一種航空攝影測(cè)量的快速拼接系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法
【專(zhuān)利摘要】一種航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，包括如下步驟：步驟101，獲取無(wú)人機(jī)航拍的影像圖形信息；步驟102，將所述影像圖形信息進(jìn)行畸變校正；所述影像圖形信息包括影像圖形的幅寬、像素大小、分辨率和相機(jī)畸變參數(shù)；步驟103，將畸變校正后的所述影像圖形信息結(jié)合SIFT算法進(jìn)行配準(zhǔn)拼接處理；步驟104，將拼接處理后的所述影像圖形信息進(jìn)行勻色，得到無(wú)縫拼接的影像圖形。通過(guò)本發(fā)明可快速完成影像拼接工作，為各類(lèi)應(yīng)用做應(yīng)急保障；適用于各種情況下無(wú)人機(jī)影像拼接；高效的解決了大數(shù)據(jù)量處理耗時(shí)較長(zhǎng)，拼接處理速度慢等缺陷，本發(fā)明能簡(jiǎn)單通過(guò)控制點(diǎn)的添加，生產(chǎn)較高精度的拼接影像，便于高程分析。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種航空攝影測(cè)量的快速拼接系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空攝影測(cè)量的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種航空攝影測(cè)量的快速拼接系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，航測(cè)系統(tǒng)在提高測(cè)繪成果現(xiàn)勢(shì)性、增強(qiáng)測(cè)繪應(yīng)急服務(wù)保障能力等方面發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢(shì)，尤其是無(wú)人機(jī)低空航空攝影測(cè)量技術(shù)。
[0003]無(wú)人機(jī)低空航空攝影測(cè)量可以快速獲取的高分辨率影像；然而受到無(wú)人機(jī)飛行高度、數(shù)碼相機(jī)焦距、空間分辨率的限制，使得單張影像的視野范圍較小，僅依靠單張影像，難以對(duì)整個(gè)研究區(qū)域做出整體認(rèn)知；影像拼接是指將兩幅或多幅序列圖像按照其分布公共部分進(jìn)行重疊，得到一幅新的合集圖，合成后的圖形不僅方便我們目視所觀測(cè)地區(qū)的全局效果，而且還保留了原始影像中的細(xì)節(jié)信息。影像拼接主要包括影像匹配和影像融合兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了得到整個(gè)區(qū)域的完整影像，必須實(shí)現(xiàn)多張無(wú)人機(jī)影像的配準(zhǔn)與拼接，以得到整個(gè)區(qū)域的完整影像。隨著突發(fā)事件以及應(yīng)急保障對(duì)地理信息實(shí)時(shí)性的要求，無(wú)人機(jī)遙感影像實(shí)時(shí)及近實(shí)時(shí)的處理的需求日漸突出。而現(xiàn)有的技術(shù)中由于無(wú)人機(jī)影像處理系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度不高，限制條件較多，存在大數(shù)據(jù)量處理耗時(shí)較長(zhǎng)，拼接處理速度慢等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種航空攝影測(cè)量的快速拼接系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，解決上述問(wèn)題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，包括如下步驟:
[0007]步驟101，獲取無(wú)人機(jī)航拍的影像圖形信息；
[0008]步驟102，將所述影像圖形信息進(jìn)行畸變校正；所述影像圖形信息包括影像圖形的幅寬、像素大小、分辨率和相機(jī)畸變參數(shù)；
[0009]步驟103，將畸變校正后的所述影像圖形信息結(jié)合SIFT算法進(jìn)行配準(zhǔn)拼接處理；
[0010]步驟104，將拼接處理后的所述影像圖形信息進(jìn)行勻色，得到無(wú)縫拼接的影像圖形。
[0011]優(yōu)選的，步驟102中，所述畸變校正的具體實(shí)現(xiàn)方法是利用所述相機(jī)畸變參數(shù)，通過(guò)多項(xiàng)式將實(shí)際圖形的畸變坐標(biāo)進(jìn)行校正得到校正坐標(biāo)；所述校正坐標(biāo)的具體計(jì)算方式為:
[0012]

【權(quán)利要求】
1.一種航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟101，獲取無(wú)人機(jī)航拍的影像圖形信息； 步驟102，將所述影像圖形信息進(jìn)行畸變校正；所述影像圖形信息包括影像圖形的幅寬、像素大小、分辨率和相機(jī)畸變參數(shù)； 步驟103，將畸變校正后的所述影像圖形信息結(jié)合SIFT算法進(jìn)行配準(zhǔn)拼接處理； 步驟104，將拼接處理后的所述影像圖形信息進(jìn)行勻色，得到無(wú)縫拼接的影像圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，其特征在于:步驟102中，所述畸變校正的具體實(shí)現(xiàn)方法是利用所述相機(jī)畸變參數(shù)，通過(guò)多項(xiàng)式將實(shí)際圖形的畸變坐標(biāo)進(jìn)行校正得到校正坐標(biāo)；所述校正坐標(biāo)的具體計(jì)算方式為:U = It0TJ=IaijXiyU V =Vy;其中au、b.j為待定系數(shù)；n為根據(jù)圖形的變形程度而設(shè)立的多項(xiàng)式次數(shù)，X、y為實(shí)際的橫縱坐標(biāo)值，U、V為校正后的橫縱坐標(biāo)值，1、j為自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，其特征在于:步驟103中，所述配準(zhǔn)拼接主要包括: 步驟103.1，若所述無(wú)人機(jī)中無(wú)POS數(shù)據(jù)，則采用SIFT算法提取相鄰的影像圖形信息的同名特征點(diǎn)，根據(jù)所述同名特征點(diǎn)，建立所述同名特征點(diǎn)之間的映射關(guān)系；利用RANSAC剔除匹配錯(cuò)誤的特征點(diǎn)，優(yōu)化了所述同名特征點(diǎn)之間映射關(guān)系的匹配；根據(jù)優(yōu)化后的所述同名特征點(diǎn)，建立仿射變換 模型，得到變換參數(shù)，完成影像圖形的拼接；拼接完成后，進(jìn)行步驟104 ； 步驟103.2，若所述無(wú)人機(jī)中有POS數(shù)據(jù)，則采用基于POS的坐標(biāo)信息進(jìn)行拼接；基于POS的坐標(biāo)信息進(jìn)行拼接具體方法為根據(jù)POS提供的影像經(jīng)緯度信息將所述影像經(jīng)緯度信息對(duì)應(yīng)的所述影像圖形信息定義到WGS84坐標(biāo)系，形成坐標(biāo)影像圖形；根據(jù)所述坐標(biāo)系的坐標(biāo)信息對(duì)所述坐標(biāo)影像圖形進(jìn)行拼接；拼接完成后，進(jìn)行步驟104 ；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，其特征在于:步驟103.1中的所述仿射變換模型的具體實(shí)現(xiàn)計(jì)算方法為:
VX1I = im0 my |:c2| +「τη、.[y±\ ~ Irn3 m4| Iy2I ^5」， 其中X1, Y1表示影像圖形信息變換前的像素點(diǎn)坐標(biāo)；X2，Y2表示影像圖形信息變換后像素點(diǎn)坐標(biāo)；1:: 表示為影像圖形信息的旋轉(zhuǎn)、伸縮、切變的合成變換；￡25]為平移矢量；Hi2代表影像圖形信息在水平上的位移；m5代表影像圖形信息垂直方向上的位移；mQ、HI1, m3、m4、m2和m5均為實(shí)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，其特征在于:步驟103.2中拼接處理之后，還包括產(chǎn)生影像圖形信息為初步拼接影像圖形信息，采用SIFT特征拼接算法對(duì)所述初步拼接影像圖形信息進(jìn)行精細(xì)化匹配拼接；產(chǎn)生影像圖形信息為終極拼接影像圖形信息；匹配拼接后，進(jìn)行步驟104。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，其特征在于:步驟103.1中，完成影像圖形的拼接具體方法為: SI,在尺度空間中，采用SIFT算法對(duì)影像圖形信息進(jìn)行極值點(diǎn)的探測(cè)；得到關(guān)鍵點(diǎn)的位置及關(guān)鍵點(diǎn)所處的所述尺度空間；所述尺度空間是用來(lái)描述影像圖形信息多尺度的特征；所述尺度空間的計(jì)算方法為:
L (X，y, σ ) = G(x, y, σ ) I (χ, y)； 基于所述尺度空間的尺度可變的高斯差分尺度空間的計(jì)算方法為:
其中L(x，y，σ)為圖像尺度空間，G(x，y，σ)為尺度可變的高斯差分尺度空間，(x，y)為影像圖形信息的像素坐標(biāo)，ο為尺度空間因子；所述影像圖形信息大小和影像圖形信息被平滑的程度成正比； S2,將所述高斯差分尺度空間中的采樣點(diǎn)或8個(gè)相鄰點(diǎn)與上下相鄰尺度對(duì)應(yīng)的9*2個(gè)點(diǎn)相比較，用以判定是否為極值點(diǎn)； 若所述采樣點(diǎn)或所述8個(gè)相鄰點(diǎn)與所述上下相鄰尺度對(duì)應(yīng)的9*2個(gè)點(diǎn)相比較的結(jié)果相同，則所述采樣點(diǎn)或所述8個(gè)相鄰點(diǎn)為極值點(diǎn)，相同的所述采樣點(diǎn)或所述8個(gè)相鄰點(diǎn)作為候選關(guān)鍵點(diǎn)； 若所述采樣點(diǎn)或所述8個(gè)相鄰點(diǎn)與所述上下相鄰尺度對(duì)應(yīng)的9*2個(gè)點(diǎn)相比較的結(jié)果不相同，則繼續(xù)比較； S3,以所述候選關(guān)鍵點(diǎn)為中心，用直方圖統(tǒng)計(jì)所述候選關(guān)鍵點(diǎn)的鄰域像素的梯度方向，并利用所述候選關(guān)鍵點(diǎn)鄰域像素梯度方向的分布特性為所述候選關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)定方向參數(shù)；將所述方向參數(shù)的值的累加，形成關(guān)鍵點(diǎn)； S4,采用關(guān)鍵點(diǎn)的特征向量的歐氏距離作為拼接的影像圖形信息中的相似性判定度量，若所述拼接的影像圖形信息中關(guān)鍵點(diǎn)與待匹配的像圖形信息中的關(guān)鍵點(diǎn)的最近距離，除以影像圖形信息中關(guān)鍵點(diǎn)與待匹配的像圖形信息中的關(guān)鍵點(diǎn)的次近距離，得到的商值小于某個(gè)比例閾值，則形成匹配關(guān)鍵點(diǎn)； S5,按照所述匹配關(guān)鍵點(diǎn)完成對(duì)所述初步拼接影像圖形信息進(jìn)行精細(xì)化匹配拼接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，其特征在于:S3中，利用所述候選關(guān)鍵點(diǎn)鄰域像素梯度方向的分布特性為所述候選關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)定方向參數(shù)；將所述方向參數(shù)的值的累加，形成關(guān)鍵點(diǎn)的具體方法為: Ml,以所述候選關(guān)鍵點(diǎn)為中心，用直方圖統(tǒng)計(jì)所述候選關(guān)鍵點(diǎn)的鄰域像素的梯度方向； M2,利用所述候選關(guān)鍵點(diǎn)鄰域像素梯度方向的分布特性為所述候選關(guān)鍵點(diǎn)指定方向參數(shù)； M3,以坐標(biāo)軸為基準(zhǔn)，以所述候選關(guān)鍵點(diǎn)為中心，取8X8的領(lǐng)域作為采樣窗口 ； M4,在所述米樣窗口內(nèi)米樣,形成米樣點(diǎn)； M5,將所述采樣點(diǎn)與所述候選關(guān)鍵點(diǎn)的相對(duì)方向通過(guò)高斯加權(quán)的方式合并到包含8個(gè)方向直方圖中，形成高斯加權(quán)圖； M6,將所述聞斯加權(quán)圖以2X2X8的表格進(jìn)行描述；所述每個(gè)表格表不所述候選關(guān)鍵點(diǎn)鄰域所在的尺度空間的一個(gè)像素；所述候選關(guān)鍵點(diǎn)的相對(duì)方向表示像素梯度的方向；由所述像素和所述梯度的方向構(gòu)成梯度向量； M7，在所述采樣窗口中構(gòu)建4X4的窗口；在所述4X4的窗口中，將所述梯度向量累加，形成關(guān)鍵點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，其特征在于:步驟104中，將拼接處理后的影像圖形信息進(jìn)行融合的具體方法為采用小波變換方法拼接處理，所述小波變換方法拼接處理進(jìn)行勻色。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的航空攝影測(cè)量的快速拼接方法，其特征在于:所述小波變換方法拼接處理后的影像圖形信息進(jìn)行勻色的處理方式包括融合所述相鄰影像圖形信息的拼接線和消除所述相鄰影像圖形信息的色彩差異。
10.一種航空攝影測(cè)量的快速拼接系統(tǒng)，其特征在于，包括影像預(yù)處理模塊、影像配準(zhǔn)模塊和影像融合模塊； 所述影像預(yù)處理模塊主要用于對(duì)影像圖形信息進(jìn)行畸形校正處理； 所述影像配準(zhǔn)模塊主要用于根據(jù)同一空間位置上相鄰影像圖形信息的重疊 區(qū)域，將所述相鄰影像圖形信息相關(guān)聯(lián)； 所述影像融合 模塊主要用于將關(guān)聯(lián)的所述相鄰影像圖形信息進(jìn)行無(wú)縫拼接。
【文檔編號(hào)】G06T5/50GK104077760SQ201410103310
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】李月華, 姚勇, 魯惠聯(lián), 林先壹, 焦曉峰 申請(qǐng)人:中科宇圖天下科技有限公司