[发明专利]一种无控制点的航拍图像几何校正方法

说明书

本发明涉及一种无控制点的航拍图像几何校正方法，属于数字图像处理领域。本发明利用飞行姿态信息如俯仰角、翻滚角、航偏角，以及航高信息，对航拍图像进行无控制点校正，提供由校正图像坐标计算航拍图像坐标的逆向校正方案，充分利用原始图像的原始像素信息，消除由航拍图像坐标计算校正图像坐标的正向校正法可能出现的0.5个像素偏移以及重复对应等问题，使得校正图像质量更高。采用三次样条插值法对126帧航拍图像进行几何校正，采用SIFT方法对相邻帧图像进行特征提取与匹配，本发明正确匹配特征点对数目提高5.47％，匹配正确率提高2.58％，匹配分数提高17.95％。

技术领域

本发明属于数字图像处理领域，特别是涉及一种无控制点的航拍图像几何校正方法。

背景技术

近年来，随着无人机技术的不断成熟，以及无人机灵活机动、拍摄图像分辨率高等优点，无人机在航拍中获得了广泛应用。然而，无人机在飞行过程中易于受到气流波动、机身震动等因素影响，导致飞行姿态信息，包括俯仰角、翻滚角、航偏角，以及航高信息发生变化，获取的航拍图像较地面实物存在一定的几何畸变，即实物的像元在图像中有平移、缩放、旋转、拉伸等情况。为了消除航拍图像中的几何畸变，需要对图像进行几何校正。

目前，图像的几何校正方法主要分为两种：基于控制点的方法和无控制点的方法。基于控制点的方法又分为两种：人工布置控制点校正和以现有正射图像作为参考图的校正。首先，人工布置控制点校正方法，需要在无人机飞行沿线布置地面控制点，在获取航拍图像之后进行多项式拟合校正，校正精度高。然而，这种方法需要投入大量的人力、物力和财力，尤其在山地、荒漠等地布置控制点，布置难度较大。其次，以现有正射图像作为参考图的校正方法，需要用到飞行沿线大比例尺的正射参考图像，该正射参考图像在一般情况下也较难获取，进而制约了这种图像几何校正的应用。

与上述基于控制点的图像几何校正方法相比，无控制点的方法无需地面控制点或正射参考图像信息，在实际应用中方便实现。李峥提出了一种仅仅利用航拍飞行信息进行图像几何校正的方法(李峥，“缺少控制点的无人机遥感影像几何校正技术研究”，电子科技大学硕士论文，2010)，只需获取俯仰角、翻滚角、航偏角，以及航高信息，即可进行图像的几何校正。这些航拍飞行信息是无人机的基本传感信息，易于获取。因此，这种方法适合无人机航拍图的几何校正。但是，该方法采用了由航拍图像坐标计算校正图像坐标的正向校正方案，在像素坐标对应上可能存在0.5个像素大小的偏移。

发明内容

考虑到航拍图像原有信息的真实性，本发明给出由校正图像坐标计算航拍图像坐标的逆向校正方案，能消除正向法可能出现0.5个像素大小的偏移问题，使得校正图像质量更高。

本发明的技术方案：

一种无控制点的航拍图像几何校正方法，设(x,y)表示校正后像素在图像物理坐标系下的坐标，单位：毫米(mm)；(u,v)表示校正后在图像像素坐标系下坐标，单位：像素(pixel)；(x',y')和(u',v')分别表示校正前对应于(x,y)和(u,v)的坐标。(C_u,C_v)表示图像光心(即摄影中心)在图像像素坐标下的坐标，单位：像素(pixel)；(d_x,d_y)表示单位像素的物理长度，单位：毫米/像素(mm/pixel)。在校正过程中，用校正后的坐标表示校正前的坐标，即用(u,v)的表达式表示(u',v')。图像校正过程如下：

步骤一，将图像像素坐标转换成图像物理坐标：

式中←表示赋值；

步骤二，进行高度逆校正：