[发明专利]基于无人机航拍影像数据的实时三维建模方法及系统

权利要求书

1.基于无人机航拍影像数据的实时三维建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，系统根据无人机拍摄的照片间同名特征点和相机的设定参数进行相对定向，通过解算得到无人机飞行轨迹内相邻照片间的相对位置和姿态数据信息，构建得到若干独立拍摄控制点的空间三维模型；

第二步，系统根据图像数据空间三维相似变换原理对第一步得到的若干独立拍摄控制点的空间三维模型进行连接，得到对应的由若干独立拍摄控制点组成的集合飞行轨迹空间三维模型；

第三步，系统根据空间三维相似变换原理计算目标环境成像区内无人机所有飞行轨迹内和飞行轨迹间所拍摄照片影像间的相对位置和姿态数据信息，生成目标环境成像区域的自由网空间三维模型；

第四步，系统将构建的自由网空间三维模型作为初值，根据无人机拍摄照片时对每一张照片定位并标注的已知控制点信息，对模型中的像素控制点及其信息进行手工转刺或自动导入，利用控制点坐标对自由网模型进行绝对定向，将区域自由网模型转换至控制点坐标系中，通过加入空间定位辅助算法进行控制网平差，对无人机拍摄的照片GPS空间定位信息进行检测、矫正和剔除粗差，得到控制点坐标系下稳定的外方位元素和加密点坐标。

2.根据权利要求1所述的基于无人机航拍影像数据的实时三维建模方法，其特征在于：所述三维建模方法是基于原有基础空间三维解算算法的基础上建立，通过在空间三维解算算法内对各个拍摄点的拍摄延迟误差进行逐点拍摄时间及位移补偿，可得到航摄照片精确的内、外方位元素信息。

3.根据权利要求2所述的基于无人机航拍影像数据的实时三维建模方法，其特征在于：所述空间三维解算算法的数学模型如下：

其中，

[x y -f]^T为像点(x,y)的像空间坐标；

λ为投影系数；

是一个3×3阶的旋转变换矩阵，由影像外方角位元素ω、K所对应9个方向的正弦值、余弦值构成,R^T为其转置矩阵，为曝光时刻站点的GPS位置；

[x₀ y₀ z₀]^T为GPS天线相位中心在像空间坐标系下的坐标；

为当前时刻的无人机平台在三个方向上的速度矢量；

[X Y Z]^T为像点所对应的像空间辅助坐标；

Δt为相机的曝光延迟时间。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于无人机航拍影像数据的实时三维建模系统，包括无人机照片影像采集平台和云计算平台，其特征在于：所述无人机照片影像采集平台和云计算平台之间通过网络进行数据传输，所述无人机照片影像采集平台将采集的照片影像和空间位置数据传输到云计算平台内，所述云计算平台用于建立空间三维模型；

所述无人机照片影像采集平台内设置有飞行控制系统、采集模块和GPS差分模块，所述采集模块和GPS差分模块与飞行控制系统连接；

所述云计算平台内设有数据接收模块、数据运算模块和数据处理模块，所述数据接收模块将接收的数据传输的到数据接收模块内。

5.根据权利要求4所述的基于无人机航拍影像数据的实时三维建模系统，其特征在于：所述采集模块用于拍摄照片，所述GPS差分模块用于记录空间位置；

所述飞行控制系统用于控制采集模块和GPS差分模块，并向采集模块发出照片拍摄信号，向GPS差分模块发出空间位置记录信号。

6.根据权利要求4所述的基于无人机航拍影像数据的实时三维建模系统，其特征在于：所述采集模块为搭载在无人机上的航摄相机。

7.根据权利要求4所述的基于无人机航拍影像数据的实时三维建模系统，其特征在于：所述数据处理模块用于对数据运算模块处理后的数据进行三维建模。

8.根据权利要求4所述的基于无人机航拍影像数据的实时三维建模系统，其特征在于：所述数据运算模块用于根据无人机拍摄的照片间同名特征点和相机的设定参数进行相对定向和解算。