[发明专利]一种基于图像拼接的无人机航拍建图方法

说明书

本发明涉及一种基于图像拼接的无人机航拍建图方法，一是通过无人机拍摄的视频图像，结合飞行数据中的前向速度和俯仰角等参数，并结合相机参数中的分辨率和帧率等参数生成一幅大的地图；二是根据飞行数据中的高度、经纬度、偏航角等参数，并结合相机参数中的焦距计算上一步得到的地图上每一个像素点的地理坐标。本发明采用图像直接拼接的方法，即无人机以折返的方式覆盖整个任务区域，飞行过程中相机光轴垂直于无人机所在平面指向地面拍摄视频，取视频里每帧图像垂直于飞行方向的中间若干行，相当于无人机“扫描”了整个任务区域；然后将这些“若干行”拼接起来得到整个任务场景的地图，最后结合经纬度信息构建矢量地图。

技术领域

本发明属于信息融合领域，具体内容是通过无人机扫描某区域采集视频数据并记录飞行数据，根据这些数据再结合相机参数，构建该区域的矢量地图。

背景技术

车辆在城市区域行驶可以通过现有卫星地图进行导航，但在偏远地区，卫星地图的分辨率往往很低，难以实现导航定位精度要求较高的任务。为了满足导航定位的精度需求，可采用搭载高分辨率相机的无人机对任务区域进行扫描，并通过一些方法得到任务区域的矢量地图。

现有的航拍建图方法主要分为两类：第一类方法是通过图像特征提取和立体匹配进行三维重建，视觉SLAM也可以归为此类，这种方法可以得到点云地图。该方法相对来说技术难度大，对设备要求较高；视觉SLAM技术尚处于研究阶段，受光照影响很大，尤其是针对户外的真实环境该方法鲁棒性很低。而且，在很多特定的任务场景中只需要获得平面地图，三维地图是不必要的。第二种方法是图像拼接，包括两大主要过程：图像配准和图像融合。这种方法也是现在主流的航拍建图方法，文献“大区域无人机航拍图像拼接算法研究”中具体介绍了这种方法，通过文中提出的迭代全局配准算法和最小割最大流原理能得到较好的结果。但这种方法适用于大区域航拍建图，随着无人机飞行高度的降低图像拼接会出现严重的拼接缝和“鬼影”现象。而且，以上两种方法都很难将图像信息和飞行数据较好的融合在一起，

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，针对无人机低空航拍小区域本发明提出了一种基于图像直接拼接的无人机航拍建图方法。

技术方案

一种基于图像拼接的无人机航拍建图方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：对无人机搭载的摄像头进行标定，获取相机的内参数，所述的内参数包括焦距和畸变参数；并设置相机包括帧率和分辨率c×d；

步骤2：从无人机采集的视频数据中提取每一帧图像，假设一共有m帧图像，根据标定结果对m帧图像进行去畸变处理；

步骤3：接收无人机的飞行数据，其中包括飞行高度、经纬度以及无人机本体坐标系下的前向飞行速度和三个姿态角；所述无人机本体坐标系的X轴为无人机前进方向，z轴垂直无人机平面向下，坐标系符合右手建系准则；绕x轴为滚转角roll，绕y轴为俯仰角pitch，绕z轴为偏航角yaw；

步骤4：由前向飞行速度确定每帧图像中应提取的行数：

n_i＝k_i·v_i,i＝1,2,…,m (1)

式中，v_i为每帧图相对应的前向飞行速度；比例系数k_i为行速比，由下面公式确定：

式中，h_i为飞行高度，f_ps为相机帧率，ξ为相机视场角；由于n_i为小数，所以对其取整：

nz_i＝floor(n_i),i＝1,2,…,m (3)

式中，floor为向下取整函数，定义行数余量为：