CN105763859A - 一种提高无人机航测精度的方法、系统及无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高无人机航测精度的方法、系统及无人机通过设置面阵相机和线阵相机，通过面阵相机和线阵相机同时进行拍摄，将面阵相机得到的框幅影像和线阵相机得到的条带影像进行配准、定位再输出，得到高分辨率的最终图像。可以不使用高精度的POS技术产品，来获取无人机的飞行姿态和位置坐标信息，可以降低成本，可广泛使用。

Description

一种提高无人机航测精度的方法、系统及无人机

技术领域

本发明涉及无人机遥感技术领域，具体而言，涉及一种提高无人机航测精度的方法、系统及无人机。

背景技术

无人机遥感影像按照摄影相机分为面阵相机和线阵相机，目前无人机上普遍应用的是面阵相机，只有在军事领域才有少量的线阵相机应用。在工业领域线阵相机加扫描运动获取图像的方案目前仍使用广泛，尤其是在要求视场大，图像分辨率高的情况下甚至不能用面阵相机替代。但由于受扫描运动精度的影响，其图像较面阵相机图像更具特殊性。因此，图像识别时不仅要充分利用分辨率高的优势，还必须克服扫描运动的影响，使传动的误差不致直接影响最终的图像识别精度。

对于航测领域要想克服推扫运动的影响，一般是在飞机上安装高精度的POS技术产品，以获取高精度的飞行姿态和位置坐标信息用于处理同步获取的线阵相机拍摄的影像信息。但高精度的POS技术产品费用高昂，目前多被应用于军事侦查、国防安全等领域，在民用无人机，尤其是中小型无人机应用上很少应用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种提高无人机航测精度的方法、系统及无人机。

本发明实施例提供的一种提高无人机航测精度的方法，所述方法包括：

通过面阵相机获取框幅影像，通过线阵相机获取条带影像；

将所述框幅影像根据不同时刻分为多幅框幅图像，将所述条带影像根据不同时刻分为多幅条带图像；

将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位，得到最终图像。

优选的，所述将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位，包括：将多幅所述框幅图像和与所述框幅图像对应时刻的多幅所述条带图像进行图像配准，并建立配准模型。

优选的，所述将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位，还包括：确定多幅所述框幅图像之间的几何关系，通过框幅图像与条带图像之间建立的配准模型，确定多幅所述条带图像之间的几何关系。

优选的，所述将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位之后还包括：根据多幅所述条带图像之间的几何关系，将多幅所述条带图像进行拼接，得到最终图像。

本发明实施例还提供的一种提高无人机航测精度的系统，包括面阵相机、线阵相机以及无人机本体，所述无人机本体包括图像处理装置，所述面阵相机用于获取框幅影像，所述线阵相机用于获取条带影像，所述图像处理装置用于将所述框幅影像根据不同时刻分为多幅框幅图像，将所述条带影像根据不同时刻分为多幅条带图像，并将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位，得到最终图像。

优选的，所述图像处理装置包括图像配准模块，所述图像配准模块用于将多幅所述框幅图像和与所述框幅图像对应时刻的多幅所述条带图像进行图像配准，并建立配准模型。

优选的，所述图像处理装置还包括图像定位模块，所述图像定位模块用于确定多幅所述框幅图像之间的几何关系，通过框幅图像与条带图像之间建立的配准模型，确定多幅所述条带图像之间的几何关系。

优选的，所述图像处理装置还包括图像输出模块，所述图像输出模块用于根据多幅所述条带图像之间的几何关系，将多幅所述条带图像进行拼接，得到最终图像。

优选的，还包括稳定平台，所述稳定平台设置于所述无人机本体的底部，所述面阵相机与所述线阵相机安装于所述稳定平台。

本发明实施例还提供一种无人机，所述无人机包括

存储器；

处理器；以及

图像处理装置，所述图像处理装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模块，所述图像处理装置包括：

影像拆分模块，用于将获得的所述框幅影像和所述条带影像根据不同时刻分为多幅框幅图像和多幅条带图像，其中所述框幅图像通过面阵相机获取，所述条带图像通过线阵相机获取；

图像配准模块，用于将多幅所述框幅图像和与所述框幅图像对应时刻的多幅所述条带图像进行图像配准，并建立配准模型；

图像定位模块，用于确定多幅所述框幅图像之间的几何关系，通过框幅图像与条带图像之间建立的配准模型，确定多幅所述条带图像之间的几何关系；

图像输出模块，用于根据多幅所述条带图像之间的几何关系，将多幅所述条带图像进行拼接，得到最终图像。

与现有技术相比，本发明的提高无人机航测精度的方法、系统及无人机通过设置面阵相机和线阵相机，通过面阵相机和线阵相机同时进行拍摄，将面阵相机得到的框幅影像和线阵相机得到的条带影像进行配准、定位再输出，得到高分辨率的最终图像。可以不使用高精度的POS技术产品，来获取无人机的飞行姿态和位置坐标信息，可以降低成本，可广泛使用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的提高无人机航测精度的系统的模块图；

图2是本发明较佳实施例提供的无人机的结构示意图；

图3为本发明较佳实施例提供的图像处理装置的模块图；

图4本发明较佳实施例提供的提高无人机航测精度的方法的流程图。

主要元件符号说明

提高无人机航测精度的系统100；面阵相机101；线阵相机102；显示单元103；存储器104；存储控制器105；处理器106；外设接口107；无人机108；稳定平台109；无人机本体110；图像处理装置200；影像拆分模块201；图像配准模块202；图像定位模块203；图像输出模块204。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，是提高无人机航测精度的系统100模块示意图。所述提高无人机航测精度的系统100应用于无人机，该系统包括面阵相机101、线阵相机102、显示单元103、存储器104、存储控制器105、处理器106、外设接口107以及图像处理装置200。

所述面阵相机101和所述线阵相机102均设置于所述无人机上，优选的设置于无人机的底部。所述面阵相机101、线阵相机102、显示单元103、存储器104、存储控制器105、处理器106、外设接口107各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述图像处理装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器104中。所述处理器106用于执行存储器中存储的可执行模块，例如所述图像处理装置200包括的软件功能模块或计算机程序。

当然，所述图像处理装置200也可以是硬件模块，例如图像处理装置200也可以是无人机上的中央处理器。

其中，面阵相机101用于在无人机进行航拍时，获取框幅影像。面阵相机101是一款成像工具，它主要是用来进行图像采集的，它可以一次性地来获取图像，它的图像是很直观的。在物体的形状、尺寸等等方面的测量应用上所起到的作用很大，它可以分为帧转移面阵相机、隔列转移面阵相机、线转移面阵相机以及全帧转移面阵相机。

所述线阵相机102用于在无人机进行航拍时，获取条带影像。线阵相机102是采用线阵图像传感器的相机，它的传感器只有一行感光元素，因此使高扫描频率和高分辨率成为可能。另外，线阵相机102非常适合测量场合，这要归功于传感器的高分辨率，它可以准确测量到微米。

存储器104可以是，但不限于，随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)，只读存储器(ReadOnlyMemory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(ElectricErasableProgrammableRead-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，存储器104用于存储程序，所述处理器106在接收到执行指令后，执行所述程序。

处理器106可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器106可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述外设接口107将各种输入/输入装置耦合至处理器以及存储器。在一些实施例中，外设接口，处理器以及存储控制器105可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

显示单元103在无人机与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像或数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元103可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器进行计算和处理。

请参阅图2，是本发明较佳实施例提供的无人机的结构示意图。所述无人机108包括无人机本体110和稳定平台109，所述稳定平台109设置于所述无人机本体110的底部，所述面阵相机101和线阵相机102均设置于所述稳定平台109，所述稳定平台109用于固定所述面阵相机101和线阵相机102，使所述面阵相机101和线阵相机102能够获取在同一时刻、同一位置、同一姿态下的框幅影像和条带影像。所述同一姿态由所述无人机108的姿态决定，即无人机108在某一时刻的位置、角度的状态。

优选的，所述面阵相机101和所述线阵相机102平行并列的设置于所述稳定平台109，保证面阵相机101和线阵相机102在同一平行度下进行推扫航测，方便准确。

请参阅图3，是本发明较佳实施例提供图像处理装置200的模块图。所述图像处理装置200包括影像拆分模块201、图像配准模块202、图像定位模块203以及图像输出模块204。所述图像处理装置200用于将所述框幅影像根据不同时刻分为多幅框幅图像，将所述条带影像根据不同时刻分为多幅条带图像，并将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位，得到最终图像。

所述影像拆分模块201用于将所述框幅影像和所述条带影像根据不同时刻分为多幅框幅图像和多幅条带图像。

由于面阵相机101和线阵相机102(请再次参考图2)是在一定时间段内进行拍摄，每一个时刻均可以对应一张图片。例如，对一整座山进行拍摄，需要对整座山的每个地方进行扫描拍摄，每个时刻都可以对应某一个位置的图片。所述影像拆分模块201可以根据不同的时刻将所述框幅影像划分为多幅框幅图像，将所述条带影像划分为幅条带图像。

所述图像配准模块202用于将多幅所述框幅图像和与所述框幅图像对应时刻的多幅所述条带图像进行图像配准，并建立配准模型。

在所述面阵相机101和线阵相机102进行拍摄时，可以根据所述面阵相机101和线阵相机102的位置关系，计算在同一时刻所述面阵相机101拍摄的框幅图像和所述线阵相机102拍摄的条带图像关系。建立配准模型可以是使所述框幅图像和所述条带图像建立意义对应的关系。

所述图像定位模块203用于确定多幅所述框幅图像之间的几何关系，通过框幅图像与条带图像之间建立的配准模型，确定多幅所述条带图像之间的几何关系。

具体的，两幅框幅图像之间，可以根据框幅图像的区别特征，辨别出无人机的飞行姿态和位置坐标的改变信息，例如在两幅框幅图像的角度变化了30度，可以得到该无人机翻转了30度。根据无人机的飞行姿态和位置坐标，以及再通过所述图像配准模块202建立的所述条带图像和所述框幅图像的配准模型，得到不同时刻的多幅条带图像之间的几何关系。

所述图像输出模块204用于根据多幅所述条带图像之间的几何关系，将多幅所述条带图像进行拼接，得到最终图像。

在拼接时还需要进行重叠区域处理，再得到最终图像，所述最终图像为高分辨率图像，并且最终获得的高分辨率图像的图形畸变量相当于框幅图像拼接所产生的微小畸变量。

请参阅图4，是本发明较佳实施例提供的提高无人机航测精度的方法的流程图。下面将对图4所示的具体流程进行详细阐述。

步骤S101，获取将框幅影像和条带影像。

具体的，通过面阵相机101(请再次参考图2)获取框幅影像，通过线阵相机102获取条带影像。

步骤S102，将框幅影像和条带影像分为多幅框幅图像和多幅条带图像。将所述框幅影像和所述条带影像根据不同时刻通过所述影像拆分模块201分为多幅框幅图像和多幅条带图像。

步骤S103，将多幅框幅图像和多幅条带图像进行配准。将多幅所述框幅图像和与所述框幅图像对应时刻的多幅所述条带图像进行图像配准，并建立配准模型。

步骤S104，将多幅条带图像进行定位。通过图像定位模块203确定多幅所述框幅图像之间的几何关系，通过框幅图像与条带图像之间建立的配准模型，确定多幅所述条带图像之间的几何关系。

步骤S105，将多幅条带图像进行拼接。根据多幅所述条带图像之间的几何关系，通过图像拼接模块将多幅所述条带图像进行拼接，得到最终图像。

综上所述，本发明提供一种提高无人机航测精度的方法、系统及无人机通过设置面阵相机和线阵相机，通过面阵相机和线阵相机同时进行拍摄，将面阵相机得到的框幅影像和线阵相机得到的条带影像进行配准、定位再输出，得到高分辨率的最终图像。可以不使用高精度的POS技术产品，来获取无人机的飞行姿态和位置坐标信息，可以降低成本，可广泛使用。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种提高无人机航测精度的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过面阵相机获取框幅影像，通过线阵相机获取条带影像；

将所述框幅影像根据不同时刻分为多幅框幅图像，将所述条带影像根据不同时刻分为多幅条带图像；

将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位，得到最终图像。

2.根据权利要求1所述的提高无人机航测精度的方法，其特征在于，所述将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位，包括：将多幅所述框幅图像和与所述框幅图像对应时刻的多幅所述条带图像进行图像配准，并建立配准模型。

3.根据权利要求2所述的提高无人机航测精度的方法，其特征在于，所述将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位，还包括：确定多幅所述框幅图像之间的几何关系，通过框幅图像与条带图像之间建立的配准模型，确定多幅所述条带图像之间的几何关系。

4.根据权利要求3所述的提高无人机航测精度的方法，其特征在于，所述将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位之后还包括：根据多幅所述条带图像之间的几何关系，将多幅所述条带图像进行拼接，得到最终图像。

5.一种提高无人机航测精度的系统，应用于无人机，其特征在于，包括面阵相机、线阵相机以及无人机本体，所述无人机本体包括图像处理装置，所述面阵相机用于获取框幅影像，所述线阵相机用于获取条带影像，所述图像处理装置用于将所述框幅影像根据不同时刻分为多幅框幅图像，将所述条带影像根据不同时刻分为多幅条带图像，并将多幅所述框幅图像和多幅所述条带图像进行配准和定位，得到最终图像。

6.根据权利要求5所述的提高无人机航测精度的系统，其特征在于，所述图像处理装置包括图像配准模块，所述图像配准模块用于将多幅所述框幅图像和与所述框幅图像对应时刻的多幅所述条带图像进行图像配准，并建立配准模型。

7.根据权利要求6所述的提高无人机航测精度的系统，其特征在于，所述图像处理装置还包括图像定位模块，所述图像定位模块用于确定多幅所述框幅图像之间的几何关系，通过框幅图像与条带图像之间建立的配准模型，确定多幅所述条带图像之间的几何关系。

8.根据权利要求7所述的提高无人机航测精度的系统，其特征在于，所述图像处理装置还包括图像输出模块，所述图像输出模块用于根据多幅所述条带图像之间的几何关系，将多幅所述条带图像进行拼接，得到最终图像。

9.根据权利要求5所述的提高无人机航测精度的系统，其特征在于，还包括稳定平台，所述稳定平台设置于所述无人机本体的底部，所述面阵相机与所述线阵相机安装于所述稳定平台。

10.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括

存储器；

处理器；以及

图像处理装置，所述图像处理装置安装于所述存储器中并包括一个或多个由所述处理器执行的软件功能模块，所述图像处理装置包括：

影像拆分模块，用于将获得的所述框幅影像和所述条带影像根据不同时刻分为多幅框幅图像和多幅条带图像，其中所述框幅图像通过面阵相机获取，所述条带图像通过线阵相机获取；

图像配准模块，用于将多幅所述框幅图像和与所述框幅图像对应时刻的多幅所述条带图像进行图像配准，并建立配准模型；

图像定位模块，用于确定多幅所述框幅图像之间的几何关系，通过框幅图像与条带图像之间建立的配准模型，确定多幅所述条带图像之间的几何关系；

图像输出模块，用于根据多幅所述条带图像之间的几何关系，将多幅所述条带图像进行拼接，得到最终图像。