无人机航摄像片数字拼接方法技术

本发明专利技术属于无人机信息处理和航空影像处理技术领域，具体涉及一种无人机航摄像片数字拼接方法，是将无人机航摄像片数字化处理后，输入到定向解算图形工作站和拼接解算工作站中进行拼接解算、匀光处理、定向定位解算，最后显示输出。本发明专利技术方法提出了解决拼接数字自动解算的诸多技术解决方案：数字化匀光处理效果好，基于多点直方图匹配的数字图像处理方法减小了拼接缝隙处的亮度和色调不均匀程度，提高了拼接影像的整体效果。数字拼接处理速度快，拼接解算采取程序自动匹配解算，无需人工干预，速度快，处理时间至少缩短为传统方法的1/20，克服传统光学拼接处理需要大量人工复杂操作的缺点，实现了拼接设备由光学处理到数字处理、从以人工为主到以自动为主的转变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无人机信息处理和航空影像处理
，具体涉及一种。
技术介绍
像片是无人机航摄的一种主要图像产品，如何从像片中提取更多的有效信息是无人机使用的重要课题。其中，将飞行获取的多张像片进行拼接成镶嵌图问题是无人机航摄像片应用的难点问题。现有无人机航摄获取的航空像片的拼接方法主要是先冲洗，而人工拼接。从当前无人机航摄像片拼接技术及其拼接设备现状来看，主要存在以下几个方面的缺点(1)缺少系统性的像片拼接技术多数无人机没有拼接处理设备，仅仅使用单张像片进行图像判读和分析使用，缺少拼接处理技术。(2)人工拼接耗时耗力对像片的拼接，有两种常用的方法其一是将航摄的光学胶片进行放大，而后采用剪刀和胶水人工进行拼接；其二是将光学胶片进行数字化，而后采用Photoshop商用软件进行人工拼接。第一种方法比较笨重，无法对拼接后的影像进行勻光以及几何校正处理，且需要大量的人力物力；第二种方法虽然是一种数字化处理方法，但是商用软件没有影像匹配功能，无法进行拼接缝的自动搜索，而且，无法建立纠正模型，从而无法对拼接的影像进行几何纠正，拼接效果不佳，也比较耗时耗力。(3)像片拼接的使用功能单一由于现有的技术大多数是基于模拟光学处理机制或现有商用软件，没有一套系统的技术体系，因此，在使用上仅仅是像片拼接，尚无其它功能，无法满足无人机信息处理需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对无人机航摄像片现有技术和处理方法存在的问题，重点研究了影像匹配等诸多技术问题，提供一种集像片数字化处理、自动拼接解算、勻光处理、目标定位于一体的。本专利技术的技术方案是，包括以下步骤(1)将无人机航摄像片数字化处理(1. 1)将航摄光学胶片固定在胶片传动机构的载片轴和卷片轴上；(1. 2)启动胶片预览机构检测胶片幅面是否完整位于预览区，若不在，在电机驱动缓慢卷片，直至满足要求停止，此时观察预览区胶片是否为所需航摄像片，若不是，则预览下一张胶片，若是所需胶片，则放入胶片扫描仪；(1. 3)将上述胶片按照所设置的分辨率进行扫描数字化，数字化后的图像分别输入定向解算图形工作站和拼接解算工作站中，供解算使用；(1. 4)重复以上步骤，完成所需像片的数字化处理；(1. 5)对于航摄数字影像，可直接输入到定向解算图形工作站和拼接解算工作站中，供解算使用；(2)通过拼接解算图形工作站对数字化影像进行拼接解算(2. 1)特征提取对于第1个像对，通过特征提取获取重叠区影像块的若干特征信息，并选择具有突出代表性的特征作为基础数据；(2. 2)影像匹配实现拼接所需特征点对之间的相似性检测，找出同名点，删除不对应的特征点对；(2. 3)数据粗差检测由于获取到的一部分数据点对往往存在较大误差甚至错误的映射，采取数据粗差检测机制进一步剔除错误特征点对；(2. 4)影像几何校正以数据处理后的特征点为基础，进行影像几何校正，求取变换数学模型中的参数，并依据特征点对的中误差对参数估计的精度进行评定，不符合要求再进行迭代解算，最终实现影像精确几何校正；(2. 5)像片拼接将几何纠正后的像片和几何变形参数加入拼接解算，实现1个像对的拼接处理；(2. 6)重复以上(2. 1) (2. 5)，完成多个航摄像对的拼接；(3)对经过拼接的合成图像进行勻光处理(3. 1)将拼接好的航摄像对输入勻光处理模块进行勻光处理，对于拼接解算后的第1个像对，统计该像对所属的两张像片的图像直方图；(3. 2)在航摄像对的重叠区，进行连接边搜索，连接边搜索采取几何精度作为搜索相似度尺度，若搜索所在的像素块几何误差大于2. 0像素，则继续搜索，直至满足要求；(3. 3)亮度与反差调整依据(3. 1)中统计的两张像片的图像直方图，进行直方图匹配，原则是固定像对的第1张像片，调整像对的第2张像片的亮度和反差；(3.4)对于拼接线采用拼接线左右各5个像素对拼接线进行平滑，减小边界明显过渡问题，实现边界线平滑处理；(4)对经过勻光处理的合成图像进行定向定位解算(4. 1)向定向解算图形工作站输入全部需处理的数字航摄像片，进行框标识别，框标识别采取自动识别和人工辅助相结合的策略，确保框标位置的准确测量；(4. 2)数字内定向依据框标位置的鉴定值和测量值，对待处理的每一张像片进行内定向处理，实现像片的纠正处理以及设备坐标到像片坐标的转换；(4. 3)数字相对定向从第1个像对开始，依次进行数字相对定向处理，解算像片两张像片之间的位置关系，实现像对模型的建立，所有像对解算完毕进入下一步；(4. 4)依据数字相对定向结果，提取所有像对的立体图像，同时将已经建立的多个像对模型进行连接，模型连接使多个模型最终归化为一个像对模型；(4. 5)绝对定向在已知地面控制点的情况下，进行绝对定向解算，实现模型坐标到大地坐标的转换；(4. 6)判读定位综合绝对定向结果和拼接图像，对地面景物进行判读、分析与定位处理；(4. 7)显示输出在外接设备支持下，实现像对的立体显示以及输出等功能。本专利技术的优点在于技术与现有技术相比具有以下有益效果1.操作简单，只需很少的人工干预即可实现拼接解算，克服传统光学拼接处理需要大量人工复杂操作的缺点。2.数字化勻光处理效果好，基于多点直方图匹配的数字图像处理方法减小了拼接缝隙处的亮度和色调不均勻程度，提高了拼接影像的整体效果，而传统的做法很难甚至无法实现拼接像片间的勻光处理。3.数字拼接处理速度快，与传统的人工拼接或商用软件拼接相比，拼接解算采取程序自动匹配解算，无需人工干预，速度快，处理时间至少缩短为传统方法的1/20，而且不需要冲洗，降低了材料成本。4.拼接影像功能丰富，本装置将拼接处理与目标定位、立体图像提取等无人机航摄像片信息处理功能相融合，进一步拓展了拼接影像的应用范围，装置的使用功能不再仅仅限于像片拼接，而且可以用于目标判读、立体定位等。附图说明下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的描述。图1为本专利技术的流程图，图2为本专利技术所使用的系统构成图。具体实施方式拼接装置系统组成该系统由像片数字化模块、影像拼接解算模块、目标判读定位模块、显示输出模块四大部分组成，如图2所示。1.像片数字化模块主要由航空像片数字化设备、数字化软件、胶片传动机构、外部控制硬件组成，该模块不仅能够生成航空胶片的数字影像，而且可以实现航空像片的影像浏览功能，为选择和浏览侦察区域提供了极大的方便。2.影像拼接解算模块主要由特征提取、影像匹配、数据粗差检测、影像几何校正四个部分组成，通过特征提取获取重叠区影像块的若干特征信息，并选择具有突出代表性的特征作为基础数据， 进行影像匹配，实现拼接所需特征点的全自动获取。获取到的一部分数据点对往往存在较大误差甚至错误的映射，采取数据粗差检测机制实现错误特征点的自动剔除，然后以数据处理后的特征点为基础，进行影像几何校正，求取变换数学模型中的参数，并依据协因数传播率对参数估计的精度进行评定，不符合要求再进行迭代解算，最终实现影像精确几何校正。经过拼接后的合成图像在几何方面达到了较好的精度，但是由于航空像片在摄取影像和数字化等过程中的各种因素的影响，拼接后影像的色调具有一定的差异，需要对其进行勻光处理，达到近似无缝拼接的效果。3.目标判读定位模块经过拼接处理生成大幅面平面影像和立体影像，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．无人机航摄像片数字拼接方法，其特征在于包括以下步骤：（１）将无人机航摄像片数字化处理：（１．１）将航摄光学胶片固定在胶片传动机构的载片轴和卷片轴上；（１．２）启动胶片预览机构检测胶片幅面是否完整位于预览区，若不在，在电机驱动缓慢卷片，直至满足要求停止，此时观察预览区胶片是否为所需航摄像片，若不是，则预览下一张胶片，若是所需胶片，则放入胶片扫描仪；（１．３）将上述胶片按照所设置的分辨率进行扫描数字化，数字化后的图像分别输入定向解算图形工作站和拼接解算工作站中，供解算使用；（１．４）重复以上步骤，完成所需像片的数字化处理；（１．５）对于航摄数字影像，可直接输入到定向解算图形工作站和拼接解算工作站中，供解算使用；（２）通过拼接解算图形工作站对数字化影像进行拼接解算：（２．１）特征提取：对于第１个像对，通过特征提取获取重叠区影像块的若干特征信息，并选择具有突出代表性的特征作为基础数据；（２．２）影像匹配：实现拼接所需特征点对之间的相似性检测，找出同名点，删除不对应的特征点对；（２．３）数据粗差检测：由于获取到的一部分数据点对往往存在较大误差甚至错误的映射，采取数据粗差检测机制进一步剔除错误特征点对；（２．４）影像几何校正：以数据处理后的特征点为基础，进行影像几何校正，求取变换数学模型中的参数，并依据特征点对的中误差对参数估计的精度进行评定，不符合要求再进行迭代解算，最终实现影像精确几何校正；（２．５）像片拼接：将几何纠正后的像片和几何变形参数加入拼接解算，实现１个像对的拼接处理；（２．６）重复以上（２．１）～（２．５），完成多个航摄像对的拼接；（３）对经过拼接的合成图像进行匀光处理：（３．１）将拼接好的航摄像对输入匀光处理模块进行匀光处理，对于拼接解算后的第１个像对，统计该像对所属的两张像片的图像直方图；（３．２）在航摄像对的重叠区，进行连接边搜索，连接边搜索采取几何精度作为搜索相似度尺度，若搜索所在的像素块几何误差大于２．０像素，则继续搜索，直至满足要求；（３．３）亮度与反差调整：依据（３．１）中统计的两张像片的图像直方图，进行直方图匹配，原则是固定像对的第１张像片，调整像对的第２张像片的亮度和反差；（３．４）对于拼接线：采用拼接线左右各５个像素对拼接线进行平滑，减小边界明显过渡问题，实现边界线平滑处理；（４）对经过匀光处理的合成图像进行定向定位解算：（４．１）向定向解算图形工作站输入全部需处理的数字航摄像片，进行框标识别，框标识别采取自动识别和人工辅助相结合的策略，确保框标位置的准确测量；（４．２）数字内定向：依据框标位置的鉴定值和测量值，对待处理的每一张像片进行内定向处理，实现像片的纠正处理以及设备坐标到像片坐标的转换；（４．３）数字相对定向：从第１个像对开始，依次进行数字相对定向处理，解算像片两张像片之间的位置关系，实现像对模型的建立，所有像对解算完毕进入下一步；（４．４）依据数字相对定向结果，提取所有像对的立体图像，同时将已经建立的多个像对模型进行连接，模型连接使多个模型最终归化为一个像对模型；（４．５）绝对定向：在已知地面控制点的情况下，进行绝对定向解算，实现模型坐标到大地坐标的转换；（４．６）判读定位：综合绝对定向结果和拼接图像，对地面景物进行判读、分析与定位处理；（４．７）显示输出：在外接设备支持下，实现像对的立体显示及输出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段连飞，王占操，杨鹭怡，阚瑞峰，章炜，张过，王晶，
申请(专利权)人：段连飞，
类型：发明
国别省市：34