[發明專利]利用無人機多視角攝像快速進行三維地形模型構建的方法

有效

• 申請號: 201710566739.2
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107504957B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 薛彬;張凱;趙拓;王志洋;游畫;丁微;劉雪楓;許思陽;李冰楊;李靜靜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G06T17/05
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種利用無人機多視角攝像快速進行三維地形模型構建的方法，包括以下步驟：收集需要進行測繪的區域地形信息；根據區域地形信息，選擇無人機的類型進行空中拍攝；利用控制軟件將飛行任務上傳到無人機，使其按照預定的飛行高度、飛行軌跡飛行，同時對地面進行多視角拍攝；將收集到的圖片利用3D模型生成軟件進行處理，重建拍攝地區的三維立體模型。本發明以圖像三維重建相關理論為基礎，利用多旋翼無人機飛行的穩定性，靈活性進行低空遙感測量，通過無人機航跡規劃和多視角攝像實現地理測繪過程的自動化和智能化，提高地理測繪精度和效率，大大減少了地理測繪中的工作量，具有自動化程度高，測量范圍大，成本低廉，操作便捷等優點。

技術領域

本發明涉及三維數字地形重建領域，尤其涉及利用無人機進行地面影像采集、并進行三維地形模型構建的方法。

背景技術

基于圖像的三維重建是根據若干幅二維圖片來恢復物體和場景的三維模型的方法。該方法涉及計算機圖像處理、計算機圖形學、計算機視覺以及模式識別等諸多學科。與傳統的利用建模軟件或者三維掃描儀得到立體模型的方法相比，基于圖像三維重建的方法成本低廉，真實感強，自動化程度高，因而具有廣泛的應用前景。目前，該技術已經成為三維重建的一個研究熱點。

基于圖像的三維地形重建方法的基本過程是，先利用相機對地面拍攝一系列照片，之后分析拍攝照片中同一目標物體的特征點并進行匹配，相鄰照片的重合度越高，特征點的匹配越容易，不同照片的拍攝方位和拍攝角度有一定的差別，通過分析不同照片中的相似特征點計算所拍攝對象的三維特征，從而進行三維重建。照片分辨率越高，照片重合度越高，拍攝角度越多，合成的三維模型的質量越好。

近年來隨著無人機技術的發展，相繼出現了多種樣式和功能的無人機，同時也催生了無人機攝影測量技術。通過無人機可以快速獲取大量的地面二維圖像，經過三維重建還原拍攝地區的三維地形圖，相對于傳統的地形測量方式具有操作便捷、測量范圍大、成本低、效率高等優點。但是一般的單角度測量無法滿足構建高質量三維模型的要求，傳統的解決手段是一個無人機上搭載多個角度攝像頭，這無疑提高了對無人機負載能力的要求。本方案提出了一種利用軟件實現無人機單攝像頭多角度自動控制拍攝的方式，能夠在不增加無人機負載情況下提高無人機拍攝效率。

發明內容

本發明提供了一種利用無人機多視角攝像快速進行三維地形模型構建的方法，本發明基于二維圖像進行三維重建的原理，結合地形測繪的實際需要，利用無人機搭載高清云臺作為新工具，開發相應的Android APP自動控制飛機，并獲取地面二維影像，利用三維建模軟件進行地形模型構建，詳見下文描述：

一種利用無人機多視角攝像快速進行三維地形模型構建的方法，所述方法包括以下步驟：

收集需要進行測繪的區域地形信息；根據區域地形信息，選擇無人機的類型進行空中拍攝；

利用控制軟件將飛行任務上傳到無人機，使其按照預定的飛行高度、飛行軌跡飛行，同時對地面進行多視角拍攝；

將收集到的圖片利用3D模型生成軟件進行處理，重建拍攝地區的三維立體模型；

其中，所述飛行軌跡為“幾”字形，飛行軌跡參數滿足如下要求：

設攝像頭FOV角度為θ；相機分辨率為m*n；分辨率要求為x；航線方向照片重合度為η；航線間隔照片重合度為ζ；

則飛行高度H和單張照片拍攝區域的邊長的計算公式如下：

a＝m*x；

b＝n*x

航線方向拍照間距滿足：

η_x＝m*x*(1-η)

航線間拍照間距滿足：