[发明专利]基于时空回溯的玉米穗期无人机图像对齐方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于时空回溯的玉米穗期无人机图像对齐方法与系统，包括：获取若干幅抽穗时期玉米地的无人机遥感数据；基于时空回溯模型，对于每一幅玉米穗期的第一图像，获取其对应的玉米拔节时期的第二图像；基于第二图像的POS信息，将第二图像投影至WGS‑84坐标系，根据重叠区域像素差异最小化原则，调整第二图像间的相对位置；对于每一对相邻的第二图像，基于SIFT特征计算匹配的特征点对，使用RANSAC方法消除误匹配的特征点对，基于特征点对进一步调整第二图像间的相对位置；根据确定的图像对齐信息，将第二图像替换为对应的第一图像，继续后续的图像拼接操作。本发明可以在拔节时期纹理较为简单的情况下完成图像对齐，为后续的图像拼接操作垫定基础。

技术领域

本发明涉及无人机遥感的技术领域，尤其是指一种基于时空回溯的玉米穗期无人机图像对齐方法与系统。

背景技术

玉米穗期是产量形成的关键时期，基于无人机低空遥感能够快速有效监测玉米穗期的农情信息，为玉米田间管理提供决策依据。在无人机遥感监测中，通常先将同个田块的无人机图像拼接形成正摄影像图，再进行图像分析得到农情信息。图像对齐是图像拼接的第一个步骤，对于正摄影像图的生成效果具有重要影响。当前主流的图像对齐方法，是使用无人机图像的POS信息进行图像的粗略对齐，再基于相邻图像匹配的特征对进行精确对齐。然而，玉米从拔节时期进入穗期之后，由于顶部玉米穗的出现，冠层图像的纹理复杂程度急剧增加，使得特征点的匹配计算难以完成。图像对齐失败，将使得后续的图像拼接及图像分析都无法完成。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于时空回溯的玉米穗期无人机图像对齐方法与系统，基于时空回溯方法将玉米穗期图像转化为玉米拔节时期图像，在拔节期图像上完成图像对齐，使得穗期图像能够完成后续图像拼接操作。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

基于时空回溯的玉米穗期无人机图像对齐方法，包括以下步骤：

S1、获取若干幅抽穗时期玉米地的无人机遥感数据；其中，获取的遥感数据，既包括玉米穗期的第一图像，也包括第一图像对应的POS信息；

S2、基于时空回溯模型，对于每一幅玉米穗期的第一图像，获取其对应的玉米拔节时期的第二图像；其中，所述第二图像的POS信息与对应的第一图像相同；

S3、基于第二图像的POS信息，将第二图像投影至WGS-84坐标系，根据重叠区域像素差异最小化原则，调整第二图像间的相对位置，实现图像的粗略对齐；

S4、对于每一对相邻的第二图像，基于SIFT特征计算匹配的特征点对，使用RANSAC方法消除误匹配的特征点对，基于特征点对进一步调整第二图像间的相对位置，实现图像精确对齐；

S5、根据确定的图像对齐信息，将第二图像替换为对应的第一图像，继续后续的图像拼接操作。

进一步，所述步骤S1包括以下步骤：

S101、在无人机地面站上，设定抽穗时期的玉米地作为航拍区域，设定航拍的航向重叠率和旁向重叠率，所述地面站根据作业信息自动生成航线；

S102、无人机根据规划的航线自主飞行，根据设定的航向重叠率和旁向重叠率自动采集第一图像，记录第一图像的POS信息；其中，所述第一图像的POS信息包括经度、纬度、高度、航向偏角、旁向偏角和旋转角；

S103、无人机基于5G通讯，将采集到的遥感数据实时上传至服务器；其中，实时上传的遥感数据既包括第一图像，也包括第一图像的POS信息；所述无人机与服务器基于IP地址和端口号，建立端对端的套接字连接，所述无人机通过机载嵌入式芯片，将遥感数据以字节流形式传送至服务器。

进一步，所述步骤S2包括以下步骤：