[發明專利]一種飛行參數與相機內參相結合的航空影像實時校正方法

在審

• 申請號: 201810600925.8
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108830811A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 劉向增;盧強;唐雪寒
• 申請（專利權）人: 西安微電子技術研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T7/80
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種飛行參數與相機內參相結合的航空影像實時校正方法，采用相機焦距參數，傳感器像元尺寸及影像尺寸參數實時構建相機內參，相機內參結合飛行器的姿態參數構建單應變換矩陣，對實時獲取的影像進行校正插值變換，實現對影像的正射變換完成實時校正。可作為機載或彈載光電系統的預處理子系統，為提升后續深層次影像數據處理提供良好數據源。

技術領域

本發明屬于電子信息技術領域，具體涉及一種飛行參數與相機內參相結合的航空影像實時校正方法，適用于機載或彈載智能影像預處理系統。

背景技術

隨著傳感器技術、嵌入式計算機技術的發展，高清影像采集與處理系統得以在無人機、各種導彈武器實時運行。在軍事領域，無人機偵察或導彈攻擊目標均需要機載或彈載光學系統獲取目標區域影像，進而對目標進行探測識別，然而由于飛行載體及相機姿態的實時變化導致采集的影像存在嚴重的幾何畸變，為后續的圖像處理帶來了很大難度。而在民用航拍領域，大幅的航拍影像需要連續幀影像的無縫拼接，但由于飛行載體及相機姿態的變化無法實現精準的圖像拼接，因此，航拍影像的正射校正是預處理中的必要技術。

目前，航空影像的正射校正一是采用地面控制點或參考圖像的方法，如，“機載SAR影像的正射糾正試驗研究”(測繪通報，第1期，2007年3月)，此類方法需要人工采取控制點，成本高。中國專利CN103971334A：高光譜遙感圖像校正方法及裝置。該專利從提供的遙感影像本身特征出發，統計圖像內部各行的相關數據，通過行相關誤差最小和逐行位置平移進行校正，該方法屬于線性掃描成像不適用于航空面陣相機，并且其算法計算復雜難以進行實時校正。一是采用共線方程建?；蛲队白儞Q方法，如，“航空變焦距斜視成像幾何畸變的自動校正”(光學精密工程第23卷，第10期，2015年10月)，此類方法需要利用GPS測量相機的精確位置，從而計算像素點坐標和目標點空間坐標的映射。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種飛行參數與相機內參相結合的航空影像實時校正方法，解決由于飛行器飛行姿態及搭載相機的姿態導致的航空遙感影像存在嚴重的幾何形變問題，通過飛行載體的飛行參數及相機的內部參數構建單應變換矩陣，對實時采集的影像進行變換校正，達到消除幾何形變的目的，為后續的深層次圖像處理提供標準數據源。該算法可應用于機載或彈載信息感知系統，提升系統的感知精度。

本發明采用以下技術方案：

一種飛行參數與相機內參相結合的航空影像實時校正方法，采用相機焦距參數，傳感器像元尺寸及影像尺寸參數實時構建相機內參，相機內參結合飛行器的姿態參數構建單應變換矩陣，對實時獲取的影像進行校正插值變換，實現對影像的正射變換完成實時校正。

具體的，包括以下步驟：

S1、根據相機的傳感器像元尺寸，圖像尺寸，相機焦距等參數構建相機內部參數矩陣K；

S2、由飛行器姿態參數及相機的姿態參數構建旋轉矩陣R；

S3、根據多視圖幾何理論，通過相機內部參數矩陣K和旋轉矩陣R計算實時影像與正射圖像之間的單應矩陣H；

S4、利用步驟S3得到的單應矩陣H對輸入影像進行變換，在變換過程中進行間接雙線性插值，以保證變換后圖像的清晰度得到正射校正后圖像P_orth。

進一步的，步驟S1中，相機內部參數矩陣K如下：

其中，f為相機的焦距，dx,dy分別為圖像上每個像素在坐標軸方向的物理尺寸，(u₀,v₀)為圖像的中心像素坐標。

進一步的，步驟S2中，旋轉矩陣R如下：

其中，α,β,γ分別為無人機的翻滾角、俯仰角、偏航角，A,E分別為相機的方位角和高低角。