[发明专利]一种无人机影像实时全景拼接方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无人机摄影测量领域，具体的涉及一种无人机影像实时全景拼接方法及系统。

背景技术

目前，国内外有多家公司在研制数码航摄仪，成熟的产品包括微软公司的UCX，Intergraph公司的DMC，国内北京四维远见公司的SWDC等等。这些系统都是针对传统航空摄影测量应用，体积重量都非常庞大，需要大飞机承载。另外其主要问题在于其航飞过程中只获取数据，所有数据处理工作都是在地面后处理完成。对于比较大的区域，数据处理需要几周甚至几个月的时间。这样的处理效率很难满足抗震救灾、应急响应等特殊情况对数据现时性的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无人机影像实时全景拼接方法及系统，适用于无人机遥感测量，可以实时的处理数据，提高航空遥感数据处理的效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种无人机影像实时全景拼接方法，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。

本发明的有益效果是：本发明一种无人机影像实时全景拼接方法通过对影像数据、定位仪数据和GPS数据的采集、定位仪数据和GPS数据数据同步和定位仪数据和GPS数据的快速解算实时进行影像全景拼接，相对于传统航空摄影测量流程，避免了空中三角测量等比较耗时的环节，大大提高了数据处理速度，无人机实时处理的摄影测量处理方法在无人机飞行过程中一边获取数据一边进行处理，飞机落地甚至在飞行过程中即能提交处理结果，大大提高了航空遥感数据处理的效率。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，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。

采用上述进一步方案的有益效果是：姿态仪数据和GPS数据之间的同步可以保证POS数据解算位置姿态的正确性。

进一步，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。

采用上述进一步方案的有益效果是：因为姿态仪和相机的摄影中心之间有一个安装时的偏心角，为了用姿态仪测得相机摄影中心的姿态，必须进行载体坐标系(b)到像空间辅助坐标系(i)的多步连动旋转，使得测量的结果更加精确。

进一步，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

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。

进一步，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。

进一步，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。