空间三维环境一致；若不一致，则继续获取环境信息，进行三维地图的更新；
[0019]步骤六，显示模块利用显示设备显示标注有无人机位置以及姿态数据的实时三维地图。
[0020]进一步，步骤一中，所述数据处理模块对利用传感设备获取的相关数据进行修正包括：
[0021](1)获取传感设备的各传感器与预设的测试时间序列对应的测试数据序列；
[0022](2)根据各传感器对应的测试数据序列，确定各传感器的校准数据；从传感设备的至少一个传感器中采集待处理的第一数据；
[0023](3)根据预存的与各所述传感器对应的校准数据修正所述第一数据生成第二数据；所述第二数据即为修正后的数据。
[0024]进一步，步骤(2)中，所述根据各传感器对应的测试数据序列，确定各传感器的校准数据包括：
[0025]获取各传感器对应的测试数据序列的平均值，确定与各传感器对应的校准数据；或者是应用预设的数据范围过滤获取的测试数据序列，保留数据范围之内的测试数据，并对保留下来的测试数据去平均处理，确定与各传感器对应的校准数据。
[0026]进一步，步骤(3)中，所述根据预存的与各所述传感器对应的校准数据修正所述第一数据生成第二数据包括：
[0027]比较所述第一数据与预设的基准数据的大小；如果所述第一数据大于等于所述基准数据，则将所述第一数据与所述校准数据相减生成第二数据；如果所述第一数据小于所述基准数据，则将所述第一数据与所述校准数据相加生成第二数据。
[0028]进一步，步骤二中，所述图像处理模块对获取的图像数据进行去噪、增强处理包括：
[0029]首先，对获取的图像进行小波分解，得到低频图像和三个高频图像；
[0030]其次，对低频图像进行自适应Gamma校正，得到对比度增强的低频图像；
[0031]然后，分别对三个高频图像进行去噪处理，得到去噪的高频图像；
[0032]最后，对得到的对比度增强的低频图像和去噪的高频图像进行小波逆变换，得到增强后的图像。
[0033]进一步，步骤三中，所述三维地图生成模块基于获取的环境信息构建初始三维地图包括：
[0034]1)获取同一区域的二维矢量地图数据、无人机位置信息以及获取的环境信息；
[0035]2)根据获取的二维矢量地图数据渲染生成二维地图纹理；根据获取的无人机位置信息以及相关环境信息对区域进行三角化，生成三维地形；
[0036]3)将所述二维地图纹理映射到所述三维地形上，生成带有纹理的三维地形；
[0037]4)渲染所述带有纹理的三维地形得到所述待生成区域对应的三维地图。
[0038]本专利技术的另一目的在于提供一种实施所述无人机三维地图建模方法的无人机三维地图建模系统，所述无人机三维地图建模系统包括：
[0039]数据获取模块、数据处理模块、图像处理模块、中央控制模块、图像特征提取模块、三维地图生成模块、三维环境构建模块、定位模块、三维地图构建模块、轨迹标注模块、三维地图更新模块、显示模块；
[0040]数据获取模块，与中央控制模块连接，用于利用无人机上搭载的传感设备对周围环境进行感知、扫描，获取相应的环境信息；
[0041]数据处理模块，与中央控制模块连接，用于对利用传感设备获取的相关数据进行修正；
[0042]图像处理模块，与中央控制模块连接，用于对获取的图像数据进行去噪、增强处理；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机三维地图建模方法，其特征在于，所述无人机三维地图建模方法包括以下步骤：步骤一，数据获取模块利用无人机上搭载的传感设备对周围环境进行感知、扫描，获取相应的环境信息；数据处理模块对利用传感设备获取的相关数据进行修正；步骤二，图像处理模块对获取的图像数据进行去噪、增强处理；中央控制模块利用单片机或控制器控制图像特征提取模块对处理后的图像进行特征提取，确定扫描环境的特征点；步骤三，三维地图生成模块基于获取的环境信息构建初始三维地图；三维环境构建模块对获取的三维地图图像特征进行有效的提取、存储、编辑和记忆，构建合理、准确表征的空间三维环境；步骤四，定位模块利用提取的环境特征点、导航定位数据、惯性测量数据、运动传感数据计算无人机当前位置以及姿态；三维地图构建模块基于生成的初始三维地图以及空间三维环境进行三维地图构建；步骤五，轨迹标注模块将无人机的位置以及姿态数据标注在构建的三维地图中；三维地图更新模块判断执行任务中周围环境是否与构建的三维地图模型以及空间三维环境一致；若不一致，则继续获取环境信息，进行三维地图的更新；步骤六，显示模块利用显示设备显示标注有无人机位置以及姿态数据的实时三维地图。2.如权利要求1所述无人机三维地图建模方法，其特征在于，步骤一中，所述数据处理模块对利用传感设备获取的相关数据进行修正包括：(1)获取传感设备的各传感器与预设的测试时间序列对应的测试数据序列；(2)根据各传感器对应的测试数据序列，确定各传感器的校准数据；从传感设备的至少一个传感器中采集待处理的第一数据；(3)根据预存的与各所述传感器对应的校准数据修正所述第一数据生成第二数据；所述第二数据即为修正后的数据。3.如权利要求2所述无人机三维地图建模方法，其特征在于，步骤(2)中，所述根据各传感器对应的测试数据序列，确定各传感器的校准数据包括：获取各传感器对应的测试数据序列的平均值，确定与各传感器对应的校准数据；或者是应用预设的数据范围过滤获取的测试数据序列，保留数据范围之内的测试数据，并对保留下来的测试数据去平均处理，确定与各传感器对应的校准数据。4.如权利要求3所述无人机三维地图建模方法，其特征在于，步骤(3)中，所述根据预存的与各所述传感器对应的校准数据修正所述第一数据生成第二数据包括：比较所述第一数据与预设的基准数据的大小；如果所述第一数据大于等于所述基准数据，则将所述第一数据与所述校准数据相减生成第二数据；如果所述第一数据小于所述基准数据，则将所述第一数据与所述校准数据相加生成第二数据。5.如权利要求1所述无人机三维地图建模方法，其特征在于，步骤二中，所述图像处理模块对获取的图像数据进行去噪、增强处理包括：首先，对获取的图像进行小波分解，得到低频图像和三个高频图像；其次，对低频图像进行自适应Gamma校正，得到对比度增强的低频图像；
然后，分别对三个高频图像进行去噪处理，得到去噪的高频图像；最后，对得到的对比度增强的低频图像和去噪的高频图像进行小波逆变换，得到增强后的图像。6.如权利要求1所述无人机三维地图建模方法，其特征在于，步骤三中，所述三维地图生成模块基于获取的环...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁茂杰，徐雨蕾，卢月林，吴瑞，谌德磊，董永武，邓涛，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：