一种无人机影像实时全景拼接方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无人机摄影测量领域，具体的设及一种无人机影像实时全景拼接方法 及系统。
【背景技术】
[0002] 目前，国内外有多家公司在研制数码航摄仪，成熟的产品包括微软公司的UCX， Inte巧ra地公司的DMC，国内北京四维远见公司的SWDC等等。运些系统都是针对传统航空摄 影测量应用，体积重量都非常庞大，需要大飞机承载。另外其主要问题在于其航飞过程中只 获取数据，所有数据处理工作都是在地面后处理完成。对于比较大的区域，数据处理需要几 周甚至几个月的时间。运样的处理效率很难满足抗震救灾、应急响应等特殊情况对数据现 时性的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种无人机影像实时全景拼接方法及系统，适 用于无人机遥感测量，可W实时的处理数据，提高航空遥感数据处理的效率。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无人机影像实时全景拼接方法， 包括W下步骤，
[0005] S1，相机根据预设曝光点的WGS84坐标位置对航摄区域进行拍摄获取每个曝光点 的影像；
[0006] S2，根据每个曝光点的影像的曝光时刻分别从GI^和姿态仪中获取对应的GI^数据 和姿态仪数据；
[0007] S3,嵌入式计算机对获取的GI^数据和姿态仪数据进行同步和实时解算，并根据曝 光时刻和姿态仪的偏屯、角解算出相机在预设曝光时刻拍摄的影像的外方位元素；
[000引S4,嵌入式计算机根据相机在预设曝光时刻的外方位元素将对应曝光点获取的且 经过预处理的影像映射到全景图中，得到实时的影像全景图。
[0009] 本发明的有益效果是：本发明一种无人机影像实时全景拼接方法通过对影像数 据、定位仪数据和GI^数据的采集、定位仪数据和GI^数据数据同步和定位仪数据和GPS数据 的快速解算实时进行影像全景拼接，相对于传统航空摄影测量流程，避免了空中Ξ角测量 等比较耗时的环节，大大提高了数据处理速度，无人机实时处理的摄影测量处理方法在无 人机飞行过程中一边获取数据一边进行处理，飞机落地甚至在飞行过程中即能提交处理结 果，大大提高了航空遥感数据处理的效率。
[0010] 在上述技术方案的基础上，本发明还可W做如下改进。
[0011] 进一步，步骤S3的具体实现步骤为，
[001。 S31，首先对GPS数据和姿态仪数据进行时间同步，得到P0S数据，然后将P0S数据与 曝光时刻进行时间同步，生成P0S同步数据；
[0013] S32,对P0S同步数据进行联合滤波，形成相机的摄影中屯、的轨迹和姿态，并采用非 线性内插的方法在摄影中屯、的轨迹和姿态中获得相机在曝光时刻的位置姿态数据；
[0014] S33,将相机在曝光时刻的位置姿态数据进行偏屯、角和线元素偏移值的修正，获取 相机在曝光时刻拍摄的影像的外方位元素。
[0015] 采用上述进一步方案的有益效果是:姿态仪数据和GPS数据之间的同步可W保证 P0S数据解算位置姿态的正确性。
[0016] 进一步，在步骤S33中，相机在曝光时刻的位置姿态数据是在载体坐标系下得到 的，将相机在曝光时刻的位置姿态数据进行偏屯、角和线元素偏移值的修正是通过将载体坐 标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据在地屯、坐标系、导航坐标系和像空间辅助坐标系 之间进行多步连动旋转和平移转换，将载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据转 换到像空间辅助坐标系下相机在曝光时刻的位置姿态数据。
[0017] 采用上述进一步方案的有益效果是：因为姿态仪和相机的摄影中屯、之间有一个安 装时的偏屯、角，为了用姿态仪测得相机摄影中屯、的姿态，必须进行载体坐标系(b巧Ij像空间 辅助坐标系（i)的多步连动旋转，使得测量的结果更加精确。
[0018] 进一步，载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据转换为像空间辅助坐标 系下相机在曝光时刻的位置姿态数据的旋转矩阵Cf (W/. 口/，、）表示为，
[0019] 巧(巧，巧，)二 C(&，贷，Ψ)C(A扔Δ妨，Δκ)
[0020] 根掘公式Cf (巧.，斯A-,,) = C(cI)，θ，Ψ)C(Δ(ク，Δ似，ΔΛ：)求解出相机在曝光时刻的外 方位元素的角元素?/'^^'^，
[002。 其中，（Φ，Θ，Ψ )为姿态仪和GPS组合输出的偏航角，(Δ沪Δ化Δ/τ)为GPS相对于姿 态仪固定的安装角度。
[0022] 进一步，所述GPS数据包括GPS接收时间、经缔度、高程、速度、卫星数和Ipps脉冲信 号，所述姿态仪数据包括姿态数据、方位角、俯仰角、横滚角和姿态仪脉冲信号。
[0023] 进一步，对GPS数据和姿态仪数据进行时间同步的方法为采用文件记录同步把GPS 数据和姿态仪数据按采样时序共同记录到同一个文件中，将P0S数据与曝光时刻进行时间 同步的方法为在曝光时刻利用GPS的Ipps脉冲信号触发嵌入式计算机的硬件中断，给P0S数 据同步提供时间基准。
[0024] 进一步，步骤S4是利用相机的外方位元素的角元素组成的旋转矩阵将倾斜影像变 换为水平影像，然后根据外方位元素线元素平移缩放影像至全景图中正确的位置，其具体 过程如下，
[0025] S41，根据预先划分的航摄区域信息和全景影像图的比例尺计算出拼接图的大小；
[00%] S42,根据外方位元素和经过预处理后的影像四个角点的坐标按共线条件方程解 算出经过预处理后的影像在全景图像中的覆盖范围；
[0027] S43,根据共线条件方程和原始影像的灰度信息得到全景图在对应范围内的每一 像素的颜色值，并进行颜色插值，生成全景影像图。
[0028] 进一步，对影像进行预处理生成预处理后的影像，对影像进行预处理包括对原始 图形进行影像特征提取、影像旋转和影像重采样处理，进行颜色插值的方法为邻域插值法。
[0029] 进一步，所述共线方程为
[0030]
[0031] 其中，日1、日2、日3、131、132、13 3、(31、(32、(33为^个外方位元素的角元素（巧，巧.&'','}构成的 正交矩阵的9个系数，Zo为当地平均高程，Xs、Ys、Zs为外方位元素的线元素，f、xo和yo为内方 位元素。
[0032] 基于上上述所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，本发明还提供一种无人机 影像实时全景拼接系统。
[0033] -种无人机影像实时全景拼接系统，包括嵌入式计算机和分别与所述嵌入式计算 机相连的相机、姿态仪、GPS，
[0034] 所述相机，其用于根据预设曝光点的WGS84坐标位置对航摄区域进行拍摄获取每 个曝光点的影像；
[0035] 所述姿态仪，其用于根据每个曝光点的影像的曝光时刻采集姿态仪数据；
[0036] 所述GPS，其用于根据每个曝光点的影像的曝光时刻采集GPS数据；
[0037] 所述嵌入式计算机，其用于对获取的GPS数据和姿态仪数据进行同步和实时解算， 并根据曝光时刻和姿态仪的偏屯、角解算出相机在预设曝光时刻拍摄的影像的外方位元素； 还用于根据相机在预设曝光时刻的外方位元素将对应曝光点获取的且经过预处理的影像 映射到全景图中，得到实时的影像全景图。
[0038] 本发明的有益效果是:本发明一种无人机影像实时全景拼接系统集成了轻小型相 机、姿态仪和P0S系统等传感器，基于嵌入式系统研制了专口的计算机，使得设备整体具有 功耗低、体积小、重量轻等特征，适合无人机装备;并且具有实时处理的功能，在无人机飞行 过程中一边获取数据一边进行处理，飞机落地甚至在飞行过程中即能提交处理结果，大大 提高了航空遥感数据处理的效率，运是目前其他所有系统所不能达到的，本发明的系统能 够满足各种特殊情况对数据现时性的急迫要求。
【附图说明】
[0039] 图1为本发明一种无人机影像实时全景拼接方法的流程图；
[0040] 图2为本发明一种无人机影像实时全景拼接方法的中数据处理的流程图；
[0041] 图3为本发明一种无人机影像实时全景拼接方法的中实时生成影像全景图的流程 图；
[0042] 图4为通过本发明一种无人机影像实时全景拼接方法获得的利用300张原始影像 生成的全景影像图；
[0043] 图5为通过本发明一种无人机影像实时