[发明专利]一种基于机载图像测量波浪爬高的方法

说明书

本发明公开了一种基于机载图像测量波浪爬高的方法，包括如下步骤：首先完成对摄像头的内参标定，得到相关参数并构建其内参矩阵；在需要确定观察波浪爬高的区域内放置不少于3个与周围环境色彩信息相差较大的控制点面板并获取每个控制点的经纬高信息；通过控制点在图像空间中的位置与其在真实的世界空间中的位置关系，求解出相机拍摄视频时每一帧的姿态并利用此姿态信息获取正射校正图片；沿垂直海岸线方向固定出一条直线作为研究区域，并得到所拍摄视频的图像关键帧的正射校正图片在这条固定直线所在位置上的时间堆栈图像；最后通过图像二值化、增强、形态学操作、边缘检测算子以及分段线性回归得到其瞬时水边线以及波浪爬高值。

技术领域

本发明涉及海岸带测绘技术领域，具体涉及一种基于机载图像测量波浪爬高的方法。

背景技术

当波浪传播到岸边时，其包含的大部分能量都随着波浪的破碎而散失，其中一部分能量将以波浪在沙滩上爬高的形式转化为势能。其中，波浪爬高是引起也是加速海岸侵蚀的一个重要的原因，其是确定防波堤堤顶高程和结构形式非常重要的参数之一，因此研究波浪爬高对于海岸带保护具有极其重要的意义。

传统的测量波浪爬高是在研究区域部署电子水尺等测量仪器，但是由于这种测量方式都是部署的离散测量点，所以其测量精度会与测量点的密度相关，所以要想有高精度的结果也就对应着大量的人力、物力与财力的输出。随着摄影测量技术的发展，出现了在岸边固定摄像头或者激光雷达等传感器来检测波浪的变化趋势，但是这种方式依然需要在现场部署摄像头等测量工具以及需要合适的选址，会受到安装地的局限同时其安装拆除也需要较大的成本(CN201710324708、CN201720232282)。

如今，随着自主系统无人机的研究日趋成熟，利用这种搭载有摄像头等机载系统来研究的优势日益突出，本文则是在这种背景下，提出一整套通过机载图像系统来检测波浪爬高的技术，同时克服机载图像在检测瞬时水边线时收到光照以及海滩干湿情况对结果的影响。

发明内容

本发明的目的是提供了通过搭载有摄像头的无人机机载系统完成对图像的采取、校正并完成波浪爬高的测量方法。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于机载图像测量波浪爬高的方法，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。

进一步地，所述步骤S1中，通过Matlab图像处理工具箱得到相机的内参，如相机的焦距、像素大小等，最后构建出相机的内参数矩阵。

进一步地，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。