专利名称：一种无人机航摄立体成像处理设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及成像设备，具体地说是涉及一种无人机航摄立体成像处理设备。
背景技术：
现有的无人机通过光电和数码平台获得空间的二维信息，而后进行判读，该设备采用双目立体视觉技术，实现目标场景的三维再现，并完成对景物的空间定位。光电和数码平台获得的影像可以提取目标的二维信息，但无法得到目标的深度信息。获取影像中的目标的空间立体信息是无人机航摄影像应用的难点问题。从当前无人机航摄影像处理技术及其处理设备现状来看，主要存在以下几个方面的缺点( 1)缺少系统性的立体定位处理技术。多数无人机没有采用立体定位处理技术，仅仅使用获取的像片进行简单的图像判读和分析使用。(2)缺少实现立体成像处理的设备。现有的无人机主要采用单传感器对地面进行航摄，每个摄站仅能够获取一幅影像，没有充分利用每个摄站的航摄信息，同时也没有立体成像处理的设备。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种无人机航摄立体成像处理设备，针对无人机航摄像片现有技术和处理方法存在的问题，立足双摄像机无人机航摄处理，重点研究了在无人机上组建双目立体视觉系统的问题，实现了对地面景物的立体定位。本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的一种无人机航摄立体成像处理设备，包括图像捕获模块、摄像机标定模块、图像预处理模块、摄像机内方位标定模块、 摄像机外方位标定模块、立体匹配模块和三维重建模块，所述图像捕获模块同时连接摄像机标定模块及图像预处理模块，图像预处理模块输出端连接到立体匹配模块的输入端，立体匹配模块的输出端、摄像机内方位标定模块的输出端，以及摄像机外方位标定模块的输出端同时连接到三位重建模块。该实用新型进一步具体为所述图像捕获模块包括前CCD摄像机、后CCD摄像机、图像采集卡，前CCD摄像机、 后CCD摄像机输入端连接到摄像机内方位标定模块，输出端连接到图像采集卡，图像采集卡的输出端连接到图像预处理模块。所述图像采集卡包括依序连接的低通滤波器、采样保持电路、A/D转换器、图像存储单元、CPU以及显示器。。所述图像预处理模块包括图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元，图像采集卡的输出端同时连接到图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元的输入端，图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元的输出端连接到立体匹配模块。所述立体匹配模块包括依序连接的特征提取单元和特征匹配单元，所述摄像机内方位标定模块包括控制场单元、特征提取单元，以及摄像机内方位元素解算单元，所述前 CCD摄像机、后CCD摄像机输入端连接到摄像机内方位标定模块的控制场单元，所述图像预处理模块的图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元的输出端同时连接到立体匹配模块的特征提取单元和摄像机内方位标定模块的特征提取单元，所述摄像机内方位标定模块包括GPS和惯性导航系统、摄像机外方位元素解算单元，所述立体匹配模块的特征匹配单元的输出端、摄像机内方位标定模块的摄像机内方位元素解算单元的输出端，以及摄像机外方位标定模块的摄像机外方位元素解算单元的输出端同时连接到三维重建模块的空间坐标计算单元，所述三维重建单元还包括连接到空间坐标计算单元输出端的深度图生成单元。本实用新型的优点是解决了以下技术问题1.双目立体视觉模型的创建。根据双目立体视觉的基本原理，研究出一套适合无人机航摄像片获取立体影像的模型，实现深度信息的提取。2.摄像机的标定技术。针对三维重建需要内外方位元素，提出使用控制场标定的方法进行摄像机的内方位元素的标定，提高了标定精度。3.景物的三维重建技术。采用基于边缘特征提取的立体匹配方法，实现三维重建。与现有技术相比具有以下有益效果1.操作简单，系统只需很少的人工干预即可实现对目标的三维定位，克服传统处理方法需要大量人工复杂操作的缺点。2.深度信息精度效果好，基于双目立体视觉的立体定位系统能快速、准确、灵活的对目标进行空间定位，而传统的做法需要大量的地面控制点进行计算。3.双目立体视觉定位处理速度快，与传统的人工对目标空间定位相比，该系统可实现实时定位，由双目视觉系统获取的像片通过无线电发回地面接受，直接应用该系统解算目标的空间信息，速度快，实时性好，可满足快速获取信息的需求。
图1为本实用新型一种无人机航摄立体成像处理设备的结构框图。图2为图像采集卡的原理框图。
具体实施方式
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。如图1所示，本实用新型一种无人机航摄立体成像处理设备包括图像捕获模块、 摄像机标定模块、图像预处理模块、摄像机内方位标定模块、摄像机外方位标定模块、立体匹配模块和三维重建模块。所述图像捕获模块同时连接摄像机标定模块及图像预处理模块，图像预处理模块输出端连接到立体匹配模块的输入端，立体匹配模块的输出端、摄像机内方位标定模块的输出端，以及摄像机外方位标定模块的输出端同时连接到三位重建模块。 所述图像捕获模块包括前CCD (电荷耦合器件)摄像机、后CCD摄像机、图像采集卡，该图像捕获模块模块能够生成两CCD摄像机对同一目标的航空像片对。前CCD摄像机、 后CCD摄像机输入端连接到摄像机内方位标定模块，前CCD摄像机、后CCD摄像机输出端连接到图像采集卡，图像采集卡的输出端连接到图像预处理模块。图像采集卡主要完成对模拟视频信号的数字化过程。请同时参阅图2所示，所述图像采集卡包括依序连接的低通滤波器、采样保持电路、A/D转换器、图像存储单元、CPU, 以及显示器。前CCD摄像机、后CCD摄像机对输入的景物的视频信号进行实时采集，视频信号首先经低通滤波器滤波，转换为在时间上连续的模拟信号，按照应用系统对图像分辨率的要求，用采样保持电路对连续的视频信号在时间上进行间隔采样，把视频信号转换为离散的模拟信号，经A/D转换后存储在图像存储单元的一个或多个信道中，通过计算机发出指令，将一帧图像静止在图像存储信道中，即采集或捕获了一帧图像，计算机对采集的图像进行处理，并将图像实时地显示到显示器上。除此之外，图像采集卡还具有对视频图像分析、 处理功能，并可对摄像机进行有效的控制。所述图像预处理模块包括图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元。图像采集卡的输出端同时连接到图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元的输入端，图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元的输出端连接到立体匹配模块。图像预处理的目的有两个一是改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度；二是使图像变得更有利于计算机的处理，便于各种特征分析。图像增强单元主要是实现图像的灰度(或亮度)的调整，突出图像的细节信息；图像恢复单元主要解决图像的像移补偿问题， 提高图像的清晰度；噪声平滑滤波单元主要解决图像获取以及传输过程的噪声抑制问题； 几何校正单元依据内方位元素实现图像像片坐标转换以及图像内部的几何畸变校正的功能。所述立体匹配模块包括依序连接的特征提取单元和特征匹配单元。特征提取就是从两幅图像中提取便于匹配的特征基元，如点状特征、线状特征或区域特征等。特征匹配是根据对所选特征基元的计算，建立两幅图像特征基元间的一一对应关系，并由此得到相应的视差图像。所述摄像机内方位标定模块包括控制场单元、特征提取单元，以及摄像机内方位元素解算单元。所述前CCD摄像机、后CCD摄像机输入端连接到摄像机内方位标定模块的控制场单元。所述图像预处理模块的图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元的输出端同时连接到立体匹配模块的特征提取单元和摄像机内方位标定模块的特征提取单元。所述摄像机内方位标定模块包括GPS和惯性导航系统、摄像机外方位元素解算单元。所述立体匹配模块的特征匹配单元的输出端、摄像机内方位标定模块的摄像机内方位元素解算单元的输出端，以及、摄像机外方位标定模块的摄像机外方位元素解算单元的输出端同时连接到三维重建模块的空间坐标计算单元。所述三维重建单元还包括连接到空间坐标计算单元输出端的深度图生成单元。[0041]摄像机标定是为了确定摄像机的位置、属性参数和建立成像模型，以便确定空间坐标系中物体点同它在图像平面上像点之间的对应关系。从摄像机获取的图像信息出发计算三维空间中物体的几何信息，并由此重建和识别物体，而空间物体表面某点的三维几何位置，其与图像中对应点之间的相互关系是由摄像机成像的几何模型决定的，这些几何模型参数就是摄像机参数。摄像机标定需要确定摄像机内部几何和光学特性(内方位元素)和相对一个世界坐标系的摄像机坐标系的三维位置和方向(外方位元素)。本实用新型一种无人机航摄立体成像处理设备的简要操作过程为1.摄像机标定。首先，利用两摄像机拍摄控制场图，由图像采集卡获取拍摄后的图像；其次，通过图像预处理模块，对图像进行图像增强、图像恢复、噪声平滑滤波和几何校正等处理，提取特征点，计算摄像机的内方位元素。两摄像机对地面景物拍摄时，记录无人机GPS和惯性导航系统给出的位置和姿态信息，解算两摄像机的外方位元素。2.立体视觉重建第一步，两摄像机对地面景物进行拍摄，由图像采集卡获得景物的图像对；第二步，经过图像预处理模块对图像处理，利用特征匹配的方法提取图像对的特征点，进行立体匹配；第三步，通过两摄像机的内外方位元素，解算景物的空间坐标。
权利要求1.一种无人机航摄立体成像处理设备，其特征在于包括图像捕获模块、摄像机标定模块、图像预处理模块、摄像机内方位标定模块、摄像机外方位标定模块、立体匹配模块和三维重建模块，所述图像捕获模块同时连接摄像机标定模块及图像预处理模块，图像预处理模块输出端连接到立体匹配模块的输入端，立体匹配模块的输出端、摄像机内方位标定模块的输出端，以及摄像机外方位标定模块的输出端同时连接到三位重建模块。
2.如权利要求1所述的一种无人机航摄立体成像处理设备，其特征在于所述图像捕获模块包括前CCD摄像机、后CCD摄像机、图像采集卡，前CCD摄像机、后CCD摄像机输入端连接到摄像机内方位标定模块，输出端连接到图像采集卡，图像采集卡的输出端连接到图像预处理模块。
3.如权利要求2所述的一种无人机航摄立体成像处理设备，其特征在于所述图像采集卡包括依序连接的低通滤波器、采样保持电路、A/D转换器、图像存储单元、CPU以及显示ο
4.如权利要求2或3所述的一种无人机航摄立体成像处理设备，其特征在于所述图像预处理模块包括图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元，图像采集卡的输出端同时连接到图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元的输入端，图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元的输出端连接到立体匹配模块。
5.如权利要求4所述的一种无人机航摄立体成像处理设备，其特征在于所述立体匹配模块包括依序连接的特征提取单元和特征匹配单元，所述摄像机内方位标定模块包括控制场单元、特征提取单元，以及摄像机内方位元素解算单元，所述前CCD摄像机、后CCD摄像机输入端连接到摄像机内方位标定模块的控制场单元，所述图像预处理模块的图像增强单元、图像恢复单元、噪声平滑滤波单元和几何校正单元的输出端同时连接到立体匹配模块的特征提取单元和摄像机内方位标定模块的特征提取单元，所述摄像机内方位标定模块包括GPS和惯性导航系统、摄像机外方位元素解算单元，所述立体匹配模块的特征匹配单元的输出端、摄像机内方位标定模块的摄像机内方位元素解算单元的输出端，以及摄像机外方位标定模块的摄像机外方位元素解算单元的输出端同时连接到三维重建模块的空间坐标计算单元，所述三维重建单元还包括连接到空间坐标计算单元输出端的深度图生成单元。
专利摘要一种无人机航摄立体成像处理设备，包括图像捕获模块、摄像机标定模块、图像预处理模块、摄像机内方位标定模块、摄像机外方位标定模块、立体匹配模块和三维重建模块，所述图像捕获模块同时连接摄像机标定模块及图像预处理模块，图像预处理模块输出端连接到立体匹配模块的输入端，立体匹配模块的输出端、摄像机内方位标定模块的输出端，以及摄像机外方位标定模块的输出端同时连接到三位重建模块。本实用新型的优点在于操作简单，系统只需很少的人工干预即可实现对目标的三维定位；深度信息精度效果好；双目立体视觉定位处理速度快。
文档编号G06T7/00GK202075794SQ20112016737
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者姚树良, 徐甲, 李光, 李玉阁, 段连飞, 王小中, 陈刚 申请人:段连飞