[發(fā)明專利]基于時空回溯的玉米穗期無人機圖像對齊方法與系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011162436.2
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112184703B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃華盛;唐宇;駱少明;楊阿慶;郭琪偉;莊鑫財;朱興;李嘉豪;楊捷鵬;符伊晴;趙晉飛;張曉迪;侯超鈞;莊家俊;苗愛敏;褚璇
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東技術(shù)師范大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/33;G06T3/40;G06V10/46;G06V10/82;G06N3/0464;G06N3/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發(fā)明公開了一種基于時空回溯的玉米穗期無人機圖像對齊方法與系統(tǒng)，包括：獲取若干幅抽穗時期玉米地的無人機遙感數(shù)據(jù)；基于時空回溯模型，對于每一幅玉米穗期的第一圖像，獲取其對應的玉米拔節(jié)時期的第二圖像；基于第二圖像的POS信息，將第二圖像投影至WGS?84坐標系，根據(jù)重疊區(qū)域像素差異最小化原則，調(diào)整第二圖像間的相對位置；對于每一對相鄰的第二圖像，基于SIFT特征計算匹配的特征點對，使用RANSAC方法消除誤匹配的特征點對，基于特征點對進一步調(diào)整第二圖像間的相對位置；根據(jù)確定的圖像對齊信息，將第二圖像替換為對應的第一圖像，繼續(xù)后續(xù)的圖像拼接操作。本發(fā)明可以在拔節(jié)時期紋理較為簡單的情況下完成圖像對齊，為后續(xù)的圖像拼接操作墊定基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機遙感的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于時空回溯的玉米穗期無人機圖像對齊方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

玉米穗期是產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時期，基于無人機低空遙感能夠快速有效監(jiān)測玉米穗期的農(nóng)情信息，為玉米田間管理提供決策依據(jù)。在無人機遙感監(jiān)測中，通常先將同個田塊的無人機圖像拼接形成正攝影像圖，再進行圖像分析得到農(nóng)情信息。圖像對齊是圖像拼接的第一個步驟，對于正攝影像圖的生成效果具有重要影響。當前主流的圖像對齊方法，是使用無人機圖像的POS信息進行圖像的粗略對齊，再基于相鄰圖像匹配的特征對進行精確對齊。然而，玉米從拔節(jié)時期進入穗期之后，由于頂部玉米穗的出現(xiàn)，冠層圖像的紋理復雜程度急劇增加，使得特征點的匹配計算難以完成。圖像對齊失敗，將使得后續(xù)的圖像拼接及圖像分析都無法完成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提出了一種基于時空回溯的玉米穗期無人機圖像對齊方法與系統(tǒng)，基于時空回溯方法將玉米穗期圖像轉(zhuǎn)化為玉米拔節(jié)時期圖像，在拔節(jié)期圖像上完成圖像對齊，使得穗期圖像能夠完成后續(xù)圖像拼接操作。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下：

基于時空回溯的玉米穗期無人機圖像對齊方法，包括以下步驟：

S1、獲取若干幅抽穗時期玉米地的無人機遙感數(shù)據(jù)；其中，獲取的遙感數(shù)據(jù)，既包括玉米穗期的第一圖像，也包括第一圖像對應的POS信息；

S2、基于時空回溯模型，對于每一幅玉米穗期的第一圖像，獲取其對應的玉米拔節(jié)時期的第二圖像；其中，所述第二圖像的POS信息與對應的第一圖像相同；

S3、基于第二圖像的POS信息，將第二圖像投影至WGS-84坐標系，根據(jù)重疊區(qū)域像素差異最小化原則，調(diào)整第二圖像間的相對位置，實現(xiàn)圖像的粗略對齊；

S4、對于每一對相鄰的第二圖像，基于SIFT特征計算匹配的特征點對，使用RANSAC方法消除誤匹配的特征點對，基于特征點對進一步調(diào)整第二圖像間的相對位置，實現(xiàn)圖像精確對齊；

S5、根據(jù)確定的圖像對齊信息，將第二圖像替換為對應的第一圖像，繼續(xù)后續(xù)的圖像拼接操作。

進一步，所述步驟S1包括以下步驟：

S101、在無人機地面站上，設(shè)定抽穗時期的玉米地作為航拍區(qū)域，設(shè)定航拍的航向重疊率和旁向重疊率，所述地面站根據(jù)作業(yè)信息自動生成航線；

S102、無人機根據(jù)規(guī)劃的航線自主飛行，根據(jù)設(shè)定的航向重疊率和旁向重疊率自動采集第一圖像，記錄第一圖像的POS信息；其中，所述第一圖像的POS信息包括經(jīng)度、緯度、高度、航向偏角、旁向偏角和旋轉(zhuǎn)角；

S103、無人機基于5G通訊，將采集到的遙感數(shù)據(jù)實時上傳至服務(wù)器；其中，實時上傳的遙感數(shù)據(jù)既包括第一圖像，也包括第一圖像的POS信息；所述無人機與服務(wù)器基于IP地址和端口號，建立端對端的套接字連接，所述無人機通過機載嵌入式芯片，將遙感數(shù)據(jù)以字節(jié)流形式傳送至服務(wù)器。

進一步，所述步驟S2包括以下步驟：