[发明专利]基于航带GPS及尺度不变约束的航拍图像拼接定位方法

说明书

本发明公开了一种基于航带GPS及尺度不变约束的航拍图像拼接定位方法，属于图形图像转换及图像定标技术领域。其包括待拼接图像预处理，传统特征点提取与描述，通过BF匹配方法和RANSAC方法得到精确的匹配结果，通过尺度不变约束对特征匹配结果计算仿射变换矩阵，通过既有航迹信息对第二条航带拼接进行约束，将GPS融合进全景图中等步骤。本发明利用航带GPS信息和尺度不变约束提高了航带间图像的拼接质量，消除了俯仰角度导致的单航带拼接变形问题，通过第一条航带求得的映射关系约束后续拼接帧像素中心点坐标，提高了多航带的拼接效果，并且还具有较高的GPS定位精度。

技术领域

本发明属于图形图像转换及图像定标技术领域，特别是指一种基于航带GPS及尺度不变约束的航拍图像拼接定位方法。

背景技术

无人机(UAV)是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主操作。目前在航拍、农业、植保、快递运输、灾难救援、测绘、电力巡检、救灾等等领域有着极其广泛的应用。

无人机目前最广泛的需求聚焦在拼接与定位，即通过拼接航拍图像得到飞行区域内的图像信息及图中目标的位置信息。

目前对于图像拼接的方法均是图像本身的特征信息；对于定位方法，主要通过图像中心的位置信息，利用分辨率与比例尺计算得到该图中其他各点的位置信息。

对于图像拼接，现有技术适用于单条航带图像的拼接，但多条航带拼接时常出现两条甚至多条航带图像拼接错位的情况；另外，由于无人机作业时产生的俯仰角度，会导致单条航带拼接变形。对于定位，现有技术在每帧图像计算分辨率和比例尺时会出现误差，拼接后图像的整体误差会随拼接过程的持续而逐渐累加，从而导致定位精度严重下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于航带GPS及尺度不变约束的航拍图像拼接定位方法，该方法能够消除俯仰角度导致的单航带图像拼接变形，改善航拍图像中多条航带的拼接效果，提高图像拼接后的定位精度。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种基于航带GPS及尺度不变约束的航拍图像拼接定位方法，包括以下步骤：

(1)提取无人机回传的视频流中的图像帧和拼接帧，对图像帧进行灰度化处理，得到灰度图像；

(2)利用SIFT特征点检测器对每帧灰度图像进行关键点检测，然后采用ORB特征描述子对每个特征点计算其对应的特征描述向量；

(3)基于BF匹配方法和RANSAC方法对同一航带内的前后两帧灰度图像进行匹配，得到前后两帧图像的特征匹配点对；

(4)通过尺度不变约束对特征匹配点对计算仿射变换矩阵，然后依据仿射变换矩阵得到除第一帧图像外每帧图像在航带中的位置，从而对同一航带内的图像进行拼接；

(5)利用前一航带的GPS信息对下一条航带进行拼接约束，结合拼接帧，完成航带间的拼接，得到全景图；

(6)将GPS信息融合进全景图中，完成航拍图像的拼接和定位。

进一步的，所述步骤(3)的具体方式为：

(301)对同一航带内的前后两帧灰度图像进行检测，得到两帧图像的特征点，然后对两帧图像的特征点进行BF匹配，接着再进行交叉匹配，得到粗匹配结果；

(302)利用RANSAC方法对粗匹配结果进行处理，剔除异常匹配点对，获得精确的匹配点对。

进一步的，所述步骤(4)的具体方式为：

(401)利用特征匹配点对计算后一帧图像相对于前一帧图像的初始仿射变换矩阵，然后通过尺度不变约束更新初始仿射变换矩阵的参数，得到最终的仿射变换矩阵；