[发明专利]一种基于卫星影像的无人机影像快速概略拼接方法

说明书

本发明的一种基于卫星影像的无人机影像快速概略拼接方法：使用无人机机载数码相机对地面进行近似垂直摄影，计算得到无人机影像的航摄区域的地面分辨率；对无人机影像进行降采样，使其与卫星影像具有近似的地面分辨率；对无人机和卫星影像进行双边滤波，以去除弱特征点；用降尺度空间SURF算法对无人机和卫星影像进行特征点提取；用欧氏距离进行特征点的匹配，并用模板匹配辅助优选一对正确的匹配点；利用匹配点的尺度和方向信息构建相似变换矩阵，以确定无人机影像在卫星影像中的概略位置；将多幅无人机影像配准到卫星影像中，得到无人机影像间的方位信息，完成无人机影像概略拼接。本发明无需连续的无人机影像，其计算效率高、速度快、适用广。

技术领域

本发明涉及航空摄影测量技术领域，具体涉及一种基于卫星影像的无人机影像快速概略拼接方法。

背景技术

无人机遥感是一种低成本、高灵活度的遥感手段，已经被广泛应用于工程勘察、城市规划、灾害监测和土地利用调查等方面，有效弥补了卫星影像分辨率低、重访周期长的缺点。目前针对无人机影像拼接的方法主要有：基于POS(position and orientationsystem,定位定姿系统)数据的拼接和基于特征的拼接。但是基于POS数据的拼接必须有POS数据的支持，目前多数无人机无法携带精确的POS系统，尚不具备应用条件；基于特征的拼接耗时长，且受影像的成像质量影响较大。

基于特征的无人机影像快速拼接方法是目前研究的重要方向，其主要有两种实现路径：一是对所有无人机影像提取特征点，对任意两张影像进行特征点的匹配，进而完成影像间的拼接；二是针对连续的无人机影像，仅对一张影像周围的少数影像进行特征点的匹配。路径一可以适用于杂乱无序的无人机影像，但是由于特征点描述子具有较高的维度，任意的两两匹配使计算效率较低。路径二需要连续的无人机影像，针对补拍或漏拍等情况不具有适应性，会造成计算失败。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种基于卫星影像的无人机影像快速概略拼接方法，无需连续的无人机影像，其计算效率高、速度快、适用广，拼接精度能够满足影像后续处理的要求。

为了解决上述现有技术的技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种基于卫星影像的无人机影像快速概略拼接方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、使用无人机机载数码相机对地面进行近似垂直摄影，获取航摄区域的地面场景的无人机影像；通过网络获取航摄区域的卫星影像，用作无人机影像概略拼接的底图；通过获取所述相机像元尺寸、镜头焦距以及飞行航高信息，计算得到无人机影像的航摄区域的地面分辨率；

步骤2、影像预处理，包括影像降采样和双边滤波：用卫星影像地面分辨率与无人机影像地面分辨率的比值，作为无人机影像的降采样比例，对无人机影像进行降采样，使其与卫星影像具有近似相同的地面分辨率；并且，用滤波器对无人机影像和卫星影像进行双边滤波；

步骤3、利用降尺度空间的SURF算法对无人机影像和卫星影像进行特征点的提取：由于无人机影像和卫星影像具有近似相同的地面分辨率，所以仅需选用少量滤波器模板参与特征点提取的计算；

步骤4、进行欧氏距离匹配，并用模板匹配辅助优选匹配点：利用欧氏距离对无人机影像和卫星影像的两幅图像中的特征点进行匹配，利用特征点主方向对卫星影像进行旋转，消除影像间的旋角；然后在此基础上，利用基于标准平方差的模板匹配方法加以辅助，剔除误差较大的匹配点，计算得到一对最优匹配特征点；

步骤5、在所述的SURF算法中，提取的特征点具有像素坐标、尺度和方向信息，利用所述的一对最优匹配特征点的像素坐标、尺度和方向信息，构建相似变换矩阵R，其矩阵计算公式如下：

其中，s表示两特征点尺度比值，θ表示两特征点主方向之间旋角，d_x和d_y分别表示两特征点在x方向和y方向的像素坐标之间的差；