專利名稱：無人機航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
無人機航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)
技術領域：
本實用新型涉及無人機信息處理和航空影像處理技術領域，更具體地說，涉及一 種無人機航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)。
背景技術：
航空像片又稱航攝像片。泛指用航空攝影裝置拍攝的各類遙感像片。種類很多。 按攝影機結構和成像方式分為畫幅式、全景式和連續(xù)條帶式。現(xiàn)有的無人機航拍獲取的航 空像片的處理主要是采用光學設備進行定位和判讀，該儀器將現(xiàn)有的遙感領域中的影像處 理技術與無人機信息處理技術相結合，研制新型的影像定位設備。目前，無人機航空像片采 用解析定位儀進行定位，解析定位儀在使用過程中有如下缺點(1)操作復雜解析定位儀通過光學設備完成航空影像的模型再現(xiàn)，由于航空攝影測量是一整套 復雜數(shù)學理論，利用光學模擬需要很多光學機械結構進行協(xié)同操作控制，使得實際操作過 程步驟繁雜。(2)定位基準信息選取費時費力在解算所需點的選取上，解析定位儀是人工選取，需要在具有重疊度的航空像片 上至少尋找17對同名點，由于光學物鏡視野的限制，往往選點時間需要30分鐘左右，而且 不容易尋找。(3)缺少解算粗差檢測在航空攝影模型恢復過程中需要諸多的解算過程，解析定位儀中解算粗差依靠操 作人員的分析與判斷，沒有對選取的點進行檢測的機制，也沒有對每個解算過程進行粗差 檢測，而基準點選取的精度和正誤直接決定解算的精度和正誤，從而最終影響定位精度。(4)缺少信息存儲功能解析定位儀對每一個航空像對操作完畢后，沒有信息存儲功能，若需要再次對其 進行定位操作時，需要重新再次進行完全一致的解算操作，無法實現(xiàn)對已經處理過像對的 快速定位處理。(5)缺少對航帶像片的處理功能解析定位儀一次只能實現(xiàn)對兩張像片的目標定位處理，無法實現(xiàn)對一條航帶多張 像片的目標定位處理，大大限制了航片的實際使用。(6)光學立體不容易判讀和定位操作解析定位儀采取光學立體判讀方式，立體構建和定位解算完全依靠人工操作，對 于操作人員具有較高的要求。

實用新型內容本實用新型針對現(xiàn)有解析定位儀存在的問題，提供一種使用方便、定位速度快、定 位精度高、功能完善，集數(shù)字判讀與定位與一體的無人機航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)。[0016]本實用新型是通過以下技術方案解決上述技術問題的無人機航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)包括航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)、立體圖像提 取與解算子系統(tǒng)、數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)三大部分組成a.所述航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)包括膠片預覽模塊和大幅面航片掃描儀。主要 作用是對航空像片進行半自動化掃描數(shù)字化，完成航空像片的數(shù)字影像生成，滿足后期的 數(shù)字化解算與定位處理需要。數(shù)字化過程要綜合考慮掃描分辨率與定位處理的精度、數(shù)據(jù) 量、點匹配所需時間等因素。b.所述立體圖像提取與解算子系統(tǒng)包括用于對掃描得到的像片數(shù)據(jù)進行糾正、立 體圖像提取、絕對定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機參數(shù)轉化的立體解算圖形工作站，對像片 錯誤點的自動剔除粗差檢測控制器，以及用于顯示數(shù)據(jù)的液晶顯示屏，實現(xiàn)像片糾正、立體 圖像提取、絕對定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機參數(shù)轉化、外部控制等功能。像片糾正是完成航空像片的框標自動量測，依據(jù)航空相機的內方位元素鑒定值實 現(xiàn)像片幾何變形糾正，并實現(xiàn)從圖像坐標到像方坐標的轉換；立體圖像是提取利用影像匹 配獲取到的大量相鄰影像的重疊點，實現(xiàn)重疊像片相對位置關系的解算；采用四級粗差自 動檢測機制實現(xiàn)對錯誤點的自動剔除，進行解算修正以得到解算精確值；絕對定向是分別 依據(jù)建立的三維絕對定向數(shù)學模型、二維絕對定向數(shù)學模型實現(xiàn)三維或二維絕對立體定向 解算。c.所述數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)包括立體定位圖形工作站、紅外通信模塊、數(shù)據(jù) 打印機、手柄、立體控制器、立體眼鏡。數(shù)字立體顯示主要完成航空像片的立體顯示功能；影像匹配運用影像匹配技術實 現(xiàn)目標定位點的全自動匹配；立體影像校正解決在立體顯示過程中由于左右視差過大造成 的影像模糊問題。本實用新型的原理是本實用新型提出并建立了解算質量控制的粗差檢測模型， 并設計了可靠性高、匹配速度快的影像匹配算法，定位精度由傳統(tǒng)的模擬解析定位的20米 提高到10米；立體判讀立體定位效果好，數(shù)字化影像立體判讀和立體定位方法消除了立體 影像的上下視差，大大降低了因立體定位所造成的視覺疲勞，傳統(tǒng)的解析定位采取模擬光 學立體判讀方式，且存在上下視差，容易造成視覺疲勞。本實用新型的優(yōu)點在于1.操作簡單，只需很少的人工干預即可實現(xiàn)定位解算， 克服傳統(tǒng)光學定位處理需要大量人工復雜操作的缺點；2.數(shù)字立體定位處理速度快，處理主要以自動解算和控制為主，大大縮短了定位 處理周期，處理時間僅為解析定位的1/10 ；3.數(shù)字立體定位精度高，提出并建立了解算質量控制的粗差檢測模型，并設計了可 靠性高、匹配速度快的影像匹配算法，定位精度由傳統(tǒng)的模擬解析定位的20米提高到10米；4.數(shù)字立體判讀定位效果好，數(shù)字化影像立體判讀和立體定位方法消除了立體影 像的上下視差，大大降低了因立體定位所造成的視覺疲勞，傳統(tǒng)的解析定位采取模擬光學 立體判讀方式，且存在上下視差，容易造成視覺疲勞。

下面參照附圖結合實施例對本實用新型作進一步的描述。[0029]圖1為本實用新型的系統(tǒng)組成圖，圖2為本實用新型的操作流程圖。
具體實施方式參見圖1，無人機航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)包括航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)、立 體圖像提取與解算子系統(tǒng)、數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)三大部分組成。所述航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)包括膠片預覽模塊和大幅面航片掃描儀。主要作 用是對航空像片進行半自動化掃描數(shù)字化，完成航空像片的數(shù)字影像生成，滿足后期的數(shù) 字化解算與定位處理需要。數(shù)字化過程要綜合考慮掃描分辨率與定位處理的精度、數(shù)據(jù)量、 點匹配所需時間等因素。所述立體圖像提取與解算子系統(tǒng)包括用于對掃描得到的像片數(shù)據(jù)進行糾正、立體 圖像提取、絕對定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機參數(shù)轉化的立體解算圖形工作站，對像片錯 誤點的自動剔除粗差檢測控制器，以及用于顯示數(shù)據(jù)的液晶顯示屏，實現(xiàn)像片糾正、立體圖 像提取、絕對定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機參數(shù)轉化、外部控制等功能。像片糾正是完成航空像片的框標自動量測，依據(jù)航空相機的內方位元素鑒定值實 現(xiàn)像片幾何變形糾正，并實現(xiàn)從圖像坐標到像方坐標的轉換；立體圖像是提取利用影像匹 配獲取到的大量相鄰影像的重疊點，實現(xiàn)重疊像片相對位置關系的解算；采用四級粗差自 動檢測機制實現(xiàn)對錯誤點的自動剔除，進行解算修正以得到解算精確值；絕對定向是分別 依據(jù)建立的三維絕對定向數(shù)學模型、二維絕對定向數(shù)學模型實現(xiàn)三維或二維絕對立體定向 解算。所述數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)包括立體定位圖形工作站、紅外通信模塊、數(shù)據(jù)打 印機、手柄、立體控制器、立體眼鏡。數(shù)字立體顯示主要完成航空像片的立體顯示功能；影像匹配運用影像匹配技術實 現(xiàn)目標定位點的全自動匹配；立體影像校正解決在立體顯示過程中由于左右視差過大造成
的影像模糊問題。[0037]本實用新型的主要指標如下[0038]1.立體圖像提取速度(4分鐘(單像對)[0039]2.像片糾正精度< 0. 05mm[0040]3.相對位置關系解算精度< 0. 02mm[0041]4.絕對定向精度< 5. Om[0042]5.目標立體定位精度< 10米(均方差)[0043]6.處理航片像幅標準 180mmX 180mm、標準 230mmX 230mm[0044]7.立體顯示放大倍率2-10 倍[0045]8.量測范圍180mmX180mm、230mmX230mm[0046]9.點匹配正確概率> 96%[0047]參見附圖2，本實用新型簡要操作過程如下[0048]1.航空像片掃描數(shù)字化[0049]使用膠片掃描儀和預覽設備對航空像片進行半自動化掃描數(shù)字化。[0050]2.立體圖像提取與解算[0051]首先進行像片糾正，完成幾何變形改正和圖像坐標到像方坐標的轉換；其次，通過 影像匹配實現(xiàn)左右影像同名點的自動識別；再次，像片重疊區(qū)相對位置關系解算；最后，在 進行粗差檢測的基礎上，生成航空像片的數(shù)字立體像對數(shù)據(jù)，并通過絕對定向解算，實現(xiàn)立 體模型坐標到大地坐標的轉換，完成立體影像數(shù)據(jù)合成。3.數(shù)字立體判讀定位在數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)中操作定向好的立體影像，對指定目標進行立體匹 配，實現(xiàn)指定目標坐標的自動解算。與現(xiàn)有定位技術相比，本實用新型具有以下特點(1)復雜操作簡單化儀器采用圖形工作站實現(xiàn)無人機航拍影像模型的解算、恢復，操作人員只需很少 的干預即可完成目標定位工作，方便使用。(2)基準選取智能化儀器運用先進的數(shù)字影像匹配技術實現(xiàn)對定位基準點的自動選取，并對匹配點的 正確性進行判斷與分析，智能化程度高。(3)目標定位準確化儀器在相對位置關系解算過程中，采用了幾千個點進行綜合解算(解析定位儀采 用6個或9個點)，并建立了 4級粗差自動檢測機制和誤差檢測機制，提高了解算過程的準 確性和可靠性，提高了目標定位精度。(4)目標定位快速化儀器采用自動化技術，目標定位解算快速，解算操作時間3 6分鐘，定位則可在 1 2秒內瞬間完成，處理時間僅相當于解析定位儀的1/10。(5)立體判讀數(shù)字化儀器在立體判讀方面綜合運用了基于立體視覺原理和立體顯示技術，實現(xiàn)了航空 像片的數(shù)字化立體顯示，不需要任何操作經驗即可輕松地進行立體判讀。(6)信息使用重復化儀器采取工作區(qū)方式存儲處理過的航空像片，定位解算完成后，解算信息會自動 存儲在相應鏈接位置，需要再次對航片定位處理時，可迅速完成對該航片解算信息的自動 快速調用，使定位解算成果可重復使用。(7)軟硬件技術一體化儀器針對大計算量的特點，對計算負荷進行了合理的安排，影像匹配等計算由圖 形工作站承擔，外部邏輯控制計算由微處理器單元承擔，整個系統(tǒng)通信采用高效穩(wěn)定的USB 接口通信技術和網絡通信技術，實現(xiàn)了快速處理。(8)操作界面人性化儀器軟件采用Windows操作平臺，結合可視化程序設計，使得操作界面人性化，克 服解析定位DOS操作平臺操作界面枯燥，操作人員容易疲勞的缺點。(9)目標定位數(shù)字立體化儀器從航片的數(shù)字化、數(shù)字影像匹配到數(shù)字立體定位始終貫穿著數(shù)字化處理主 線，從本質上克服了傳統(tǒng)模擬光學處理的不足之處。
權利要求無人機航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)，其特征在于該定位系統(tǒng)包括航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)、立體圖像提取與解算子系統(tǒng)、數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)三大部分a.所述航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)包括膠片預覽模塊和大幅面航片掃描儀；b.所述立體圖像提取與解算子系統(tǒng)包括用于對掃描得到的像片數(shù)據(jù)進行糾正、立體圖像提取、絕對定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機參數(shù)轉化的立體解算圖形工作站，對像片錯誤點的自動剔除粗差檢測控制器，以及用于顯示數(shù)據(jù)的液晶顯示屏；c.所述數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)包括立體定位圖形工作站、紅外通信模塊、數(shù)據(jù)打印機、手柄、立體控制器、立體眼鏡。
專利摘要本實用新型涉及無人機信息處理和航空影像處理技術領域，更具體地說，涉及一種無人機航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)包括航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)、立體圖像提取與解算子系統(tǒng)、數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)三大部分。本實用新型提出并建立了解算質量控制的粗差檢測模型，并設計了可靠性高、匹配速度快的影像匹配算法，定位精度由傳統(tǒng)的模擬解析定位的20米提高到10米；立體判讀立體定位效果好，數(shù)字化影像立體判讀和立體定位方法消除了立體影像的上下視差，大大降低了因立體定位所造成的視覺疲勞，傳統(tǒng)的解析定位采取模擬光學立體判讀方式，且存在上下視差，容易造成視覺疲勞。
文檔編號G01C11/00GK201672916SQ20102021038
公開日2010年12月15日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權日2010年5月26日
發(fā)明者楊書成, 楊鷺怡, 段連飛, 王占操, 王晶 申請人:段連飛