[發明專利]一種多角度貼近攝影航跡與姿態規劃方法

在審

• 申請號: 202011014968.1
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112146629A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 張祖勛;陶鵬杰;季錚;柯濤;段延松;席可;張浩
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C11/34
• 分類號: G01C11/34;G01C7/02;G01C21/20
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

本發明提出一種多角度貼近攝影航跡和姿態規劃方法，實現貼近攝影測量的“傾斜”攝影功能，以便完整獲取貼近攝影對象(如斜坡面、房屋立面等)表面紋理信息且增加影像間交會角，從而保證精細三維重建的完整性和精度。已有測繪產品或者常規攝影測量獲取的攝影區域初始地形，為多角度貼近攝影航跡與姿態規劃提供依據，通過設置交向攝影和俯仰攝影的角度，并根據拍攝區域的高程和對應的拍攝距離，自動計算多角度貼近攝影航跡與姿態。本方法針對“貼近攝影測量”僅進行正對攝影時三維重建成果精度不夠高且覆蓋完整度不夠而提出，可以有效提高貼近攝影影像交會角和攝影目標的覆蓋度，從而保證成果精度和完整度，同時計算效率高，穩定性強，操作簡便。

技術領域

本發明涉及一種多角度貼近攝影航跡與姿態規劃方法，其中多角度攝影航跡自動計算是該方法的關鍵技術。

背景技術

在常規豎直攝影測量中，立體像對間的最大交會角約為相機視場角的0.4倍(往往小于90°)，因此常規攝影測量的平面精度通常優于高程方向(或深度方向)精度。為了提高高程方向的精度，需要增大影像的交會角，一般會采用傾斜攝影(交向攝影和俯仰攝影)的方式來拍攝數據。

貼近攝影測量，即利用貼近物體表面攝影獲取的高清影像進行攝影測量，獲取被攝物體精確坐標、精細形狀，進而得到精確的地理信息成果。貼近攝影測量的本質是對面攝影，如果將這個面旋轉到水平位置，那么就與常規的攝影測量一致。因此，為了增大貼近攝影測量的交會角，保證精細重建精度，也需針對貼近攝影測量增加“傾斜”攝影。不同于常規航空傾斜攝影的前后視與左右視，貼近攝影測量的傾斜攝影包括交向攝影和俯仰攝影，其中交向攝影的傾斜角沿飛行方向設置，俯仰角則垂直于飛行方向設置。在另一方面，增加“傾斜”攝影影像還可以保證最終獲取的數據能夠覆蓋那些在對目標進行平面擬合過程中被忽略的結構(如，建筑物立面上的空調，大壩上的變形觀測站以及山體滑坡凸出的部分)。

目前而言，用于貼近攝影的旋翼無人機只有單個鏡頭，不能一次性獲取多個方向的傾斜影像，因此有必要利用單鏡頭來模擬交向拍攝和俯仰拍攝。

對比于常規的傾斜攝影測量，如圖1所示，五視傾斜相機每次曝光的時候，是位于一個攝站點同時拍攝五個不同的區域。通過不同航線之間拍攝的重疊來提高立體像對間的交會角。但是不同航線之間的重疊并不穩定，很難將同一區域的不同角度拍攝完全。而基于貼近攝影測量的多角度航跡與姿態規劃方法能夠很好的解決這一問題。

如圖2所示，在貼近攝影測量航跡規劃中無人機鏡頭始終正對目標區域，可以被視為貼近攝影測量的“下視鏡頭”。假設貼近攝影測量的傾斜角度設置為γ，那么，貼近攝影測量的“傾斜”則是在“下視”的基礎上：(1)“左右視”，即交向攝影，無人機機身在水平方向上(XY平面)左右偏轉γ，為與無人機旋偏角的定義保持一致，定義向右傾斜為正，向左傾斜為負；(2)“上下視”，即俯仰攝影，無人機鏡頭在豎直方向(XZ平面)上下旋轉θ進行拍攝。無人機正交攝影、交向攝影和俯仰攝影結合起來，完整拍攝到目標區域的所有角度，共同組成了貼近攝影測量的多角度航跡。

本方法基于“貼近攝影測量”的理念，利用旋翼無人機進行多角度攝影。在正對目標拍攝的基礎上，增加規劃了相機左右傾斜和上下傾斜一定角度進行拍攝的航跡與姿態，從而為貼近攝影測量有力補充了交向攝影和俯仰攝影的影像數據，增加了影像的交會角，進而保證精細重建結果的精度和完整性。本發明的算法規劃精度高，計算速度快，自動化程度高。

發明內容

本發明主要解決“貼近攝影測量”只有正對拍攝情況下立體像對間交會角不夠大、攝影測量成果精度不夠高的問題。本發明提出了一種多角度貼近攝影航跡與姿態規范方法，實現貼近攝影測量的五視“傾斜”攝影，從而提高拍攝影像立體像對間交會角，保證精細重建結果的精度和完整性，同時這種算法為全自動，處理效率高。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決：一種多角度貼近攝影航跡與姿態規劃方法，包括以下步驟：

步驟1，獲取測區范圍內所有目標的低分辨率無人機影像；