[发明专利]一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法

权利要求书

1.一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，基于旋翼无人机倾斜摄影测量、贴近摄影测量、激光扫描数据通过三维重建或人工建模的方式获取三维场景模型，生成虚拟无人机的三维模型，确定虚拟相机A和B的内部参数；步骤S1，具体包括以下步骤：

步骤S1a，利用旋翼无人机倾斜摄影测量、贴近摄影测量、激光扫描数据三维重建的方式，获取现实场景中工作区域的三维精细模型，得到若干个不同区域的三维场景模型，或者通过人工建模方式获得非现实场景的三维场景模型，并保存在计算机外存中；

步骤S1b，通过实际的航测无人机的三维建模，生成相应的虚拟无人机的三维模型，或者通过人工建模方式获得虚拟无人机的三维模型，虚拟无人机的三维模型包括虚拟云台和虚拟相机A；

步骤S1c，通过实际的航测无人机的相机标定，确定虚拟相机A的内部参数，包括焦距、像主点坐标、畸变参数，或者人工设定虚拟相机A的内部参数；虚拟相机B是以虚拟无人机的第三视角进行虚拟摄影的虚拟相机，人工设定虚拟相机B的内部参数；

S2，通过虚拟仿真系统所配备的模拟操控设备与系统进行交互操作，设置地面站的无人机航线类型和航测参数，包括飞行范围、飞行速度、航高、航向重叠度、旁向重叠度，确定无人机航线的每个等时间间隔点和悬停拍摄点的空间位置，以及在上述空间位置上的虚拟无人机和虚拟相机A的姿态；

S3，以设置的航线为轴线，虚拟无人机的包围球半径为半径构成空间圆柱体，检测该空间圆柱体是否与飞行范围内的三维场景模型相交，若相交，则虚拟无人机与上述的三维场景模型发生碰撞，计算机显示发生碰撞的空间位置，则航线类型和航测参数设置错误，转到步骤S2执行，否则执行步骤S4；

S4，虚拟无人机沿步骤S2设置的航线飞行，选择或者不选择自然条件对虚拟无人机位置和姿态的修正，每间隔一定时间，以虚拟无人机的第一视角，或在其附近的视点以第三视角在计算机上显示相应的虚拟摄影图像，在航线上的每个悬停拍摄点进行虚拟摄影，获取不同天气的光照模型下的三维场景模型的虚拟摄影图像，悬停拍摄点的地理信息坐标记录在pos文件中；

S5，基于飞行航线上所有悬停拍摄点的虚拟摄影图像，进行虚拟摄影图像的像控点布设，利用航测内业软件生成虚拟仿真系统的地理信息产品，包括数字高程模型、数字正射影像图和三维模型。

2.如权利要求1所述的一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法，其特征在于：在步骤S1中，虚拟相机A和B的内部参数包括相机标定的输入、标定图像上所有内角点的图像坐标、标定板图像上所有内角点的空间三维坐标、相机标定的输出、摄像机的内参、外参系数。

3.如权利要求1所述的一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法，其特征在于：在步骤S2中，系统配备的模拟操控设备包括航测模型机搭载飞控系统模拟模块、相机系统模拟模块，使用模拟调试软件对上述模拟操控设备进行参数设置，调试后将其装回航测模型机，并将参数通过2.4G无线模块实时同步至无人机航测虚拟仿真系统中。

4.如权利要求1或3所述的一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法，其特征在于：无人机航线设置成二维航线、三维航线或兴趣点环绕航线。

5.如权利要求1所述的一种基于场景建模和虚拟摄影的无人机航测虚拟仿真方法，其特征在于：步骤S4，具体包括以下步骤：

步骤S4a，虚拟仿真系统选择或者不选择根据设置的风速、气压和温度自然条件，在每个等时间间隔点和悬停拍摄点对虚拟无人和虚拟相机A的位置和姿态进行修正，若不选择上述操作，则执行下一步，判断修正位置和方向后的虚拟无人机与三维场景模型是否发生碰撞，若发生碰撞，计算机显示发生碰撞的空间位置，转到步骤S2执行，否则执行下一步；

步骤S4b，在航线上虚拟无人机的每个等时间间隔点，计算虚拟相机A的摄影中心和姿态，进而得到虚拟相机A的视棱锥的空间范围，将上述范围内的三维场景模型载入计算机内存，利用光照模型计算三维场景模型的虚拟摄影图像，以虚拟相机A的姿态作为虚拟无人机第一视角，虚拟无人机在当前位置以第一视角在计算机上显示上述的虚拟摄影图像；或者以虚拟无人机的附近位置作为视点B，视点B到虚拟无人机中心的方向即投影方向，得到虚拟相机B的视棱锥的空间范围，将上述范围内的三维场景模型和虚拟无人机载入计算机内存，利用光照模型计算包含三维场景模型和虚拟无人机的三维模型的虚拟摄影图像，虚拟无人机在视点B以第三视角在计算机上显示上述的虚拟摄影图像；

步骤S4c，在航线上虚拟无人机的每个悬停拍摄点，计算虚拟相机A的摄影中心和姿态，进而得到虚拟相机A的视棱锥的空间范围，将上述范围内的三维场景模型载入计算机内存，利用光照模型计算三维场景模型的虚拟摄影图像，悬停拍摄点的地理信息坐标记录在pos文件中。