[发明专利]一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法

说明书

本发明公开了一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，包括：S1，确定最优航线航向；S2，摄影基线和航带间距的计算：根据相机参数、相对航高、航向重叠率和旁向重叠度计算摄影基线长度和航带间距；S3，计算航点坐标；S4，计算航摄点的相对航高；S5，计算航摄点航向角和俯仰角：根据航摄曝光点、对应地面投影点的坐标关系和相对位置进行无人机拍摄俯仰角Pitch和航向角Yaw的自适应计算，适时增加航摄点和跳转作业的拍摄角度，捕获更多的侧面纹理。该方法提高了数据采集质量，实现了不同地形下无人机仿地飞行规划、航摄点自动添加以及摄影多角度自适应计算，提高了后期数据处理的精度与效率。

技术领域

本发明涉及三维场景构建领域，特别是涉及一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法。

背景技术

基于无人机开展三维实景重建作业前要进行航线规划，确定无人机的飞行高度、航带、曝光点位置、曝光度、相机角度等信息。

传统的航带、航带曝光点规划方法存在以下问题：

一、现有方法主要以二维平面开展航线规划，规划飞行的相对航高时没有充分考虑地形起伏的影响，造成一个测区内采集航片比例尺差异过大，空三匹配难以通过等难题；

二，传统三维实景重建航线规划算法(单镜头)在同一测区进行多次数据采集，采集效率较低，数据冗余度高；

三，对应传统算法而言，没有充分考虑地形起伏的影响，采用统一的云台相机倾斜角度进行数据采集，因此无法有效采集陡峭山体等地物的侧面信息。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，利用既有地形数据为数据源进行三维场景构建，在三维场景下通过给定起飞点和数据采集的区域范围以及航摄数据采集所采用的相机参数、相对航高，实现航带和航摄点的自动规划。

为此，本发明的技术方案如下：

一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法，包括以下步骤：

S1，确定最优航线航向：根据航飞范围的边缘坐标计算最长的测区方向，以此方向作为航向，将该方向与正北的夹角作为最优航线方向的航偏角θ；

S2，摄影基线和航带间距的计算：根据相机参数、相对航高、航向重叠率和旁向重叠度计算摄影基线长度和航带间距；

S3，计算航点坐标：根据所述航偏角θ进行大地坐标系顺时针旋转，令航线方向平行于坐标系Y轴方向，确定测区X轴方向的最大、最小值，并根据航带间距确定每条航带的X坐标，根据摄影基线和测区的范围确定每条航带上的Y坐标；将X，Y坐标进行坐标旋转，得到大地坐标系下的航点坐标(x，y)；

S4，计算航摄点的相对航高：确定起飞点的大地水准高程H(绝对高程)，并利用航点坐标和既有地形数据获取每个航点位置的地面投影高程，利用起飞点绝对高程、设计相对航高和每个地面航摄曝光点的投影点高程计算各个点的作业相对航高h；

S5，计算航摄点航向角和俯仰角：

根据航摄曝光点、对应地面投影点的坐标关系和相对位置进行无人机拍摄俯仰角Pitch和航向角Yaw的自适应计算，适时增加航摄点和跳转作业的拍摄角度，保证无人机的仿地飞行和拍摄角度的自适应，从而捕获更多的侧面纹理。

上述的步骤S2中，通过以下步骤计算摄影基线长度和航带间距：

1)根据相机CCD像元的大小值P与阵列数目P_x*P_y确定相机像幅边长Lx、Ly，利用相机主焦距F和相对航高h确定摄影比例尺m，其中：

L_x＝p×p_x；L_y＝p×p_y；