用于无人驾驶飞机的天底对准的航拍图像采集的图像触发控制的制作方法
【专利说明】用于无人驾驶飞机的天底对准的航拍图像采集的图像触发控制
[0001]本申请涉及一种在权利要求1前序部分所述的用于采集航拍图像的方法、一种在权利要求11中所述的用于无人驾驶的航拍图像采集飞行的控制单元，以及一种在权利要求13中所述的无人驾驶飞机。
[0002]根据现有技术的无人驾驶飞机(UAV)，除了军事领域上的应用之外，现在也越来越多地应用于民用地形采集和对地观测。在这样的情况下，预先确定的飞行路径遵循于飞行计划，其中，多幅航拍图像和数据大多是以预设的图像采集频率和沿着所述路径的预设的图像重叠(相邻图像)通过照相机或图像传感器来采集的。为了实现这一目的，用于图像采集的各个触发点通常在飞行计划中限定。另外，用于飞机的位置和对准数据被测量，并与各个采集到的图像相关联。图像触发例如是基于采集到的GPS位置数据或时间数据被触发的。
[0003]在上述飞行过程中采集的全部数据在随后的“后处理”的范围内被处理，从而通过适当关联图像以及计算位置数据获得所采集地形的平面和立体的摄影图像，并从中得到正交的产品。
[0004]尤其是，轻质无人驾驶飞机对风是非常敏感的，在这种情况下是不稳定的，也就是说，较弱的阵风或其它外部因素就已经能够显著影响其相应的位置并且使之以不确定的方式发生变化。因此，航拍图像不能以飞机相同的对准或采集角度分别采集，而是每一张航拍图像发生偏移，偏移不仅存在于飞行方向上并且，例如，还存在于正交于飞行方向的方向上(观测方向)。
[0005]传统的无人驾驶飞机在数据记录和触发图像记录的过程中没有主动考虑或纠正系统的空间位置，因而使得对于图像采集来说保证了统一的观测方向。这样就给后处理的数据的精确性带来了不良影响，直到产生数据空缺，例如，待观测地区的一些区域在图像中未被采集。由于在这种情况下采集的图像具有不同的观测方向，因而，例如由于透视失真(perspective distort1ns)以及各个图像间的关联点形成能力降低而使得从采集图像得到的立体图像的精确度下降。在不准确的GPS测定的情况下，对立体图像进行精确的对准，并将数据相互登记是有必要的。
[0006]如果无人驾驶飞机经过一阵风并因此例如关于无人驾驶飞机的天底(nadir)对准或水平对准强烈倾斜，此时，所需的地形区域在航拍图像拍摄时不能被采集到，但是，根据无人驾驶飞机的偏转，临近区域或者甚至是与前一采集到的图像没有重叠的区域被采集到。
[0007]上述数据空缺通常通过反复的上空飞行和再次对相关区域进行图像采集来解决，而这些做法相当耗费时间。
[0008]本发明的目的在于减少或防止上述提及的在航拍图像记录时精确度和耗费时间方面的缺点。
[0009]这一目的通过实施独立权利要求描述的特征来实现。以可选择地或有利的方式来限定本发明的特征通过从属权利要求获得。
[0010]本发明涉及一种在飞机的飞行运动过程中，用带有照相机的无人驾驶的且可控制的飞机(特别是涉及无人机)进行航拍图像采集的方法，该方法包括连续确定照相机的位置和对准照相机光学轴线以及采集航拍图像系列。对于航拍图像系列的每一幅图像，各个航拍图像的采集是在飞机飞过各个图像触发区域时触发的，其中，各个图像触发区域的位置至少通过分别在飞行计划中与所述各个图像触发区域相关的一个触发位置来确定，并取决于飞过各个图像触发区域时照相机光学轴线就相对于预设的空间对准(对于照相机轴线)所限定的最大角度偏差而言的满足情况。
[0011]飞机飞过各个图像触发区域的飞行尤其与照相机(或飞机)在飞行运动中相对于图像触发区域位置的位置相关。只要当前确定的照相机位置(飞机位置)在该图像触发区域内，则通过该区域的飞行正在进行。
[0012]由于无人驾驶飞机(UAV)通常具有相对较弱的马达，UAV位置的主动调整仅在一定限度内实现或根本不调整。然而借助惯性测量单元(MU)或其它的位置测量传感器，可以连续地确定在UAV的空间中的位置和设置在UVA上的照相机的位置。
[0013]UAV根据飞行计划飞过待记录的区域。在这种情况下，照相机在预设的时间周期内被触发。在这种情况下，在添加IMU测量数据时，空间中的位置可以“实时”来确定。如果UAV或照相机轴线(用照相机采集图像的方向)在第一可能触发时间点(在图像触发区域内)偏离预设的对准(例如，严重倾斜而并不是照相机的天底观测方向或水平观测方向)，则触发时间点被延迟一定时间。
[0014]从而，最大数目的航拍图像可在相同的观测方向(例如，天底)但不同的位置(以限定的最小重叠)获得。
[0015]尤其是，根据本发明，图像触发区域通过在飞行运动中待连续采集的两幅航拍图像预设的重叠范围来确定。
[0016]就此而言，根据本发明，所述重叠范围尤其对应于航拍图像的50%至90%之间的图像面积，尤其对应于航拍图像的60%至80%之间的图像面积。
[0017]根据本发明的特殊实施例，图像触发区域是如此确定的，即，针对待连续采集的两幅航拍图像来限定最小图像重叠范围，最小图像重叠范围相对于由飞行计划预先设定的飞行路径被预先确定，尤其是其中，最小图像重叠范围在待连续采集的两幅航拍图像的采集过程中被保持。
[0018]尤其是，根据本发明，最小图像重叠范围在这种情况下是航拍图像的60%的图像面积。
[0019]当每个立体图像的最小图像重叠范围为60 %时，可以在飞行计划中考虑附加20%的图像面积(总共为80%的图像重叠)，并相应限定图像触发区域。如果触发延迟是必需的，则所述延迟可以在位于最小重叠范围和安全系数之间的20%的安全裕度范围内(=图像触发区域)采用。
[0020]在本发明进一步的具体实施方案中，根据相关触发位置，尤其是根据预设的重叠范围，尤其是关于由飞行计划预设的飞行路径，为各个图像触发区域限定起始位置和结束位置。
[0021]也就是说，一旦在飞行运动过程中，用于图像采集的视野边界(所述视野边界的当前位置能够根据连续确定的相机位置推导出来)与图像触发区域的起始位置相对应，直至实现与结束位置的视野边界的对应，就执行航拍图像采集的触发。这些位置可通过测量规定来确定，例如，图像的容许重叠、飞行计划中触发点的位置和/或与各个触发点相关的图像触发区域的目标位置。
[0022]根据本发明的一个【具体实施方式】，预设的空间对准是照相机轴线的天底对准或水平对准。也就是说，航拍图像在照相机关于天底对准或关于水平对准所允许的角度范围内进行米集。
[0023]对于飞行计划，根据本发明，所述飞行计划尤其可以限定多个触发位置，其中为了采集每一张航拍图像而每个触发位置限定一个与图像触发区域相关的位置，尤其是，其中由飞行计划限定的触发位置在飞行中利用飞机以可控制的方式，尤其是根据预设的飞行模式，尤其是以蜿蜒状的飞行方式来到达。
[0024]根据本发明的一个【具体实施方式】，根据用于所述航拍图像采集的实际采集时间点和/或