一種航空攝影測量的快速拼接系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
【專利摘要】一種航空攝影測量的快速拼接方法，包括如下步驟：步驟101，獲取無人機航拍的影像圖形信息；步驟102，將所述影像圖形信息進行畸變校正；所述影像圖形信息包括影像圖形的幅寬、像素大小、分辨率和相機畸變參數(shù)；步驟103，將畸變校正后的所述影像圖形信息結(jié)合SIFT算法進行配準拼接處理；步驟104，將拼接處理后的所述影像圖形信息進行勻色，得到無縫拼接的影像圖形。通過本發(fā)明可快速完成影像拼接工作，為各類應(yīng)用做應(yīng)急保障；適用于各種情況下無人機影像拼接；高效的解決了大數(shù)據(jù)量處理耗時較長，拼接處理速度慢等缺陷，本發(fā)明能簡單通過控制點的添加，生產(chǎn)較高精度的拼接影像，便于高程分析。
【專利說明】一種航空攝影測量的快速拼接系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空攝影測量的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種航空攝影測量的快速拼接系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空攝影測量技術(shù)的發(fā)展，航測系統(tǒng)在提高測繪成果現(xiàn)勢性、增強測繪應(yīng)急服務(wù)保障能力等方面發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢，尤其是無人機低空航空攝影測量技術(shù)。
[0003]無人機低空航空攝影測量可以快速獲取的高分辨率影像；然而受到無人機飛行高度、數(shù)碼相機焦距、空間分辨率的限制，使得單張影像的視野范圍較小，僅依靠單張影像，難以對整個研究區(qū)域做出整體認知；影像拼接是指將兩幅或多幅序列圖像按照其分布公共部分進行重疊，得到一幅新的合集圖，合成后的圖形不僅方便我們目視所觀測地區(qū)的全局效果，而且還保留了原始影像中的細節(jié)信息。影像拼接主要包括影像匹配和影像融合兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了得到整個區(qū)域的完整影像，必須實現(xiàn)多張無人機影像的配準與拼接，以得到整個區(qū)域的完整影像。隨著突發(fā)事件以及應(yīng)急保障對地理信息實時性的要求，無人機遙感影像實時及近實時的處理的需求日漸突出。而現(xiàn)有的技術(shù)中由于無人機影像處理系統(tǒng)具有自動化程度不高，限制條件較多，存在大數(shù)據(jù)量處理耗時較長，拼接處理速度慢等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種航空攝影測量的快速拼接系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，解決上述問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種航空攝影測量的快速拼接方法，包括如下步驟:
[0007]步驟101，獲取無人機航拍的影像圖形信息；
[0008]步驟102，將所述影像圖形信息進行畸變校正；所述影像圖形信息包括影像圖形的幅寬、像素大小、分辨率和相機畸變參數(shù)；
[0009]步驟103，將畸變校正后的所述影像圖形信息結(jié)合SIFT算法進行配準拼接處理；
[0010]步驟104，將拼接處理后的所述影像圖形信息進行勻色，得到無縫拼接的影像圖形。
[0011]優(yōu)選的，步驟102中，所述畸變校正的具體實現(xiàn)方法是利用所述相機畸變參數(shù)，通過多項式將實際圖形的畸變坐標進行校正得到校正坐標；所述校正坐標的具體計算方式為:
[0012]

【權(quán)利要求】
1.一種航空攝影測量的快速拼接方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟101，獲取無人機航拍的影像圖形信息； 步驟102，將所述影像圖形信息進行畸變校正；所述影像圖形信息包括影像圖形的幅寬、像素大小、分辨率和相機畸變參數(shù)； 步驟103，將畸變校正后的所述影像圖形信息結(jié)合SIFT算法進行配準拼接處理； 步驟104，將拼接處理后的所述影像圖形信息進行勻色，得到無縫拼接的影像圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測量的快速拼接方法，其特征在于:步驟102中，所述畸變校正的具體實現(xiàn)方法是利用所述相機畸變參數(shù)，通過多項式將實際圖形的畸變坐標進行校正得到校正坐標；所述校正坐標的具體計算方式為:U = It0TJ=IaijXiyU V =Vy;其中au、b.j為待定系數(shù)；n為根據(jù)圖形的變形程度而設(shè)立的多項式次數(shù)，X、y為實際的橫縱坐標值，U、V為校正后的橫縱坐標值，1、j為自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測量的快速拼接方法，其特征在于:步驟103中，所述配準拼接主要包括: 步驟103.1，若所述無人機中無POS數(shù)據(jù)，則采用SIFT算法提取相鄰的影像圖形信息的同名特征點，根據(jù)所述同名特征點，建立所述同名特征點之間的映射關(guān)系；利用RANSAC剔除匹配錯誤的特征點，優(yōu)化了所述同名特征點之間映射關(guān)系的匹配；根據(jù)優(yōu)化后的所述同名特征點，建立仿射變換 模型，得到變換參數(shù)，完成影像圖形的拼接；拼接完成后，進行步驟104 ； 步驟103.2，若所述無人機中有POS數(shù)據(jù)，則采用基于POS的坐標信息進行拼接；基于POS的坐標信息進行拼接具體方法為根據(jù)POS提供的影像經(jīng)緯度信息將所述影像經(jīng)緯度信息對應(yīng)的所述影像圖形信息定義到WGS84坐標系，形成坐標影像圖形；根據(jù)所述坐標系的坐標信息對所述坐標影像圖形進行拼接；拼接完成后，進行步驟104 ；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測量的快速拼接方法，其特征在于:步驟103.1中的所述仿射變換模型的具體實現(xiàn)計算方法為:
VX1I = im0 my |:c2| +「τη、.[y±\ ~ Irn3 m4| Iy2I ^5」， 其中X1, Y1表示影像圖形信息變換前的像素點坐標；X2，Y2表示影像圖形信息變換后像素點坐標；1:: 表示為影像圖形信息的旋轉(zhuǎn)、伸縮、切變的合成變換；￡25]為平移矢量；Hi2代表影像圖形信息在水平上的位移；m5代表影像圖形信息垂直方向上的位移；mQ、HI1, m3、m4、m2和m5均為實數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測量的快速拼接方法，其特征在于:步驟103.2中拼接處理之后，還包括產(chǎn)生影像圖形信息為初步拼接影像圖形信息，采用SIFT特征拼接算法對所述初步拼接影像圖形信息進行精細化匹配拼接；產(chǎn)生影像圖形信息為終極拼接影像圖形信息；匹配拼接后，進行步驟104。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航空攝影測量的快速拼接方法，其特征在于:步驟103.1中，完成影像圖形的拼接具體方法為: SI,在尺度空間中，采用SIFT算法對影像圖形信息進行極值點的探測；得到關(guān)鍵點的位置及關(guān)鍵點所處的所述尺度空間；所述尺度空間是用來描述影像圖形信息多尺度的特征；所述尺度空間的計算方法為:
L (X，y, σ ) = G(x, y, σ ) I (χ, y)； 基于所述尺度空間的尺度可變的高斯差分尺度空間的計算方法為:
其中L(x，y，σ)為圖像尺度空間，G(x，y，σ)為尺度可變的高斯差分尺度空間，(x，y)為影像圖形信息的像素坐標，ο為尺度空間因子；所述影像圖形信息大小和影像圖形信息被平滑的程度成正比； S2,將所述高斯差分尺度空間中的采樣點或8個相鄰點與上下相鄰尺度對應(yīng)的9*2個點相比較，用以判定是否為極值點； 若所述采樣點或所述8個相鄰點與所述上下相鄰尺度對應(yīng)的9*2個點相比較的結(jié)果相同，則所述采樣點或所述8個相鄰點為極值點，相同的所述采樣點或所述8個相鄰點作為候選關(guān)鍵點； 若所述采樣點或所述8個相鄰點與所述上下相鄰尺度對應(yīng)的9*2個點相比較的結(jié)果不相同，則繼續(xù)比較； S3,以所述候選關(guān)鍵點為中心，用直方圖統(tǒng)計所述候選關(guān)鍵點的鄰域像素的梯度方向，并利用所述候選關(guān)鍵點鄰域像素梯度方向的分布特性為所述候選關(guān)鍵點設(shè)定方向參數(shù)；將所述方向參數(shù)的值的累加，形成關(guān)鍵點； S4,采用關(guān)鍵點的特征向量的歐氏距離作為拼接的影像圖形信息中的相似性判定度量，若所述拼接的影像圖形信息中關(guān)鍵點與待匹配的像圖形信息中的關(guān)鍵點的最近距離，除以影像圖形信息中關(guān)鍵點與待匹配的像圖形信息中的關(guān)鍵點的次近距離，得到的商值小于某個比例閾值，則形成匹配關(guān)鍵點； S5,按照所述匹配關(guān)鍵點完成對所述初步拼接影像圖形信息進行精細化匹配拼接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測量的快速拼接方法，其特征在于:S3中，利用所述候選關(guān)鍵點鄰域像素梯度方向的分布特性為所述候選關(guān)鍵點設(shè)定方向參數(shù)；將所述方向參數(shù)的值的累加，形成關(guān)鍵點的具體方法為: Ml,以所述候選關(guān)鍵點為中心，用直方圖統(tǒng)計所述候選關(guān)鍵點的鄰域像素的梯度方向； M2,利用所述候選關(guān)鍵點鄰域像素梯度方向的分布特性為所述候選關(guān)鍵點指定方向參數(shù)； M3,以坐標軸為基準，以所述候選關(guān)鍵點為中心，取8X8的領(lǐng)域作為采樣窗口 ； M4,在所述米樣窗口內(nèi)米樣,形成米樣點； M5,將所述采樣點與所述候選關(guān)鍵點的相對方向通過高斯加權(quán)的方式合并到包含8個方向直方圖中，形成高斯加權(quán)圖； M6,將所述聞斯加權(quán)圖以2X2X8的表格進行描述；所述每個表格表不所述候選關(guān)鍵點鄰域所在的尺度空間的一個像素；所述候選關(guān)鍵點的相對方向表示像素梯度的方向；由所述像素和所述梯度的方向構(gòu)成梯度向量； M7，在所述采樣窗口中構(gòu)建4X4的窗口；在所述4X4的窗口中，將所述梯度向量累加，形成關(guān)鍵點。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測量的快速拼接方法，其特征在于:步驟104中，將拼接處理后的影像圖形信息進行融合的具體方法為采用小波變換方法拼接處理，所述小波變換方法拼接處理進行勻色。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的航空攝影測量的快速拼接方法，其特征在于:所述小波變換方法拼接處理后的影像圖形信息進行勻色的處理方式包括融合所述相鄰影像圖形信息的拼接線和消除所述相鄰影像圖形信息的色彩差異。
10.一種航空攝影測量的快速拼接系統(tǒng)，其特征在于，包括影像預(yù)處理模塊、影像配準模塊和影像融合模塊； 所述影像預(yù)處理模塊主要用于對影像圖形信息進行畸形校正處理； 所述影像配準模塊主要用于根據(jù)同一空間位置上相鄰影像圖形信息的重疊 區(qū)域，將所述相鄰影像圖形信息相關(guān)聯(lián)； 所述影像融合 模塊主要用于將關(guān)聯(lián)的所述相鄰影像圖形信息進行無縫拼接。
【文檔編號】G06T5/50GK104077760SQ201410103310
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】李月華, 姚勇, 魯惠聯(lián), 林先壹, 焦曉峰 申請人:中科宇圖天下科技有限公司