一种航空摄影测量的快速拼接系统及其实现方法
【专利摘要】一种航空摄影测量的快速拼接方法，包括如下步骤：步骤101，获取无人机航拍的影像图形信息；步骤102，将所述影像图形信息进行畸变校正；所述影像图形信息包括影像图形的幅宽、像素大小、分辨率和相机畸变参数；步骤103，将畸变校正后的所述影像图形信息结合SIFT算法进行配准拼接处理；步骤104，将拼接处理后的所述影像图形信息进行匀色，得到无缝拼接的影像图形。通过本发明可快速完成影像拼接工作，为各类应用做应急保障；适用于各种情况下无人机影像拼接；高效的解决了大数据量处理耗时较长，拼接处理速度慢等缺陷，本发明能简单通过控制点的添加，生产较高精度的拼接影像，便于高程分析。
【专利说明】一种航空摄影测量的快速拼接系统及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空摄影测量的【技术领域】，尤其是涉及一种航空摄影测量的快速拼接系统及其实现方法。
【背景技术】
[0002]随着航空摄影测量技术的发展，航测系统在提高测绘成果现势性、增强测绘应急服务保障能力等方面发挥了巨大的优势，尤其是无人机低空航空摄影测量技术。
[0003]无人机低空航空摄影测量可以快速获取的高分辨率影像；然而受到无人机飞行高度、数码相机焦距、空间分辨率的限制，使得单张影像的视野范围较小，仅依靠单张影像，难以对整个研究区域做出整体认知；影像拼接是指将两幅或多幅序列图像按照其分布公共部分进行重叠，得到一幅新的合集图，合成后的图形不仅方便我们目视所观测地区的全局效果，而且还保留了原始影像中的细节信息。影像拼接主要包括影像匹配和影像融合两个关键环节。为了得到整个区域的完整影像，必须实现多张无人机影像的配准与拼接，以得到整个区域的完整影像。随着突发事件以及应急保障对地理信息实时性的要求，无人机遥感影像实时及近实时的处理的需求日渐突出。而现有的技术中由于无人机影像处理系统具有自动化程度不高，限制条件较多，存在大数据量处理耗时较长，拼接处理速度慢等缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于设计一种航空摄影测量的快速拼接系统及其实现方法，解决上述问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0006]一种航空摄影测量的快速拼接方法，包括如下步骤:
[0007]步骤101，获取无人机航拍的影像图形信息；
[0008]步骤102，将所述影像图形信息进行畸变校正；所述影像图形信息包括影像图形的幅宽、像素大小、分辨率和相机畸变参数；
[0009]步骤103，将畸变校正后的所述影像图形信息结合SIFT算法进行配准拼接处理；
[0010]步骤104，将拼接处理后的所述影像图形信息进行匀色，得到无缝拼接的影像图形。
[0011]优选的，步骤102中，所述畸变校正的具体实现方法是利用所述相机畸变参数，通过多项式将实际图形的畸变坐标进行校正得到校正坐标；所述校正坐标的具体计算方式为:
[0012]
【权利要求】
1.一种航空摄影测量的快速拼接方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤101，获取无人机航拍的影像图形信息； 步骤102，将所述影像图形信息进行畸变校正；所述影像图形信息包括影像图形的幅宽、像素大小、分辨率和相机畸变参数； 步骤103，将畸变校正后的所述影像图形信息结合SIFT算法进行配准拼接处理； 步骤104，将拼接处理后的所述影像图形信息进行匀色，得到无缝拼接的影像图形。
2.根据权利要求1所述的航空摄影测量的快速拼接方法，其特征在于:步骤102中，所述畸变校正的具体实现方法是利用所述相机畸变参数，通过多项式将实际图形的畸变坐标进行校正得到校正坐标；所述校正坐标的具体计算方式为:U = It0TJ=IaijXiyU V =Vy;其中au、b.j为待定系数；n为根据图形的变形程度而设立的多项式次数，X、y为实际的横纵坐标值，U、V为校正后的横纵坐标值，1、j为自然数。
3.根据权利要求1所述的航空摄影测量的快速拼接方法，其特征在于:步骤103中，所述配准拼接主要包括: 步骤103.1，若所述无人机中无POS数据，则采用SIFT算法提取相邻的影像图形信息的同名特征点，根据所述同名特征点，建立所述同名特征点之间的映射关系；利用RANSAC剔除匹配错误的特征点，优化了所述同名特征点之间映射关系的匹配；根据优化后的所述同名特征点，建立仿射变换 模型，得到变换参数，完成影像图形的拼接；拼接完成后，进行步骤104 ； 步骤103.2，若所述无人机中有POS数据，则采用基于POS的坐标信息进行拼接；基于POS的坐标信息进行拼接具体方法为根据POS提供的影像经纬度信息将所述影像经纬度信息对应的所述影像图形信息定义到WGS84坐标系，形成坐标影像图形；根据所述坐标系的坐标信息对所述坐标影像图形进行拼接；拼接完成后，进行步骤104 ；
4.根据权利要求1所述的航空摄影测量的快速拼接方法，其特征在于:步骤103.1中的所述仿射变换模型的具体实现计算方法为:
VX1I = im0 my |:c2| +「τη、.[y±\ ~ Irn3 m4| Iy2I ^5」， 其中X1, Y1表示影像图形信息变换前的像素点坐标；X2，Y2表示影像图形信息变换后像素点坐标；1:: 表示为影像图形信息的旋转、伸缩、切变的合成变换；￡25]为平移矢量；Hi2代表影像图形信息在水平上的位移；m5代表影像图形信息垂直方向上的位移；mQ、HI1, m3、m4、m2和m5均为实数。
5.根据权利要求1所述的航空摄影测量的快速拼接方法，其特征在于:步骤103.2中拼接处理之后，还包括产生影像图形信息为初步拼接影像图形信息，采用SIFT特征拼接算法对所述初步拼接影像图形信息进行精细化匹配拼接；产生影像图形信息为终极拼接影像图形信息；匹配拼接后，进行步骤104。
6.根据权利要求3所述的航空摄影测量的快速拼接方法，其特征在于:步骤103.1中，完成影像图形的拼接具体方法为: SI,在尺度空间中，采用SIFT算法对影像图形信息进行极值点的探测；得到关键点的位置及关键点所处的所述尺度空间；所述尺度空间是用来描述影像图形信息多尺度的特征；所述尺度空间的计算方法为:
L (X，y, σ ) = G(x, y, σ ) I (χ, y)； 基于所述尺度空间的尺度可变的高斯差分尺度空间的计算方法为:
其中L(x，y，σ)为图像尺度空间，G(x，y，σ)为尺度可变的高斯差分尺度空间，(x，y)为影像图形信息的像素坐标，ο为尺度空间因子；所述影像图形信息大小和影像图形信息被平滑的程度成正比； S2,将所述高斯差分尺度空间中的采样点或8个相邻点与上下相邻尺度对应的9*2个点相比较，用以判定是否为极值点； 若所述采样点或所述8个相邻点与所述上下相邻尺度对应的9*2个点相比较的结果相同，则所述采样点或所述8个相邻点为极值点，相同的所述采样点或所述8个相邻点作为候选关键点； 若所述采样点或所述8个相邻点与所述上下相邻尺度对应的9*2个点相比较的结果不相同，则继续比较； S3,以所述候选关键点为中心，用直方图统计所述候选关键点的邻域像素的梯度方向，并利用所述候选关键点邻域像素梯度方向的分布特性为所述候选关键点设定方向参数；将所述方向参数的值的累加，形成关键点； S4,采用关键点的特征向量的欧氏距离作为拼接的影像图形信息中的相似性判定度量，若所述拼接的影像图形信息中关键点与待匹配的像图形信息中的关键点的最近距离，除以影像图形信息中关键点与待匹配的像图形信息中的关键点的次近距离，得到的商值小于某个比例阈值，则形成匹配关键点； S5,按照所述匹配关键点完成对所述初步拼接影像图形信息进行精细化匹配拼接。
7.根据权利要求1所述的航空摄影测量的快速拼接方法，其特征在于:S3中，利用所述候选关键点邻域像素梯度方向的分布特性为所述候选关键点设定方向参数；将所述方向参数的值的累加，形成关键点的具体方法为: Ml,以所述候选关键点为中心，用直方图统计所述候选关键点的邻域像素的梯度方向； M2,利用所述候选关键点邻域像素梯度方向的分布特性为所述候选关键点指定方向参数； M3,以坐标轴为基准，以所述候选关键点为中心，取8X8的领域作为采样窗口 ； M4,在所述米样窗口内米样,形成米样点； M5,将所述采样点与所述候选关键点的相对方向通过高斯加权的方式合并到包含8个方向直方图中，形成高斯加权图； M6,将所述闻斯加权图以2X2X8的表格进行描述；所述每个表格表不所述候选关键点邻域所在的尺度空间的一个像素；所述候选关键点的相对方向表示像素梯度的方向；由所述像素和所述梯度的方向构成梯度向量； M7，在所述采样窗口中构建4X4的窗口；在所述4X4的窗口中，将所述梯度向量累加，形成关键点。
8.根据权利要求1所述的航空摄影测量的快速拼接方法，其特征在于:步骤104中，将拼接处理后的影像图形信息进行融合的具体方法为采用小波变换方法拼接处理，所述小波变换方法拼接处理进行匀色。
9.根据权利要求7所述的航空摄影测量的快速拼接方法，其特征在于:所述小波变换方法拼接处理后的影像图形信息进行匀色的处理方式包括融合所述相邻影像图形信息的拼接线和消除所述相邻影像图形信息的色彩差异。
10.一种航空摄影测量的快速拼接系统，其特征在于，包括影像预处理模块、影像配准模块和影像融合模块； 所述影像预处理模块主要用于对影像图形信息进行畸形校正处理； 所述影像配准模块主要用于根据同一空间位置上相邻影像图形信息的重叠 区域，将所述相邻影像图形信息相关联； 所述影像融合 模块主要用于将关联的所述相邻影像图形信息进行无缝拼接。
【文档编号】G06T5/50GK104077760SQ201410103310
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】李月华, 姚勇, 鲁惠联, 林先壹, 焦晓峰 申请人:中科宇图天下科技有限公司