[发明专利]一种空基大场景摄像系统及方法

权利要求书

1.一种空基大场景摄像系统，其特征在于：所述的空基大场景摄像系统包括多旋翼无人机组子系统、多旋翼无人机飞行地面控制子系统、地面图像数据处理与显示终端子系统，其中：

多旋翼无人机组子系统由多个多旋翼无人机、两自由度旋转运动长焦距相机、GPS授时模块、空中无线数据收发终端组成；在每个多旋翼无人机上安装两自由度旋转运动长焦距相机、GPS授时模块和空中无线数据收发终端；多旋翼无人机为4旋翼、6旋翼或8旋翼的无人机飞行器，多旋翼无人机采用电池供电，连续飞行时间不小于30分钟；两自由度旋转运动长焦距相机能够实现俯仰-5°～185°、偏航0°～300°角度范围的转动，相机采用能进行远距离拍摄的长焦相机；GPS授时模块用于获取相机拍摄时的时间信息，授时精度不大于0.5毫秒；空中无线数据收发终端用于接收多旋翼无人机飞行地面控制子系统发送的飞行控制指令，并将多旋翼无人机的相机每一帧拍摄的图像及对应的拍摄时的时间信息组成数据包发送至地面图像数据处理与显示终端子系统；

多旋翼无人机飞行地面控制子系统由地面第一无线数据收发终端和便携式计算机组成；地面第一无线数据收发终端用于和各个多旋翼无人机进行数据通信，控制、监控各多旋翼无人机的正常飞行；便携式计算机用于根据拍摄任务需求在多旋翼无人机执行飞行任务前进行各个多旋翼无人机飞行编队和路径的规划，同时在多旋翼无人机执行飞行任务时进行各个无人机工作状态的实时监控；

地面图像数据处理与显示终端子系统由地面第二无线数据收发终端、图像处理工作站及液晶显示器组成；地面第二无线数据收发终端用于接收多个多旋翼无人机传回的含有时间信息的图像数据；图像处理工作站用于进行图像的投影变换及拼接处理；液晶显示器用于显示拍摄场景的拼接结果。

2.根据权利要求1所述的一种空基大场景摄像系统，其特征在于：在每个多旋翼无人机上安装微压差风速风向传感器，用来测量当前无人机正面的风速与风向；多旋翼无人机根据微压差风速风向传感器测量的风速、风向进行悬停控制。

3.根据权利要求1所述的一种空基大场景摄像系统，其特征在于：两自由度旋转运动长焦距相机为可见光相机或近红外相机。

4.利用权利要求1所述的空基大场景摄像系统进行摄像的方法，其特征在于，实现步骤如下：

(1)根据拍摄任务的需求，确定参与拍摄任务无人机的数量及编队队形；按照确定的编队队形，由预定飞行位置从高到低的方式依次放飞各个多旋翼无人机，由多旋翼无人机飞行地面控制子系统控制各个多旋翼无人机飞行到预定飞行位置并在空中实现悬停，逐步构建飞行编队；

(2)旋翼无人机飞行地面控制子系统通过向各个多旋翼无人机发送控制指令调节各个多旋翼无人机的相机的俯仰和偏航角的大小，使得各个多旋翼无人机的相机指向并覆盖待拍摄区域，且在水平方向上相邻两个多旋翼无人机拍摄的图像具有一定的重合内容，在竖直方向上相邻两个多旋翼无人机拍摄的图像具有一定的重合内容；重合内容的大小必须保证能够提取出至少4对的对应匹配的图像特征点；

(3)每个多旋翼无人机的相机进行图像数据采集,同时根据GPS授时模块采集拍摄时的时间信息，将各个多旋翼无人机的相机每一帧拍摄的图像及对应的拍摄时的时间信息组成数据包通过空中无线数据收发终端发送至地面图像数据处理与显示终端子系统；

(4)地面图像数据处理与显示终端子系统对从每个多旋翼无人机接收到的数据包进行处理，将相同时间信息对应的图像归为一组获得按照时间顺序排列的多个图像组，每个图像组的相邻两幅图像具有重叠；对每个图像组利用投影变换及拼接处理方法实现大场景图像的二维拼接。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，多个多旋翼无人机的编队队形采用矩形飞行编队或者三角形飞行编队。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用IEEE802.11G的无线网络传输协议，并按照MPEG4的压缩格式，将各个多旋翼无人机的相机每一帧拍摄的图像及其对应的拍摄时间信息组成数据包。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用8参数的投影变换模型实现大场景图像的二维拼接。