[发明专利]应用于无人机图像拼接中的相机外参数初始方法及系统

说明书

本发明公开了一种应用于无人机图像拼接中的相机外参数初始方法及系统，本发明的方法包括：获取每一幅航拍图像的卫星导航系统坐标并将其转换为平面坐标；归一化处理得到的图像的平面坐标得到每一幅图像归一化后的中心平面坐标；基于每一幅图像归一化后的中心平面坐标，计算得到该幅图像四个角点的平面坐标；基于每一幅图像的角点对应的平面坐标，计算得到该幅图像的外参初始值。本发明提出了相机外参数初始策略，充分利用无人机的卫星导航系统信息得到每一幅图像的相机外参数，使初始值尽可能的靠近全局最小值，避免在优化相机参数的过程中落入离全局最小值很远的局部极小值，从而可以利用全景拼接算法，实现无人机航摄图的拼接。

技术领域

本发明属于无人机航摄图像处理技术领域，具体涉及一种应用于无人机图像拼接中的相机外参数初始方法及系统。

背景技术

现有的无人机图像拼接算法，往往需要重建场景，然后再生成正射图，虽然得到的图像效果可能较好，但过程比较繁琐，计算量大，在输入图像数量较多的时候往往需要耗费大量的时间，同时对设备有较高的要求。

为了解决常规无人机拼接算法耗时长、对设备要求较高的问题，借鉴全景拼接算法拼接无人机图像以解决常规方法耗时长且对设备性能要求高的问题。在利用全景图拼接算法时，最关键的就是相机外参数初始值的选取，传统的全景拼接算法因为没有先验信息，所以一般将相机外参数置为单位矩阵。

全景图拼接算法虽然计算简单，对设备性能要求不高(能在大多数嵌入式设备上运行)，但也存在一些问题。相机参数优化问题是一个非凸的问题，在初始值较差的时候，在优化过程中往往会陷入局部最小值，而在局部最小值处获得的相机参数往往是错误的，会导致拼接失败，尤其在图像数量较多的时候，这一问题尤为突出。因此现有的全景图拼接算法不能直接运用在无人机图像拼接中。

发明内容

本发明提供了一种应用于无人机图像拼接中的相机外参数初始方法。本发明充分利用无人机的卫星导航系统(例如GPS)信息来得到每幅图像的相机外参数，使初始值尽可能的靠近全局最小值，从而尽可能避免在优化相机参数的过程中落入离全局最小值很远的局部极小值，出现图像拼接失败的情况，从而可以利用全景拼接算法完成对无人机航拍图像的拼接。

本发明通过下述技术方案实现：

一种应用于无人机图像拼接中的相机外参数初始方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，获取每一幅航拍图像的卫星导航系统坐标并将卫星导航系统坐标转换为平面坐标；

步骤S2，归一化处理步骤S1得到的图像的平面坐标，得到每一幅图像归一化后的中心平面坐标；

步骤S3，基于每一幅图像归一化后的中心平面坐标，计算得到该幅图像四个角点的平面坐标；

步骤S4，基于每一幅图像的角点和角点对应的平面坐标，计算得到该幅图像的外参初始值；

步骤S5，基于步骤S4获得的每一幅图像的外参初始值，进行无人机航拍图像的全景拼接。

优选的，本发明的步骤S1中所述卫星导航系统至少包括GPS、北斗导航、伽利略和格洛纳斯导航系统中的一种。

优选的，本发明的步骤S2通过下式进行归一化处理：

式中，c′_i表示第i幅图像的中心平面坐标，c_i表示归一化后得到的第i幅图像的中心坐标，n表示图像总数；

所述步骤S2在归一化处理之后，还对c_i的纵坐标取相反数，使其坐标系的纵轴与像素坐标系纵轴方向一致。

优选的，本发明的步骤S3通过下式计算得到每一幅图像角点的平面坐标：