[發明專利]一種基于無人機近地面成像的航拍系統及棉花產量估測方法

在審

• 申請號: 201710091713.7
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN107832655A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 張若宇;鄒昆霖;金作徽;楊曦;曾鳳竹
• 申請（專利權）人: 石河子大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06T3/40;G06T5/00;G06T5/10;G06T5/50;G06Q50/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于無人機近地面成像的航拍系統及棉花產量估測方法，其特征在于：所述無人機近地面拍攝的航拍系統由航拍相機(1)、無人機(2)、高清圖像傳輸設備(3)、圖像矯正處理器(4)、飛控及導航系統(5)、增穩云臺(6)、慣性測量單元(7)、便攜式地面站(8)組成；所述棉花產量估測方法的步驟如下，步驟一：根據被測棉田的特征及估測精度計算所需的空間分辨率，通過在不同高度對地面的標準目標紙（值）的拍攝，確定飛行高度；步驟二：根據被測棉田的衛星定位信息以及步驟一中確定的飛行高度規劃航拍路線，啟動無人機按規劃航線完成飛行任務；飛行過程中通過航拍相機采集棉田的高清視頻流；步驟三：通過五點采樣法，在被測棉田中選取五個采樣區域，每個采樣區域為1 m×1 m的正方形區域，在確定飛行高度上采集該樣本區域圖像；采收樣本區域內的棉朵，稱量其產量；建立測產模型，以采樣區域的圖像像素作為測產模型的輸入，采樣區域的產量作為輸出，訓練測產模型，確定二者關系；步驟四：通過數字圖像處理手段將視頻流拆分成單張照片；在對圖片做完預處理后，通過特征點的提取與匹配完成對多張圖像的拼接，得到棉田的全景圖；步驟五：使用在步驟三中訓練好測產模型，以全景圖作為輸入，得到整個棉田的估測產量；步驟六：待棉田采收完成之后，記錄棉田實際產量，以全景圖作為輸入，應用已訓練好的測產模型估測整塊棉田的產量。

2.基于上述權利要求1所述的一種基于無人機近地面成像的航拍系統及棉花產量估測方法，其特征在于所述圖形拼接技術由以下四部分組成； 1）圖形濾波及空間投影矯正：采用高斯-拉普拉斯變換，在平滑濾波的同時銳化邊緣和增強細節； 2）特征點的提取及特征匹配：采用區域特征提取，提取特征區域內的灰度特征；匹配方法采用空間相關法進行匹配；3）模型參數估計及圖像變換：確立匹配關系后，構造變換模型并估計模型參數，通過圖像之間部分元素匹配關系拓展確定兩幅圖像的變換關系，通過變換模型將待拼接圖像變換到參考圖像的坐標系下；4）圖像融合：采用圖像處理手段去除拼接圖像中的重疊部分，以及消除由于光照等原因造成的待拼接圖像色彩強度差異。

3.根據權利要求1所述的一種基于無人機近地面成像的航拍系統及棉花產量估測方法，其特征在于：在被測棉田中劃定樣本區域，采集樣本區域的圖像，計算單位面積下的棉花產量；建立測產模型，以采樣區域的圖像像素作為模型的輸入，采樣區域的產量作為輸出，訓練測產模型，確定二者關系。

4.基于上述權利要求3所述的一種基于無人機近地面成像的航拍系統及棉花產量估測方法，其特征在于：步驟五的整個棉田的估測產量的棉田產量計算方法，是以全景圖作為輸入，利用測產模型，得到整個被測區域的棉花產量。

5.基于上述權利要求1所述的一種基于無人機近地面成像的航拍系統及棉花產量估測方法，其特征在于：可通過便攜式地面站(8)和飛控及導航系統(5)控制航拍相機的工作。

6.基于上述權利要求1所述的一種基于無人機近地面成像的航拍系統及棉花產量估測方法，其特征在于：所述便攜式地面站(8)可以由通用型移動設備安裝自主研發的地面站軟件構成，具有航線規劃功能、處理航拍圖像、控制運動相機、輸出估產結果的功能。

7.基于上述權利要求1所述的一種基于無人機近地面成像的航拍系統及棉花產量估測方法，其特征在于：所述圖像矯正處理器(4)具有小型輕便的特點，可以在無人機上搭載，并依據所述慣性測量單元(7)的數據計算相機偏角，對相機所拍攝圖像進行正射影矯正。