一种航空倾斜摄影方法及装置与流程

文档序号：18002748发布日期：2019-06-25 23:02阅读：453来源：国知局

本发明涉及航拍测量技术领域，特别是涉及一种航空倾斜摄影方法及装置。

背景技术：

倾斜摄影技术是一种近年来在无人机测绘领域逐渐发展起来的新技术，通常包括一个垂直视角、四个倾斜视角，以实现如从五个不同的视角同步采集影像，获取到丰富的建筑物顶面及侧视图像信息。倾斜摄影技术，不仅能够真实地反映地物情况，高精度地获取物方纹理信息，还可通过先进的定位、融合、建模等技术，生成准确的三维城市模型。

对现有倾斜摄影技术做进一步优化以使得其能够更好的服务于人类的生产生活，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述提出的对现有倾斜摄影技术做进一步优化以使得其能够更好的服务于人类的生产生活，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题，本发明提供了一种航空倾斜摄影方法及装置。采用该方法及装置，在相同取景器安装角度下，不仅能够获得覆盖更多层的建筑物侧面信息，同时能够增加能拍摄到同一个建筑物的航线数量。

针对上述问题，本发明提供的一种航空倾斜摄影方法及装置通过以下技术要点来解决问题：一种航空倾斜摄影方法，通过在飞行器上搭载航摄仪完成航空倾斜摄影，所述航摄仪包括具有倾斜视角的左侧倾斜摄影设备或右侧倾斜摄影设备，所述左侧倾斜摄影设备或右侧倾斜摄影设备上成像元件短边的长度方向平行于飞行器的飞行方向。

现有技术中，航空倾斜摄影用摄影设备的成像元件包括ccd器件、cmos器件等，成像元件一般制作成矩形，且相邻的两条边中，其中一条边的边长大于另一条边的边长，边长较长的边为长边，边长较短的边为短边。在目前的倾斜摄影数据采集工作中，倾斜摄影航摄仪上摄影设备的布置方式一般为：垂直摄影设备(底部相机)的相机光轴垂直于地面，倾斜摄影设备(侧面相机)的相机光轴相对于飞行方向倾斜，侧面相机一般为四个：飞行器前侧的侧面相机、后侧的侧面相机、左侧的侧面相机和右侧的侧面相机。飞行器左侧的侧面相机或右侧的侧面相机所形成的相片的长边平行于飞行方向，即这两个相机感光元件的长边与飞行器飞行方向平行，短边相对于飞行器飞行方向和水平面倾斜，短边朝向地面的投影线的长度方向与飞行方向垂直。

本方案中，所述左侧倾斜摄影设备或右侧倾斜摄影设备即为：倾斜摄影数据采集工作中，安装在飞行器左侧的侧面相机或右侧的侧面相机。针对飞行器左侧的侧面相机或右侧的侧面相机，相较于现有技术，可通过将各自绕自身相机光轴旋转90°获得该方法所要求的侧面相机摄影状态，使得感光元件随摄影设备旋转至长边倾斜短边水平，且短边的长度方向平行于飞行器的飞行方向，此时感光元件长边倾斜且长边朝向地面的投影线与飞行器飞行方向垂直。

本方法与传统方法与相比，在相同相机光轴倾角的情况下，针对同一飞行器空间位置和同一建筑物，不仅可使得成像最高处的拍摄角度大于传统布局或方法的成像最高处角度，以获取建筑物更高层的侧面信息，适应现有建筑物高度数值不断增大的发展趋势，同时，所得成像信息能够覆盖更多层的建筑物侧面信息，同时，能用以更水平的角度获取到建筑物的侧面信息，使得在使用相同的航向情况下，增加了能拍摄到同一个建筑物的航线数量，对倾斜摄影而言，能减少建筑物侧面纹理拉花变形情况，在使用成像生成建筑物或测绘对象模型时，可使模型效果更加逼真。

优选的，所述航摄仪包括具有倾斜视角的左侧倾斜摄影设备和右侧倾斜摄影设备，所述左侧倾斜摄影设备和右侧倾斜摄影设备上成像元件短边的长度方向均平行于飞行器的飞行方向。

作为所述航空倾斜摄影方法进一步的技术方案，还包括航片剔除步骤，所述航片剔除步骤包括顺序进行的如下具体步骤：

s1、根据飞行器在拍照坐标点的姿态信息、航摄仪的参数信息和目标区域的区域地理信息，获得拍照坐标点上航片的地面投影数据；

s2、将s1获得的地面投影数据与目标区域已知数据做对比，若两数据之间有交集，存储拍照坐标点的航拍数据，若无交集，剔除拍照坐标点的航拍数据。在现有航空摄影中，影像或航片重叠率是目前航测工作中的重要控制参数或航测的影响因素。现有技术中，虽然考虑并解决了航测目标区域的航片重叠率问题，但是在航摄过程中，航摄仪会拍摄许多与目标区域无关的航片数据，这样不仅占用航摄仪的存储容量，还给后期数据处理增加负担，即：不仅增加航摄仪硬件成本、同时增加数据处理模块或装置投入成本、增加数据处理时间成本等。

本方案中，针对具体的拍照坐标点飞行器的参数、航摄仪的参数以及拍照坐标点所处目标区域的区域地理信息，先判断航摄仪在拍照坐标点所获得的地面投影数据与目标区域已知数据的关系，选择是否存储拍照坐标点的航拍数据，这样，可以有效剔除无用航拍数据，从而达到减少无用航片量，达到减小航测作业过程中的数据存储量、数据处理量和提高数据处理效率的目的。

作为本领域技术人员，以上在实现存储拍照坐标点的航拍数据或剔除拍照坐标点的航拍数据时，所述存储为：在拍照坐标点进行航拍后存储所得航拍数据；所述剔除为以下方式中的任意一种：一、在拍照坐标点进行航拍前由于判断为不满足重叠要求，在拍照坐标点不进行航拍，即整个过程在拍照坐标点并没有进行航拍；二、在拍照坐标点进行航拍后由于不满足重叠要求，再删除所得数据。

具体的，在步骤s2中，若判断为两数据之间有交集，在拍照坐标点进行航拍，获得航拍数据；若判断为无交集，在拍照坐标点不进行航拍。本方案即为，通过计算反馈给航摄仪是否拍照：在拍照坐标点进行航拍前由于通过两数据判断为不满足重叠要求，在拍照坐标点不进行航拍，即整个过程在拍照坐标点并没有进行航拍的情况。作为本领域技术人员，在实现本方案时，可以是飞行器到达拍照坐标点后再执行以上过程或未到达拍照坐标点即进行判断，针对未到达拍照坐标点的情况，由于目标区域的区域地理信息是固定的，所搭载的航摄仪的参数信息是一定的，故所述飞行器在拍照坐标点的姿态信息需要预判，以上预判根据飞行器的参数信息和飞行区域的天气情况信息即可完成。针对预判情况，可使得飞行器的利用效率达到最大化。

具体的，在拍照坐标点进行航拍，在步骤s2中，若判断为两数据之间有交集，保留航拍数据；若判断为无交集，删除航拍数据。针对剔除，此情况即为：在拍照坐标点进行航拍后由于通过两数据判断为不满足重叠要求，再删除所得数据的情况。相较于前一情况，针对存储拍照坐标点的航拍数据的情况，根据现有处理器性能，虽然地面投影数据计算(重叠率判断)所需时间很短，但由于飞行器处于飞行状态，实际航摄仪拍照时飞行器的坐标及姿态信息已经发生变化，相比而言，前一情况会引入误差，本方案采用的方式获得的航拍数据更加准确。

所述拍照坐标点为由经度、纬度和海拔数据决定的空间中的点；

所述姿态信息包括飞行器速度信息和欧拉角信息；

所述参数信息包括航摄仪几何参数信息和光学参数信息；

所述区域地理信息为目标区域的海拔信息或目标区域dem信息。

所述目标区域已知数据为kml数据或shp数据。

本方案还提供了一种航空倾斜摄影装置，包括飞行器及航摄仪，所述航摄仪包括具有倾斜视角的左侧倾斜摄影设备或右侧倾斜摄影设备，所述左侧倾斜摄影设备或右侧倾斜摄影设备上成像元件短边的长度方向平行于飞行器的飞行方向。如上所述，采用以上提供的航空倾斜摄影装置，与传统装置与相比，在相同相机光轴倾角的情况下，针对同一飞行器空间位置和同一建筑物，不仅可使得成像最高处的拍摄角度大于传统装置的成像最高处角度，以获取建筑物更高层的侧面信息，适应现有建筑物高度数值不断增大的发展趋势，同时，所得成像信息能够覆盖更多层的建筑物侧面信息，同时，能用以更水平的角度获取到建筑物的侧面信息，使得在使用相同的航向情况下，增加了能拍摄到同一个建筑物的航线数量，对倾斜摄影而言，能减少建筑物侧面纹理拉花变形情况，在使用成像生成建筑物或测绘对象模型时，可使模型效果更加逼真。

作为所述航空倾斜摄影装置进一步的技术方案，所述航摄仪包括多个摄影设备：一个具有垂直视角的垂直摄影设备及多个倾斜摄影设备，且倾斜摄影设备环布在垂直摄影设备四周；

不同摄影设备覆盖不同的拍摄区域。本方案旨在扩大拍照坐标点能够获得的航拍数据覆盖的范围。

为使得航摄仪中各摄影设备均能够独立工作，设置为：所述航摄仪中，各摄影设备均连接有独立的控制模块。

为使得飞行器具有悬停功能，以在拍照坐标点悬停拍摄，利于航拍数据的准确性，设置为：所述飞行器为多旋翼飞行器或复合翼飞行器。

本发明具有以下有益效果：

本方案与传统方案与相比，在相同相机光轴倾角的情况下，针对同一飞行器空间位置和同一建筑物，不仅可使得成像最高处的拍摄角度大于传统布局或方法的成像最高处角度，以获取建筑物更高层的侧面信息，适应现有建筑物高度数值不断增大的发展趋势，同时，所得成像信息能够覆盖更多层的建筑物侧面信息，同时，能用以更水平的角度获取到建筑物的侧面信息，使得在使用相同的航向情况下，增加了能拍摄到同一个建筑物的航线数量，对倾斜摄影而言，能减少建筑物侧面纹理拉花变形情况，在使用成像生成建筑物或测绘对象模型时，可使模型效果更加逼真。

附图说明

图1为现有飞行器上摄影设备安装方式所决定的各摄影设备覆盖区域关系及形状的示意图；

图2为实施例1所提供的方法及装置所决定的各摄影设备覆盖区域关系及形状的示意图；

图3为实施例1所提供方案在进行航空摄影时，成像情况与建筑物的关系示意图；

图4为现有技术的航空倾斜摄影方案在进行航空摄影时，成像情况与建筑物的关系示意图；

图5为实施例2所述的一种航空倾斜摄影方法一个关于剔除步骤的具体实施例的原理图；

图6为实施例2所述的一种航空倾斜摄影方法一个具体实施例的实现流程图，该流程图反映根据重叠率选择是否在拍照坐标点进行航拍的情况；

图7为实施例2所述的一种航空倾斜摄影方法一个具体实施例的实现流程图，该流程图反映根据重叠率，选择是否存储在拍照坐标点所得的航片数据的情况。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

本实施例提供一种具体的航空倾斜摄影方法，通过在飞行器上搭载航摄仪完成航空倾斜摄影，所述航摄仪包括具有倾斜视角的左侧倾斜摄影设备或右侧倾斜摄影设备，所述左侧倾斜摄影设备或右侧倾斜摄影设备上成像元件短边的长度方向平行于飞行器的飞行方向。

在目前的倾斜摄影数据采集工作中，倾斜摄影航摄仪上摄影设备的布置方式一般为：垂直摄影设备(底部相机)的相机光轴垂直于地面，倾斜摄影设备(侧面相机)的相机光轴相对于飞行方向倾斜，侧面相机一般为四个：飞行器前侧的侧面相机、后侧的侧面相机、左侧的侧面相机和右侧的侧面相机。飞行器左侧的侧面相机或右侧的侧面相机所形成的相片的长边平行于飞行方向，即这两个相机感光元件的长边与飞行器飞行方向平行，短边相对于飞行器飞行方向和水平面倾斜，短边朝向地面的投影线的长度方向与飞行方向垂直。

本实施例还提供了一种航空倾斜摄影装置，包括飞行器及航摄仪，所述航摄仪包括具有倾斜视角的左侧倾斜摄影设备或右侧倾斜摄影设备，所述左侧倾斜摄影设备或右侧倾斜摄影设备上成像元件短边的长度方向平行于飞行器的飞行方向。如上所述，采用以上提供的航空倾斜摄影装置，与传统装置与相比，在相同相机光轴倾角的情况下，针对同一飞行器空间位置和同一建筑物，不仅可使得成像最高处的拍摄角度大于传统装置的成像最高处角度，以获取建筑物更高层的侧面信息，适应现有建筑物高度数值不断增大的发展趋势，同时，所得成像信息能够覆盖更多层的建筑物侧面信息，同时，能用以更水平的角度获取到建筑物的侧面信息，使得在使用相同的航向情况下，增加了能拍摄到同一个建筑物的航线数量，对倾斜摄影而言，能减少建筑物侧面纹理拉花变形情况，在使用成像生成建筑物或测绘对象模型时，可使模型效果更加逼真。

为方便更好的理解本实施例，图1示出了现有飞行器上摄影设备安装方式所决定的各摄影设备覆盖区域关系及形状；图2示出了本实施例所提供的方法及装置所决定的各摄影设备覆盖区域关系及形状。其中，所示四边框形区域即为各摄影设备覆盖区域的形状，所述框形箭头即为左侧和右侧倾斜摄影装置各自上成像元件短边朝向地面投影的投影线的长度方向。

图3示出了本实施例所提供方案在进行航空摄影时，成像情况与建筑物的关系；图4示出了现有技术的方案在进行航空摄影时，成像情况与建筑物的关系。其中：

l为建筑物到相机中心的直线距离，h为飞机相对地面高度；

a为相机光轴与垂直面夹角，h1与h2为相片在建筑物的投影高度；

α和β为两种方式下相机的视场角fov，由于剖面a情况下是相片短边垂直于剖面，剖面b情况是相片长边平行于剖面线，针对现有建筑物一般高度大于宽度的情况，故α＞β；

这样，成像最高处的拍摄角度a+α/2＞a+β/2；

由于：

在α＞β的情况下，能够得出h1＞h2，采用本实施例提供的方案能采集更多的建筑物侧面高层信息。

实施例2：

作为所述航空倾斜摄影方法进一步的技术方案，还包括航片剔除步骤，所述航片剔除步骤包括顺序进行的如下具体步骤：

s1、根据飞行器在拍照坐标点的姿态信息、航摄仪的参数信息和目标区域的区域地理信息，获得拍照坐标点上航片的地面投影数据；

为更好的解释本实施例，图5给出了包括所述剔除步骤的航空摄影方法的原理图，本原理图基于搭载有五个摄像头(相机或摄影设备)的航摄仪，该图中，所述相机地面投影即为：各摄像头(相机)的拍摄覆盖区域，同时给出了两个拍照坐标点的拍摄覆盖区域情况。本图中，航片1.2.3.4.5与目标区域的重叠率＝0，即为无重叠(无交集)的情况，航片6.7.8.9.10与目标区域的重叠率＞0，即为有重叠(有交集)的情况。

图6给出了采用以上所述的第一种剔除方式的实现流程，具体的：航摄仪或者飞行器上安装有imu、ppk(gps)模块、处理器模块，可以实时获取及处理信息，根据上述模块获取的信息及已知信息(航摄仪几何参数、光学参数，目标区域最低海拔/目标区域dem)可得到每张将要拍摄的航片的地面投影数据，与已知数据(目标区域的kml、shp等矢量数据)做计算，若重叠率＞0，则航片与目标区域有交集，反馈给航摄仪中与之对应的相机进行拍照，反之则不拍照。

图7给出了采用以上所述的第二种剔除方式的实现流程。具体的：航摄仪或者飞行器上安装有imu、ppk(gps)模块、处理器模块，可以实时获取及处理信息，飞行器的在a拍照点拍完照，继续飞向b拍照点的途中，根据上述模块获取的信息及已知信息(航摄仪几何参数、光学参数，目标区域最低海拔/目标区域dem)可得到每张将要拍摄的航片在a点的地面投影数据，与已知数据(目标区域的kml、shp等矢量数据)做计算，若重叠率＞0，则保留该航片，若重叠率＝0，则删除该航片。

采用本实施例提供的方案，可大大减少无用航片的数量，将其降为0。