[發明專利]一種兼顧精度與速度的無人機影像幾何處理方法

有效

• 申請號: 201710779887.2
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107527328B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 扆冰禮;車雨琴;扆冰蕾
• 申請（專利權）人: 扆冰蕾
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種兼顧精度與速度的無人機影像幾何處理方法，其特征在于，采用基于歷史基準圖匹配的方法，整體流程包括：數據預處理、數據準備、特征提取、特征匹配、模型解算、影像變換；

所述數據預處理為可選操作，如果成像時傾角過大，則進行直接地理參考處理；如果影像畸變嚴重，則進行鏡頭畸變校正；

所述數據準備為加載歷史基準圖、原始影像及其對應的POS文件，利用外方位元素及原始影像尺寸估算地面覆蓋范圍，并從歷史基準圖中裁剪出歷史基準圖切片；估算范圍時，如果有影像對應的無人機姿態信息，則用直接地理參考的方式，通過計算影像四個角點的地面坐標實現范圍的計算；

所述特征提取是對裁剪出的歷史基準圖切片和原始影像分別進行SIFT特征提取；

所述特征匹配是對提取的特征進行匹配，匹配過程分為兩個階段，其一是利用SIFT特征點本身特性，通過KNN方法計算特征描述符間的歐式距離得到初始匹配結果；在此基礎上，需要利用RANSAC方法建立特征點間的幾何約束，剔除錯誤的匹配結果；最終的匹配結果即為原始影像的地面控制點；

所述模型解算是利用地面控制點建立原始影像從原始坐標系到地球坐標系的變換關系；模型的解算過程是通過前一環節匹配得到的地面控制點，求解出多項式變換的各項系數或通過匹配結果建立不規則三角網；

所述影像變換是利用建立的模型完成影像的幾何糾正；

無人機影像的預處理包括：鏡頭畸變和成像傾角的處理：

一是鏡頭畸變，無人機搭載非量測相機，鏡頭畸變的存在使得地物變形嚴重，干擾特征的匹配，對于畸變較嚴重的無人機影像進行畸變校正操作；

二是成像傾角，對于成像傾角過大的情況，采取直接地理參考技術，先對無人機影像進行一次粗略的正射校正，從而消除因傾角過大產生的形變，在此基礎上進行特征匹配；

估算地面覆蓋范圍根據POS文件中信息量的不同，分別采取兩種方式估計無人機影像所對應的地面范圍；估算地面覆蓋范圍的第一種方式：如果POS文件中含有姿態信息，則通過直接地理參考的方式，通過使用內外方位元素和共線方程，計算出四個角點的地理坐標并取四個坐標的外接矩形即可得到影像的地面覆蓋范圍；歷史基準圖切片保存為內存文件的形式，避開保存切片與匹配時讀取切片的兩次IO過程；

估算地面覆蓋范圍的第二種方式：如果POS文件僅含有成像瞬間的坐標信息，所述坐標信息包括經緯度、航高，則根據相機CCD像元大小、鏡頭焦距、航高、飛行方向以及影像寬高大致估算影像覆蓋的地面范圍，其方法是：

第一步，首先將坐標視為影像中心點地面坐標，若該坐標是地理坐標，則轉換為投影坐標；其次利用CCD像元大小、鏡頭焦距和航高估算出影像的實際地面采樣間隔GSD，

GSD＝p×H÷f

其中GSD為計算所得的地面采樣間隔，p為CCD像元大小，H為航高，f為焦距；

第二步，根據飛行方向和影像的寬高，估算出影像在地面東西方向和南北方向的覆蓋范圍；

第三步，估算出影像實際寬高后，根據中心點地面坐標就能換算得到四個角點的坐標，即得到影像地面覆蓋范圍；

利用特征點的幾何分布對特征點匹配結果進行幾何約束，從包含異常的數據集中自動提取有效樣本數據，將數據集描述為由符合一定數學模型的局內點和不符合數據模型的局外點，通過反復隨機選擇數據集中的一組子集作為局內點并建立模型，用模型去檢查剩余的所有點，越多的點被歸類為模型的局內點，則模型越合理，用所有假設的局內點重新構建模型，并通過局內點與模型的錯誤的比率對模型進行正確性評價；

在匹配完成后，繞過單應矩陣的具體計算進入后續環節，首先確定采取何種相機模型以及何種坐標系作為統一的坐標系，上述條件確定后，經過兩個層次的配準完成全局配準：首先是相鄰影像間的配準，即利用相鄰影像間的匹配結果計算得到相鄰影像間的單應矩陣；其次是在上述基礎上，利用單應矩陣變換關系的傳遞性質，完成所有影像向所選中的基準影像坐標系的配準。