CN108848335A - 一种无人机图像拼接系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无人机图像拼接系统，包括无人机主体，无人机主体下部设置有用于安装设备的元件腔，元件腔内顶部设置有单片机电路、GPS定位器以及信号发送器，元件腔内中部设置有蓄电池，元件腔内底部设置有电机，电机向下设置的传动轴穿过元件腔底部与摄像头中部固定相连，信号发送器与计算机终端的信号接收器以无线通信相连，单片机电路分别与GPS定位器、信号发送器、摄像头以及电机分别电连接，本发明还提出一种使用无人机图像拼接系统的方法。相对现有技术，本发明技术方案具有控制简单迅速和工作可靠等优点，可有效提高无人机图像拍摄和拼接工作的可靠性。

Description

一种无人机图像拼接系统和方法

技术领域

本发明涉及无人机图像处理技术领域，特别涉及一种无人机图像拼接系统和方法。

背景技术

现阶段，图像拼接技术日趋发展和成熟，图像拼接技术是指由多张不同时间、不同角度或者不同传感器获得的图像拼成为一幅大型的无缝高分辨率图像的技术，其广泛应用于空间探测、遥感图像、医学图像分析等技术领域。与此同时，随着民用航拍无人机技术的不断发展，无人机的应用范围也得到迅速扩展，并且在广告摄影、交通、灾情检测等领域上得到广泛应用。将图像拼接技术与航拍无人机相互融合，可为用户提供高空大视场、宽视觉的全景图像拍摄效果，可克服单一视觉信息量小且无法观测的问题。

现有技术的无人机图像拼接技术中，存在图像处理速度较慢以及图像压缩传输再解压导致的图像失真、图像拼接后质量降低等问题。中国专利(公开号CN105611170A)公开了一种无人机及其全景拼接方法、装置和系统，通过在无人机端拼接全景图像，从而缩短了获取图像到拼接图像的响应时间，降低了拼接的误差，改善了全景拼接的实时性，但是由于在无人机上搭载的设备增多，导致了无人机的负担过大并且控制过程变得更加复杂。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种控制简单迅速、工作可靠的无人机图像拼接系统，本发明还提出一种用于无人机图像拼接系统的方法，旨在有效提高无人机图像的处理速度以及图像采集和拼接的质量。

为实现上述目的，本发明提出的一种无人机图像拼接系统，包括无人机主体，所述无人机主体下部设置有用于安装设备的元件腔，所述元件腔内顶部设置有单片机电路、GPS定位器以及信号发送器，所述元件腔内中部设置有蓄电池，所述元件腔内底部设置有电机，所述电机向下设置的传动轴穿过所述元件腔底部与摄像头中部固定相连，所述信号发送器与计算机终端的信号接收器以无线通信相连，所述单片机电路分别与所述GPS定位器、所述信号发送器、所述摄像头以及所述电机分别电连接。

优选地，所述计算机终端分别与打印单元、云计算服务器、云存储器、图像识别单元以及图像拼接单元相连。

优选地，所述打印单元为彩色打印机，所述计算机终端为便携式笔记本电脑，所述图像识别器为型号In-Sight 2000的图像传感器，所述图像拼接单元为图像处理软件。

优选地，所述摄像头顶端设置有配重块。

优选地，所述无人机主体两侧设置有支撑架，所述支撑架底端设置有用于支撑的弹性垫块。

优选地，所述支撑架包括上下相连的上支撑架和下支撑架，所述上支撑架底端内部设置有上容纳腔，所述下支撑架顶端内部设置有下容纳腔，所述上容纳腔和所述下容纳腔内部均设有弹簧，所述上支撑架和所述下支撑架之间设有工字型连接杆将所述上支撑架和所述下支撑架相连，所述上容纳腔和所述下容纳腔端部设置有限位环限制所述工字型连接杆向外移位。

本发明还提出一种使用所述无人机图像拼接系统的方法，包括以下步骤：

S1：所述摄像头进行图像数据采集，所述电机驱动所述传动轴带动所述摄像头进行圆周旋转以增加拍摄范围；

S2：所述摄像头采集到的图像数据和所述GPS定位器采集的定位数据共同发送至所述单片机电路，所述单片机电路通过所述信号发送器将未压缩的数据直接发送至所述计算机终端；

S3：所述计算机终端通过所述信号接收器接收数据后，再通过云计算服务器配合图像识别单元同时对多张图像数据进行识别，识别出多张图像数据中相同部分并对相同部分进行区块划分以及按1、2、3……n、n+1进行标号，直至将全部相同的区块标号完毕；

S4：所述云计算服务器对图像数据进行处理，通过检索出多个标号相同的区块中像素较高的区块并将其他标号相同的区块删除；

S5：所述云计算服务器配合图像拼接单元建立坐标系，在坐标系内对多张照片进行过区块删除操作的图像数据的边沿进行拼合，使相邻两张图片边缘处连接位置的横纵坐标完全相同，并制作初级合成图；

S6：云计算服务器配合所述图像识别单元将初级合成图与多张图像数据进行对比，将多张图像存在但初级合成图中不存在的区域提取，然后再配合图像拼接单元将提取的区块嵌入至初级合成图中，使区块边沿与初级合成图空白区块的边沿相吻合比对拼接后的图像进行复原，制得完整的成品合成图，同时使得成品合成图具有高精度以及拟真特点；

S7：所述计算机终端将合并后的图像数据存储至云存储器中。

本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：

本发明技术方案采用摄像头周向拍摄图像并传输至单片机电路，单片机电路再通过信号发送器发送至计算机终端的信号接收器并被计算机终端所接收，而计算机终端通过云计算服务器对图像数据进行快速处理。由于本发明技术方案中，单片机电路将采集到的图像数据不经过压缩而直接进行传输，能够避免压缩后再解压缩而造成图像失真的问题，既能有效提高处理速度，也能保证图像拼接后的质量。与此同时，本发明技术方案采用云计算服务器进行图像拼接，避免在无人机上增加相应的处理设备，有效降低无人机主体的负担以及大大简化其控制方式。

本发明技术方案通过电机对摄像头进行周向驱动旋转，从而使得摄像头可方便灵活地增加周向的拍摄图像范围，另外通过在摄像头顶部设置配重块，从而使得摄像头的重心位于摄像头顶部而使得拍摄过程更加稳定可靠，拍摄出的图像更加清晰。本发明技术方案通过在支撑架中部分开设置上支撑架和下支撑架，并且设置相应的弹簧与工字型连接杆，可有效缓解无人机着落过程的冲击作用力，并且使得无人机可平稳着陆，保证其内部结构的安全可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明无人机图像拼接系统的结构示意图；

图2为本发明无人机图像拼接系统的部分结构示意图；

图3为图1中A处的局部放大图；

图4为本发明无人机图像拼接系统的关系连接图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	无人机主体	5	支撑架
11	元件腔	51	弹性垫块
				12	单片机电路	52	上支撑架
13	GPS定位器	53	下支撑架
				14	信号发送器	54	弹簧
2	旋翼	55	工字型连接杆
				3	蓄电池	6	摄像头
4	电机	61	配重块
				41	传动轴	7	计算机终端

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种无人机图像拼接系统。

请参见图1至图4，在本发明实施例中，无人机图像拼接系统，包括无人机主体1，无人机主体1下部设置有用于安装设备的元件腔11，元件腔11内顶部设置有单片机电路12、GPS定位器13以及信号发送器14，元件腔11内中部设置有蓄电池3，元件腔11内底部设置有电机4，电机4的向下设置的传动轴41穿过元件腔11底部与摄像头6中部固定相连，信号发送器14与计算机终端7的信号接收器以无线通信相连，单片机电路12分别与GPS定位器13、信号发送器14、摄像头6以及电机4分别电连接。本实施的计算机终端7分别与打印单元、云计算服务器、云存储器、图像识别单元以及图像拼接单元相连。优选地，本实施例的打印单元为彩色打印机，计算机终端7为便携式笔记本电脑，图像识别器为型号In-Sight 2000的图像传感器，图像拼接单元为图像处理软件。

请参见图1，本实施例，摄像头6顶端设置有配重块61，通过设置配重块61，从而使得摄像头6的重心位于传动轴41底端，无人机飞行过程中更加稳定可靠。

本实施例中，无人机主体1两侧设置有支撑架5，支撑架5底端设置有用于支撑的弹性垫块51，通过设置弹性垫块51，使得无人机在登陆过程时，与地面是以软接触方式登陆，而不是硬着陆，避免无人机内部零部件受到冲击而导致损坏。

优选地，本实施例的支撑架5包括上下相连的上支撑架52和下支撑架53，上支撑架52底端内部设置有上容纳腔，下支撑架53顶端内部设置有下容纳腔，上容纳腔和下容纳腔内部均设有弹簧54，上支撑架52和下支撑架53之间设有工字型连接杆55将上支撑架52和下支撑架53相连。当无人机进行登陆时，当下支撑架53底部首先触碰地面，因此无人机着陆时难以避免地面对其产生一定的冲击作用力。因此当下支撑架53收到地面的冲击作用力时，上支撑架52由于与无人机主体1相连而带有一定向下俯冲惯性，因此上支撑架52和下支撑架53发生相对移动，设置于上支撑架52底部的弹簧54与下支撑架53顶部的弹簧54受到工字型连接杆55的挤压作用而发生压缩变形，弹簧54受到暂时的挤压压缩变形后，则会发生复位变形，从而使得上支撑架52和下支撑架53发生相对的相反方向移动，以消除无人机在着陆过程的冲击影响。

请参图1至图4，本发明还提出一种用于无人机图像拼接系统的方法，包括以下步骤：

S1：摄像头6进行图像数据采集，电机4驱动传动轴41带动摄像头6进行圆周旋转以增加拍摄范围；

S2：摄像头6采集到的图像数据和GPS定位器13采集的定位数据共同发送至单片机电路12，单片机电路12通过信号发送器14将未压缩的数据直接发送至计算机终端7；

S3：计算机终端7通过信号接收器接收数据后，再通过云计算服务器配合图像识别单元同时对多张图像数据进行识别，识别出多张图像数据中相同的部分并对相同的部分进行区块划分以及按1、2、3……n、n+1进行标号，直至将全部相同的区块标号完毕；

S4：云计算服务器对图像数据进行处理，通过检索出多个标号相同的区块中像素较高的区块并将其他标号相同的区块删除；

S5：云计算服务器配合图像拼接单元建立坐标系，在坐标系内对多张照片进行过区块删除操作的图像数据的边沿进行拼合，使相邻两张图片边缘处连接位置的横纵坐标完全相同，并制作初级合成图；

S6：云计算服务器配合图像识别单元将初级合成图与多张图像数据进行对比，将多张图像存在但初级合成图中不存在的区域提取，然后再配合图像拼接单元将提取的区块嵌入至初级合成图中，使区块边沿与初级合成图空白区块的边沿相吻合比对拼接后的图像进行复原，制得完整的成品合成图，同时使得成品合成图具有高精度以及拟真特点；

S7：计算机终端将合并后的图像数据存储至云存储器中。

请参见图1至图4，本发明实施例的无人机图像拼接系统的工作原理为：

设置于元件腔11内的单片机电路12控制蓄电池3驱动设置于无人机主体1端部的旋翼2旋转，从而使得无人机逐渐上升至指定高度。单片机电路12控制机摄像头6对环境图像数据进行采集，与此同时，单片机电路12控制电机4通过传动轴41带动摄像头6进行圆周旋转以增加摄像头6的图像采集范围；

然后摄像头6将采集到的图像数据以及GPS定位器13定位的数据共同发送至单片机电路12，单片机电路12再通过信号发送器14将数据在不进行压缩时直接发送至计算机终端7；

计算机终端7通过信号接收器对图像数据接收后，再通过云计算服务器配合图像识别单元同时对多张图像数据进行识别，识别出多张图像数据中相同部分并对相同部分进行区块划分以及标号，标号顺序按照1、2、3……n、n+1进行，直至将全部相同区块进行标号完毕；

然后通过云计算服务器对图像数据进行处理，检索出多个标号相同的区块中像素较高的一块后将其他标号相同的区块删除，从而提高局部画质的同时减少图片数据的占用空间，提高后续的拼接速度；

然后再通过云计算服务器配合图像拼接单元建立坐标系，在坐标系内对多张进行过区块删除的图像数据的边缘进行拼合，使得相邻两张图片边缘处连接位置的横纵坐标完全相同，避免造成图像重叠而产生重影，从而制成初级合成图；

然后再通过云计算服务器配合图像识别单元将初级合成图与张图像数据进行对比，云计算服务器将多张图像数据存在而初级合成图中不存在的区域进行提取，然后通过云计算服务器配合图像拼接单元将提取的区块嵌入初级合成图中，使得区块边缘与初级合成图空白区块边缘相吻合，从而对拼接后的图像进行复原，制得完整的成品合成图的同时使得成品合成图具有高精度以及高拟真的特点。

最终计算机终端将合并后的图像数据存储到云存储器中，需要时还可以通过打印单元将图像进行打印。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种无人机图像拼接系统，其特征在于，包括无人机主体，所述无人机主体下部设置有用于安装设备的元件腔，所述元件腔内顶部设置有单片机电路、GPS定位器以及信号发送器，所述元件腔内中部设置有蓄电池，所述元件腔内底部设置有电机，所述电机向下设置的传动轴穿过所述元件腔底部与摄像头中部固定相连，所述信号发送器与计算机终端的信号接收器以无线通信相连，所述单片机电路分别与所述GPS定位器、所述信号发送器、所述摄像头以及所述电机分别电连接。

2.如权利要求1所述的无人机图像拼接系统，其特征在于，所述计算机终端分别与打印单元、云计算服务器、云存储器、图像识别单元以及图像拼接单元相连。

3.如权利要求2所述的无人机图像拼接系统，其特征在于，所述打印单元为彩色打印机，所述计算机终端为便携式笔记本电脑，所述图像识别器为型号In-Sight 2000的图像传感器，所述图像拼接单元为图像处理软件。

4.如权利要求1所述的无人机图像拼接系统，其特征在于，所述摄像头顶端设置有配重块。

5.如权利要求1所述的无人机图像拼接系统，其特征在于，所述无人机主体两侧设置有支撑架，所述支撑架底端设置有用于支撑的弹性垫块。

6.如权利要求5所述的无人机图像拼接系统，其特征在于，所述支撑架包括上下相连的上支撑架和下支撑架，所述上支撑架底端内部设置有上容纳腔，所述下支撑架顶端内部设置有下容纳腔，所述上容纳腔和所述下容纳腔内部均设有弹簧，所述上支撑架和所述下支撑架之间设有工字型连接杆将所述上支撑架和所述下支撑架相连，所述上容纳腔和所述下容纳腔端部设置有限位环限制所述工字型连接杆向外移位。

7.一种用于如权利要求1所述无人机图像拼接系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：所述摄像头进行图像数据采集，所述电机驱动所述传动轴带动所述摄像头进行圆周旋转以增加拍摄范围；

S2：所述摄像头采集到的图像数据和所述GPS定位器采集的定位数据共同发送至所述单片机电路，所述单片机电路通过所述信号发送器将未压缩的数据直接发送至所述计算机终端；

S3：所述计算机终端通过所述信号接收器接收数据后，再通过云计算服务器配合图像识别单元同时对多张图像数据进行识别，识别出多张图像数据中相同部分并对相同部分进行区块划分以及按1、2、3……n、n+1进行标号，直至将全部相同的区块标号完毕；

S4：所述云计算服务器对图像数据进行处理，通过检索出多个标号相同的区块中像素较高的区块并将其他标号相同的区块删除；

S5：所述云计算服务器配合图像拼接单元建立坐标系，在坐标系内对多张照片进行过区块删除操作的图像数据的边沿进行拼合，使相邻两张图片边缘处连接位置的横纵坐标完全相同，并制作初级合成图；

S6：云计算服务器配合所述图像识别单元将初级合成图与多张图像数据进行对比，将多张图像存在但初级合成图中不存在的区域提取，然后再配合图像拼接单元将提取的区块嵌入至初级合成图中，使区块边沿与初级合成图空白区块的边沿相吻合比对拼接后的图像进行复原，制得完整的成品合成图，同时使得成品合成图具有高精度以及拟真特点；

S7：所述计算机终端将合并后的图像数据存储至云存储器中。