[发明专利]一种搭载于轻量无人机的三维测绘系统

说明书

一种搭载于轻量无人机的三维测绘系统，其步骤如下：一：图像预处理；二：利用SIFT进行图像拼接，得到目标区域大图；三：依靠拼接所得图像进行局部定位以及落点选择；四：利用基于单应矩阵的种子生长法进行下降区域的深度恢复，判断是否适合降落；通过以上步骤，可以使得无人机在仅仅依靠单目相机时，便具备大范围测绘，自主局部导航定位以及一定的三维重建能力。具备适应性强，鲁棒性好，适用范围广，用途多样等优点。既可用于进行规定区域内的测绘以及重建工作，亦可以搭载于小型无人机使其在突发意外情况时可以自主安全降落，防止坠落事故发生，保护群众以及使用者的生命财产安全。

(一)技术领域

本发明涉及一种搭载于轻量无人机的三维测绘系统，属于计算机视觉和数字图像处理领域。在地质勘探，区域策划，无人机软件领域中有广阔的应用前景。

(二)背景技术

SIFT特征点描述由David lowe在1999年首先发表于计算机视觉国际会议，2004年再次经过Lowe整理完善后发表于IJCV，截止至2014年8月，改论文单篇被引用次数高达25000余次。由于其优越的对旋转，尺度缩放以及亮度变化，视角变化的稳定性，以及高度特性快速性和拓展性而被人广泛使用。

图像拼接技术在特征描述初期便应运而生，其目的为将同一个场景多张重叠图像拼接为一个较大图像，在医学成像，计算机视觉，军事目标自动识别等领域均有重要意义，其通常包括如下步骤：特征提取，图像配准，单应矩阵计算以及图像变形结合。

三维重建技术则是计算机视觉发展的重要方向之一，在多种领域均有重要运用。

本项目基于图像拼接以及三维重建两种技术，试图设计一款搭载于轻量级无人机上的测绘系统，在图像拼接的基础上以此为依据进行三维重建，使得系统具有较好的功能性。

(三)发明内容

(1)本发明的目的

随着科技的不断发展，无人机的市场份额也在逐年上升。而随着其规模的不断扩大，无人机的产业也开始从军事领域延伸到了民用领域，并且诞生了许多只搭载有单目相机的轻量级无人机。截至目前，地区勘探等工作中所用到的无人机一般具有体积大，价格昂贵，搭载贵重精密设备等特点，仅仅用于专业的遥感公司以及相关科研机构，无法满足人民群众的需求。因此，本发明设计了一款可以搭载于轻量无人机上的测绘系统，希望通过图像拼接以及下降序列的深度恢复系数，实现仅靠单目相机便对某一大范围地区进行测绘以及局部定位，并且可以自动选择降落地点，判断降落时的地形特征，从而完成安全降落。此外，由于该系统的特性，其可以搭载于市面上目前的所有型号无人机上，可以在无人机失去遥控信号以及网络时，依靠摄像头自动进行扫描并且选择降落地点从而完成安全降落，减少财产损失。

(2)技术方案

本发明的一种搭载于轻量无人机的三维测绘系统，其具体方法步骤如下：

步骤一：图像预处理；针对后续步骤，首先，利用高通滤波技术处理传入图像，从而锐化其边缘，为后续的特征点匹配提供基础；

高通滤波可以起到锐化边缘的作用，有效提高图像的特征点数目以及质量；

步骤二：利用SIFT特征点对输入图像进行拼接，结合图像融合以及变换矩阵归一化等技术对图像畸变进行修正，提高其精确度，从而得到一定区域内的全景图像。

其中，在步骤二中所述的“结合图像融合以及变换矩阵归一化等技术对图像畸变进行修正”，其作法如下：首在获得两张图像的拼接结果后，由于图像的亮度存在差异，会导致其拼接处存在明显接缝，进而改变边沿处特征点的SIFT描述子，图像的客观性以及可利用性均大幅下降。因此在获得两张图象的拼接后，我们采取图像融合技术，统计重叠区域的RGB值，后对该区域进行归一化的融合，从而有效地改善了接缝处的图像质量