[发明专利]一种无人机影像实时全景拼接方法及系统

权利要求书

1.一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1，相机根据预设曝光点的WGS84坐标位置对航摄区域进行拍摄获取每个曝光点的影像；

S2，根据每个曝光点的影像的曝光时刻分别从GPS和姿态仪中获取对应的GPS数据和姿态仪数据；

S3，嵌入式计算机对获取的GPS数据和姿态仪数据进行同步和实时解算，并根据曝光时刻和姿态仪的偏心角解算出相机在预设曝光时刻拍摄的影像的外方位元素；

S4，嵌入式计算机根据相机在预设曝光时刻的外方位元素将对应曝光点获取的且经过预处理的影像映射到全景图中，得到实时的影像全景图；

步骤S3的具体实现步骤为，

S31，首先对GPS数据和姿态仪数据进行时间同步，得到POS数据，然后将POS数据与曝光时刻进行时间同步，生成POS同步数据；

S32，对POS同步数据进行联合滤波，形成相机的摄影中心的轨迹和姿态，并采用非线性内插的方法在摄影中心的轨迹和姿态中获得相机在曝光时刻的位置姿态数据；

S33，将相机在曝光时刻的位置姿态数据进行偏心角和线元素偏移值的修正，获取相机在曝光时刻拍摄的影像的外方位元素；

在步骤S33中，相机在曝光时刻的位置姿态数据是在载体坐标系下得到的，将相机在曝光时刻的位置姿态数据进行偏心角和线元素偏移值的修正是通过将载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据在地心坐标系、导航坐标系和像空间辅助坐标系之间进行多步连动旋转和平移转换，将载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据转换到像空间辅助坐标系下相机在曝光时刻的位置姿态数据。

2.根据权利要求1所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在于：载体坐标系下的相机在曝光时刻的位置姿态数据转换为像空间辅助坐标系下相机在曝光时刻的位置姿态数据的旋转矩阵表示为，

根据公式求解出相机在曝光时刻的外方位元素的角元素ω_I,κ_I，

其中，(Φ,Θ,Ψ)为姿态仪和GPS组合输出的偏航角，为GPS相对于姿态仪固定的安装角度。

3.根据权利要求1或2所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在于：所述GPS数据包括GPS接收时间、经纬度、高程、速度、卫星数和1pps脉冲信号，所述姿态仪数据包括姿态数据、方位角、俯仰角、横滚角和姿态仪脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在于：对GPS数据和姿态仪数据进行时间同步的方法为采用文件记录同步把GPS数据和姿态仪数据按采样时序共同记录到同一个文件中，将POS数据与曝光时刻进行时间同步的方法为在曝光时刻利用GPS的1pps脉冲信号触发嵌入式计算机的硬件中断，给POS数据同步提供时间基准。

5.根据权利要求1或2所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在于：步骤S4是利用相机的外方位元素的角元素组成的旋转矩阵将倾斜影像变换为水平影像，然后根据外方位元素线元素平移缩放影像至全景图中正确的位置，其具体过程如下，

S41，根据预先划分的航摄区域信息和全景影像图的比例尺计算出拼接图的大小；

S42，根据外方位元素和经过预处理后的影像四个角点的坐标按共线条件方程解算出经过预处理后的影像在全景图像中的覆盖范围；

S43，根据共线条件方程和原始影像的灰度信息得到全景图在对应范围内的每一像素的颜色值，并进行颜色插值，生成全景影像图。

6.根据权利要求5所述的一种无人机影像实时全景拼接方法，其特征在于：对影像进行预处理生成预处理后的影像，对影像进行预处理包括对原始图形进行影像特征提取、影像旋转和影像重采样处理，进行颜色插值的方法为邻域插值法。