[发明专利]一种无人机视频增强现实实现方法

权利要求书

1.一种无人机视频增强现实实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)采用摄影测量方法进行相机检校，获取相机精确的内方位参数，之后无人机利用所述相机进行带状视频采集，获取关键帧影像；

S2)根据飞控或POS系统记录的飞行轨迹和姿态数据内插计算获取所述关键帧影像的初始外方位元素值；

S3)建立单航带倾斜影像空三工程：由所述关键帧影像、初始外方位元素值和内方位参数，使用摄影测量空中三角测量方法，建立单航带倾斜影像空三工程；

S4)采集控制点：在既有航测成果中采集像控点三维坐标，像控点沿带状分布；

S5)空三平差计算，获取所述关键帧影像的精确的外方位元素值；

S6)影像密集匹配，获取物方数字表面模型；

S7)根据所述外方位元素值，采用拉格朗日内插算法逐帧计算外方位元素值；

S8)在3DGIS系统中建立三维地理场景：在WGS84或GCCS2000椭球上建立三维地理场景，导入地理信息矢量图层；在三维地理场景中添加三维模型、文字标注和图形对象，并设置样式；

S9)导入数字表面模型，将三维场景中的背景设置为黑色，仅显示需在视频中叠加的对象或图层；

S10)根据所述外方位元素值，在三维场景中逐帧创建视点；

S11)在三维场景中，对所述视点逐个进行渲染，获得序列帧信息影像，为所述序列帧信息影像添加透明通道，将黑色部分设置为透明；

S12)对步骤10)处理后的信息影像进行镜头畸变变换，获得新的序列帧信息影像；

S13)视频合成：将所述新的序列帧信息影像直接叠加到原始视频中，获得叠加了文字注记、图形标注和三维模型的增强现实视频成果。

2.如权利要求1所述的无人机视频增强现实实现方法，其特征在于：所述步骤S1)中所述无人机采用支持2K及以上分辨率摄像功能的消费级多旋翼无人机，所述相机的相对于下视的摆动角度为30°-60°，沿着带状航线匀速飞行。

3.如权利要求1所述的无人机视频增强现实实现方法，其特征在于：所述步骤S2)中，获取相机精确的内方位参数的方法如下：

(1)无人机在视频采集模式下，以下视视角采集十字交叉多航带数据，航带数>2，旁向重叠大于50％，航线长度大于3倍视场角；

(2)视频抽帧，保证航向重叠>80％；

(3)使用带自检校功能的摄影测量空三平差软件，在无控制点模式下进行空三处理，获取相机的内方位参数。

4.如权利要求1所述的无人机视频增强现实实现方法，其特征在于：

当使用高精度POS数据时，跳过所述步骤S4)，直接进行步骤5；

当使用低精度POS数据时，在既有的航测4D成果中量测像控点地理坐标；当无数据可参考时，需进行实地测量。

5.如权利要求1所述的无人机视频增强现实实现方法，其特征在于：所述步骤S8)中所述地理信息矢量图层为shape、dxf格式的基础地理信息数据，及/或OpenStreetMap、WFS形式的地理信息服务数据。

6.如权利要求1所述的无人机视频增强现实实现方法，其特征在于：所述步骤S10)中，在逐帧创建视点前，将相机的外方位元素从摄影测量采用的Omega-Phi-Kappa转角系统转换到3DGIS三维场景采用的Yaw-Pitch-Roll转角系统，根据外方位元素中地位置和角度值在三维场景中创建视点，其中，转角系统转换的计算方法如下:

由旋转角Omega、Phi、Kappa计算旋转矩阵；

根据Yaw-Pitch-Roll转角系统的固定轴旋转顺序RZ-RX-RY，推导旋转矩阵；

由两个旋转矩阵各元素相等列方程组，由方程组解算Yaw、Pitch、Roll值。

7.如权利要求1所述的无人机视频增强现实实现方法，其特征在于：所述步骤S12)中进行镜头畸变变换的方法为，根据像主点坐标和镜头畸变参数，将相机镜头畸变引入到信息影像中，使信息影像与原始视频具备同样的镜头畸变，进而实现自动配准。

8.如权利要求1所述的无人机视频增强现实实现方法，其特征在于：所述步骤S13)中，所述新的序列帧信息影像与原视频具有相同的帧率和影像宽高，将所述新的的序列帧信息影像直接叠加到原视频上并对齐。