[发明专利]一种基于机载图像测量波浪爬高的方法

权利要求书

1.一种基于机载图像测量波浪爬高的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、完成对摄像头的内参标定；在待研究区域内部署控制点，同时所部署的控制点的数量不少于三个；获取部署在海滩区域内的每个控制点的经纬高坐标；

S2、将世界空间中的控制点坐标与其相应的图像空间中的控制点像素坐标一一关联；

S3、通过三维空间到二维平面的投影关系，使用非线性迭代优化方法得到第一帧的姿态信息；

S4、选定图像稳定控制点并对所拍摄视频截取图像关键帧，然后再利用非线性迭代优化方法求得所有关键帧相应的姿态信息；选取待研究波浪爬高的区域，利用所求得的姿态信息对此区域生成正射校正后的图像；

S5、在垂直海岸的方向上选择一条直线，通过图像空间向三维空间逆变换得到唯一解，从而在图像空间上度量三维空间上的位置信息，然后利用所选区域生成拍摄视频的校正图片并进行处理得到所有帧在该区域的一个时间堆栈图像；

S6、通过对时间堆栈图像进行预处理操作得到其瞬时水边线；

S7、通过图像上瞬时水边线的像素信息，将像素坐标反投影到三维空间中得到波浪在海滩上爬升的具体高程信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于机载图像测量波浪爬高的方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过Matlab图像处理工具箱得到相机的内参，最后构建出相机的内参数矩阵；所述内参包括相机的焦距、像素大小。

3.根据权利要求1所述的一种基于机载图像测量波浪爬高的方法，其特征在于，控制点为正方形面板；每一个控制点为四个正方形面板，其中两个为黑色另外两个为白色；四个面板交错拼接。

4.根据权利要求1所述的一种基于机载图像测量波浪爬高的方法，其特征在于，通过GPS获得每一个控制点的经纬高坐标，然后再选取一个坐标原点并得到其经纬高坐标，再将所有控制点转化为以所选原点为基准的北东地坐标。

5.根据权利要求1所述的一种基于机载图像测量波浪爬高的方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：

设世界空间中的坐标点为(X_w，Y_w，Z_w)，设无人机搭载的相机在所设置的世界坐标系中的坐标为(C_XW，C_YW，C_ZW)，世界空间中的点投影到图像坐标系中的过程为：

其中U、V分别表示图像坐标系下的横纵坐标；

为相机的内参矩阵，f表示焦距，f_x、f_y分别表示每个像素在图像平面X、Y轴方向的物理尺寸，U₀、V₀为图像坐标系原点的像素坐标值；

R表示相机坐标系相对于世界坐标系的姿态所组成的旋转矩阵；

构建矩阵其中表示相机在世界坐标系下的位置；

通过如上的一系列的变换矩阵操作，最终将三维空间中的点投影到二维像平面上；然后，对第一帧图片中的控制点像素坐标进行标注，并记录每一个标注点的像素坐标，世界空间中控制点的序号要与图像空间中控制点一一对应。

6.根据权利要求1所述的一种基于机载图像测量波浪爬高的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：通过已经配对的控制点利用非线性优化的方式迭代求解相机的外参，即相机在世界坐标系中的姿态。