一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法及系统技术方案

本发明专利技术属于无人机技术领域，具体的说是一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法及系统

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法及系统


[0001]本专利技术属于无人机
，具体的说是一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法及系统
。

技术介绍

[0002]无人机遥感技术已经广泛应用于自然灾害调查，危险地形勘测，建筑物损伤检测等相关领域
。
在上面这些重要的应用当中，无人机航摄像片的数据处理是计算机视觉领域重点研究的基本问题之一，其中最常用的方法为图像拼接，这种方法需要大量的特征点，用以获取图像中的像对，进而计算相机的位置信息并拼接生成全景图像
。
[0003]然而对于雪山，水域，沙漠等单一场景，图像特征点稀少导致传统的图像拼接方法无法完成上述的拼接过程，原因是较为稀疏的特征点会造成误匹配或像对的缺失
。
基于以上原因，开发一种不需要依赖特征点生成全景图像的方法具有非常重要的意义
。
除此之外，传统的图像拼接算法需要较高的图像重叠率以提供足够多的特征点，通常要求航向重叠率不低于
60
％，旁向重叠率不低于
30
％，这不仅导致了无人机执行任务的效率低，后续得到的图像数据集也十分庞大，对其处理起来较为耗时与复杂
。
[0004]因此，针对于上述的技术弊端，本方法根据无人机的姿态数据对采集到的图像进行立体投影，再根据投影得到的模型对像元实现逆匹配，还原像元在每个图像中的真实位置
。
该方法不需要图像特征点，也不需要较高的重叠率，经过后续实地试验，
10<br/>％的重叠率已经能够取得较好的效果
。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法及系统，该方法根据无人机的姿态数据对采集到的图像进行立体投影，再根据投影得到的模型对像元实现逆匹配，还原像元在每个图像中的真实位置，该方法不需要图像特征点，也不需要较高的重叠率，经过后续实地试验，
10
％的重叠率已经能够取得较好的效果
。
[0006]本专利技术技术方案结合附图说明如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一
、
获取无人机图像数据集；
[0009]步骤二
、
对无人机图像数据集进行投影，生成实景三维模型；
[0010]步骤三
、
生成目标场景的全景图像
。
[0011]进一步的，所述步骤一的具体方法如下：
[0012]11)
设定图像重叠率；
[0013]12)
制订飞行路径，生成飞行策略并执行采集图像数据的任务
。
[0014]进一步的，所述步骤
11)
的具体方法如下：
[0015]设定重叠率为
10
％
。
[0016]进一步的，所述步骤二的具体方法如下：
[0017]21)
读取
XMP
字段记录的无人机
POS
数据；
[0018]22)
生成三个转换坐标系矩阵；
[0019]23)
将图像中的每个像素点
(u
i
，
v
i
)
根据三个坐标系转换投影到三维点云，生成片状三维模型
。
[0020]进一步的，所述步骤
22)
的具体方法如下：
[0021]221)
将图像像素坐标系
O
UV
转换成图像平面坐标系
O
XY
，转换公式如下：
[0022][0023]转换公式将图像像素坐标系中的一点
(u
，
v)
转换至图像平面坐标系中的一点
(x,y)
，式中，
u
和
v
分别为像元点在原始图像的行号和列号；
x
和
y
分别为像元点在图像平面坐标系的横纵坐标；
dx
和
dy
为像元尺寸；
[0024]222)
将图像平面坐标系
O
XY
转换成图像空间坐标系
O
XcYcZc
，转换公式如下：
[0025][0026]式中，
f
为相机焦距；
Xc、Yc、Zc
分别为像元点在图像空面坐标系的横纵坐标；
[0027]223)
将图像空间坐标系
O
XcYcZc
转换成世界坐标系
O
XwYwZw
，转换公式如下：
[0028][0029]式中，为单位向量；
R
为转换矩阵：
[0030]其中的参数计算公式如下：
[0031][0032][0033][0034]b1＝
cos
ω
sink
[0035]b2
＝
cos
ω
cosk
[0036]b3＝
‑
sin
ω
[0037][0038][0039][0040]式中，为无人机的俯仰角；
ω
为无人机的翻滚角；
k
为无人机的偏航角
。
[0041]进一步的， 所述步骤三的具体方法如下：
[0042]31)
根据对目标场景清晰度的要求自定义图像分辨率；
[0043]32)
生成空白的全景图像，然后根据步骤二生成的三维模型做点云逆匹配，解算出全景图像中每一个像素点的像素值
。
[0044]进一步的， 所述图像分辨率不超过原始航摄相片的图像分辨率
。
[0045]第二方面，本专利技术提供了一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成系统，包括：
[0046]图像数据采集模块，用于获取无人机图像数据集；
[0047]图像数据投影模块，用于对无人机图像数据集进行投影，生成实景三维模型；
[0048]全景图像生成模块，用于生成目标场景的全景图像
。
[0049]进一步的， 所述图形数据采集模块包括：
[0050]设定图像重叠率模块， 用于设定图像采集重叠率；
[0051]制定飞行路径模块，用于生成飞行策略并执行采集图像数据的任务；
[0052]所述图像数据投影模块包括：
[0053]读取模块， 用于读取
XMP
字段记录的无人机
POS
数据；
[0054]第一生成模块， 用于生成三个转换坐标系矩阵；
[0055]第二生成模块， 用于将图像中的每个像素点
(u
i
， 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一
、
获取无人机图像数据集；步骤二
、
对无人机图像数据集进行投影，生成实景三维模型；步骤三
、
生成目标场景的全景图像
。2.
根据权利要求1所述的一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法，其特征在于，所述步骤一的具体方法如下：
11)
设定图像重叠率；
12)
制定飞行路径，生成飞行策略并执行采集图像数据的任务
。3.
根据权利要求2所述的一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法，其特征在于，所述步骤
11)
的具体方法如下：设定重叠率为
10
％
。4.
根据权利要求1所述的一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法，其特征在于，所述步骤二的具体方法如下：
21)
读取其中一张图像的
XMP
字段记录的无人机
POS
数据；
22)
生成三个转换坐标系矩阵；
23)
将图像中的每个像素点
(u
i
，
v
i
)
根据三个坐标系转换投影到三维点云，生成片状三维模型
。5.
根据权利要求4所述的一种基于无人机航摄相片投影的全景图像生成方法，其特征在于，所述步骤
22)
的具体方法如下：
221)
将图像像素坐标系
O
UV
转换成图像平面坐标系
O
XY
，转换公式如下：转换公式将图像像素坐标系中的一点
(u
，
v)
转换至图像平面坐标系中的一点
(x,y)
，式中，
u
和
v
分别为像元点在原始图像的行号和列号；
x
和
y
分别为像元点在图像平面坐标系的横纵坐标；
dx
和
dy
为像元尺寸；
222)
将图像平面坐标系
O
XY
转换成图像空间坐标系
O
XcYcZc
，转换公式如下：式中，
f
为相机焦距；

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏泽，朱航，孟子尧，孙浩洋，轩高杰，兰玉彬，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：