[发明专利]基于无人机航迹约束的多航带图像拼接与定位方法

说明书

本发明涉及计算机图像处理与地图测绘领域，具体为一种基于多旋翼无人机航迹约束的多航带视频图像拼接与定位方法，主要用于提高航带间图像的拼接质量和全景图的定位精度；本发明首先对航拍视频中所有图像的GPS信息进行处理，得到航迹信息，然后对待拼接图像进行一系列图像处理操作，求得单应性矩阵，利用该矩阵将待拼接图像映射到拼接图中，最后利用图像与GPS信息一一对应的关系，实现GPS定位功能。该发明能有效改善多条航带平行情况下的图像拼接效果，得到的拼接结果能真实反映出无人机飞行过程中拍摄过的所有景物信息，另外，结合飞行过程中采集的GPS信息，该发明能定位出拼接结果中每个像素点的GPS坐标，定位误差不超过10m。

技术领域

本发明涉及计算机图像处理与地图测绘领域，具体为基于多旋翼无人机航迹约束的多航带视频图像拼接与定位方法，主要用于提高航带间图像的拼接质量和全景图的定位精度。

背景技术

多旋翼无人机凭借其机动灵活的起降方式、低空循迹的自主飞行特点以及快速响应和稳定飞行的能力已被广泛应用于抗灾救灾、军事侦察、农作物病害检测、环境保护等测绘技术领域。其中大多数需求都直接表现为得到飞行作业区全景图及图中各点的GPS信息。

目前无人机航拍图像拼接方法主要为基于图像特征的拼接方法，该方法对单航带图像的拼接效果比较理想，但多航带拼接时常出现两条甚至多条航带相互交叉，重叠等情况；传统的无人机图像定位方法主要通过一帧图像的中心点GPS，利用地面分辨率与比例尺递推出该帧图像中其他各点的GPS信息，但这种方法计算每帧图像的分辨率、比例尺时会出现误差，而且整体误差会随拼接过程逐渐累积。

如何提高多条航带拼接图像的质量和全景图的定位精度是亟需解决的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高航带间图像拼接质量和全景图定位精度的方法，该方法适用于多旋翼无人机航带平行的飞行任务。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

基于无人机航迹约束的多航带图像拼接与定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、数据预处理

读取视频中所有图像的GPS坐标信息，将其转换为UTM坐标之后存入数据容器utmDat a，从第1帧图像开始，计算前后两帧图像的UTM坐标差值，依次为U₁,U₂,...,U_K-1，并令 U_K＝U_K-1，并将所有坐标差值存入数据容器utmDelta中；K为视频中图像总帧数；

对utmDelta中的数据做二值化处理：令悬停处的UTM坐标差值为0，进而将视频中所有图像划分为M条航带；

步骤2、第1条航带拼接

步骤2-1、图像预处理，对每帧视频图像进行灰度化，

步骤2-2、对预处理后图像进行关键帧筛选，得到K₁个关键帧图像；

步骤2-3、图像特征提取

对步骤2-1中得到的每个关键帧图像用SURF算子检测图像特征得到特征点集，并采用B RISK特征描述子对特征点计算生成特征描述向量；

步骤2-4、图像特征匹配

1)对第1条航带的第k-1个关键帧f_1,k-1与第1条航带的第k个关键帧f_1,k的特征描述向量进行BF匹配得到初始匹配结果，

2)找到初始匹配结果中相似距离的最小值T_min，据其设置阈值4*T_min，将匹配结果ma tches中相似距离大于该阈值的匹配对剔除；得到最佳匹配点对集；