CN111060075A - 一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法和系统，该方法具体包括无人机模块接收拍摄指令，无人机模块航拍并发送实时影像，接收无人机模块发送的实时影像并拼接实时图像，实时更新三维数字地图。本发明提出的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法和系统，通过无人机对目标区域进行拍摄，服务器实时接收影像并进行图像拼接，可以在三维数字地球中实时更新拼接后的高精度影像。本发明最显著的特点是实时性，对于抢险救灾和军事侦察等需要快速构建目标区域环境的场景有着重要的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于地理信息系统技术领域，特别是涉及一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法和系统。
背景技术
随着社会和科技的发展，社会各行业对高分辨率地图和地理信息的需求越来越迫切。现在的地图影像多数是通过卫星和载入航空飞机获取，这样的方式难以满足影像获取的精度和实时性。相比之下，小型无人机航拍技术具有灵活性强、操作方便、分辨率高、成本较低等优点，在局部区域高精度影像获取方面具有显著优势。
由于无人机需要观测的区域较大，单张影像不能覆盖整个目标区域，需要拍摄多张影像，然后通过图像拼接技术将多张影像融合成一幅完整的影像。现在的方法多数是无人机将所有拍摄的影像存储下来，然后通过图像拼接软件统一整体拼接。这种方法有明显的延迟性，无法在无人机航拍结束后就立刻得到目标区域影像。因此如何实时获取目标区域的完整影像是目前的一个研究难点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法和系统，用以解决现有技术中无法将无人机航拍的图像实时融合成一幅完整的目标区域的影像的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，包括：无人机模块接收拍摄指令；无人机模块航拍并发送实时影像；接收无人机模块发送的实时影像并拼接实时图像；实时更新三维数字地图。
具体地，无人机模块接收拍摄指令，包括：参数设置模块设置拍摄参数，具体包括拍摄影像精度、影像横重叠率、影像纵重叠率和拍摄区域；无人机飞行规划模块确定飞行参数，具体包括飞行高度和飞行路径；指令发送模块将拍摄参数和飞行参数发送给无人机模块。
优选地，飞行参数中的飞行路径为往复式全覆盖路径。
具体地，接收无人机模块发送的实时影像并拼接实时图像，包括：影像接收模块接收无人机模块发送的实时影像；图像拼接模块对实时影像进行图像配准处理和图像融合处理。
具体地，图像配准处理具体包括：图像拼接模块根据实时影像确定影像的重叠区域，并在该重叠区域进行SURF算法特征匹配。图像融合处理具体包括：图像拼接模块采用图像金字塔多尺度融合算法对图像配准后的图像进行图像融合。
具体地，实时更新三维数字地图，包括：瓦片切割模块对拼接后的实时图像进行瓦片切割处理；三维数字地球构建模块构建三维数字地球；更新模块将瓦片切割模块切割得到的瓦片实时更新到三维数字地球。
具体地，三维数字地球构建模块构建三维数字地球，包括：三维数字地球构建模块利用osgEarth软件构建三维数字地球。
具体地，更新模块将瓦片切割模块切割得到的瓦片实时更新到三维数字地球，包括：更新模块检测buffer文件夹中是否存在瓦片，如果存在瓦片，根据瓦片名计算其经纬度，加载该瓦片至内存，并将该瓦片添加到toLoadQueue队列；将该瓦片移动至save文件夹；更新模块判断toLoadQueue队列是否为空，如果不为空，则新建一个节点，并将瓦片添加至所述三维数字地球的所述新建节点上；更新模块渲染更新三维数字地球。
本发明还提供了一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建系统，包括：无人机模块和地面终端模块；无人机模块，用于接收拍摄指令，还用于航拍并发送实时影像；地面终端模块，用于接收无人机模块发送的实时影像并拼接实时图像，还用于实时更新三维数字地图。
本发明提出的一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法和系统具有以下有益效果：通过无人机对目标区域进行拍摄，服务器实时接收影像并进行图像拼接，可以在三维数字地球中实时更新拼接后的高精度影像。本发明最显著的特点是实时性，对于抢险救灾和军事侦察等需要快速构建目标区域环境的场景有着重要的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例一的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法的流程图；
图2是本发明实施例一的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法中实时更新三维数字地图步骤的流程图；
图3是本发明实施例二的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法的流程图；
图4是本发明实施例二的影像横重叠率和纵重叠率示意图；
图5是本发明实施例二的往复式全覆盖路径示意图；
图6是本发明实施例三的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法的流程图；
图7是本发明实施例四的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建系统的组成结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例一
本发明实施例一的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法的流程图，如图1所示。
步骤S101，无人机模块接收拍摄指令。
具体实施时，无人机地面站根据拍摄任务，设置与拍摄任务相关的参数并生成指令，并将生成的指令发送给无人机模块，无人机模块接收拍摄指令。
步骤S102，无人机模块航拍并发送实时影像。
具体实施时，无人机根据接收到的拍摄指令进行航拍飞行，并在航拍飞行阶段发送实时影像，所述实时影像可通过网络或卫星通讯发送。
步骤S103，接收无人机模块发送的实时影像并拼接实时图像。
具体实施时，图像接收模块接收到无人机模块发送的实时影像后，图像拼接模块对实时影像做进一步的处理，也即根据实时影像的信息进行实时图像的拼接，从而生成拼接后的实时图像。
可选地，图像拼接模块通过对实时影像进行图像匹配处理和图像融合处理，从而生成拼接后的实时图像。
步骤S104，实时更新三维数字地图。
具体实施时，根据生成的拼接后的实时图像做进一步的处理，并实时更新三维数字地图，具体步骤如图2所示，包括：
S1041，瓦片切割模块对拼接后的实时图像进行瓦片切割处理，瓦片的分辨率可设为256×256，可选地，对切割生成的瓦片可以按照TMS格式编号命名。
S1042，三维数字地球构建模块构建三维数字地球，利用osgEarth软件构建三维数字地球。
S1043，更新模块将瓦片切割模块切割得到的瓦片实时更新到三维数字地球，在基于osgEarth软件构建三维数字地球模型中，更新模块检测buffer文件夹中是否存在瓦片，如果存在瓦片，根据瓦片名计算其经纬度，加载该瓦片至内存，并将该瓦片添加到toLoadQueue队列；将该瓦片移动至save文件夹；更新模块判断toLoadQueue队列是否为空，如果不为空，则新建一个节点，并将瓦片添加至所述三维数字地球的所述新建节点上；更新模块渲染更新三维数字地球，从而在三维数字地球模型中得到实时的高精度的目标区域的影像。
本发明实施例一的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，通过无人机对目标区域进行拍摄，服务器实时接收影像并进行图像拼接，可以在三维数字地球中实时更新拼接后的高精度影像。由于本方法具有实时性，因此对于抢险救灾和军事侦察等需要快速构建目标区域环境的场景有着重要的应用前景。
实施例二
本发明实施例二的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法的流程图，如图3所示。
本实施例二在实施例一的基础上，步骤S101具体包括步骤S1011、步骤S1012和步骤S1013。
步骤S1011，参数设置模块设置拍摄参数。
具体实施时，参数设置模块根据拍摄任务设置拍摄参数，设置的拍摄参数主要包括拍摄影像精度、影像横重叠率、影像纵重叠率和拍摄区域，其中影像横重叠率和纵重叠率示意图如图4所示，一般可将影像横重叠率设置为重叠30％-70％范围之间，影像纵重叠率可设置为重叠20％-40％范围之间。
步骤S1012，无人机飞行规划模块确定飞行参数。
具体实施时，无人机飞行规划模块根据步骤S1011中设置的拍摄参数，也即拍摄影像精度、影像横重叠率、影像纵重叠率和拍摄区域，计算无人机飞行的高度和飞行路径，其中，无人机飞行路径可采用往复式全覆盖路径，往复式全覆盖路径示意图如图5所示。
步骤S1013，指令发送模块将拍摄参数和飞行参数发送给无人机模块。
具体实施时，指令发送模块将步骤S1011设置的拍摄参数和步骤S1012确定的飞行参数均发送给无人机模块，无人机模块在接收到拍摄参数和飞行参数后，可实施起飞。
实施例三
本发明实施例三的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法的流程图，如图6所示。
本实施例在实施例一或实施例二的基础上，步骤S103具体包括步骤S1031和步骤S1032。
步骤S1031，影像接收模块接收无人机模块发送的实时影像。
步骤S1032，图像拼接模块对实时影像进行图像配准处理和图像融合处理。
具体实施时，图像拼接模块根据实时影像的信息进行实时图像的拼接，通过对实时影像进行图像匹配处理和图像融合处理，从而生成拼接后的实时图像。
其中，图像拼接模块根据实时影像确定影像的重叠区域，并在该重叠区域进行SURF算法特征匹配。
图像匹配处理完成后，图像拼接模块需对图像配准后的图像进行图像融合，可选地，图像融合算法可采用图像金字塔多尺度融合算法进行图像融合。
图像拼接模块对实时影像进行图像匹配处理和图像融合处理后即得到实时的拼接图像。
实施例四
本发明实施例四的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建系统的组成结构图，如图7所示。
本实施例四的系统包括：无人机模块701和地面终端模块702。其中，无人机模块701，用于接收拍摄指令，还用于航拍并发送实时影像；地面终端模块702，用于接收无人机模块发送的实时影像并拼接实时图像，还用于实时更新三维数字地图。
具体地，地面终端模块702包括参数设置模块、无人机飞行规划模块和指令发送模块，其中参数设置模块用于设置拍摄参数，包括拍摄影像精度、影像横重叠率、影像纵重叠率和拍摄区域。无人机飞行规划模块用于确定飞行参数，包括飞行高度和飞行路径，优选地，飞行路径为往复式全覆盖路径。指令发送模块用于将拍摄参数和飞行参数发送给无人机模块。
无人机模块701接收拍摄指令后，进行航拍并发送实时影像。
地面终端模块702还包括影像接收模块和图像拼接模块，其中影像接收模块用于接收无人机模块发送的实时影像；图像拼接模块用于对实时影像进行图像配准处理和图像融合处理。
图像拼接模块对实时影像进行图像配准处理具体包括：图像拼接模块根据实时影像确定影像的重叠区域，并在该重叠区域进行SURF算法特征匹配。
图像拼接模块对实时影像进行图像融合处理具体包括：图像拼接模块采用图像金字塔多尺度融合算法对图像配准后的图像进行图像融合。
地面终端模块702还包括瓦片切割模块、三维数字地球构建模块和更新模块，其中瓦片切割模块用于对拼接后的实时图像进行瓦片切割处理，三维数字地球构建模块用于构建三维数字地球，更新模块用于将瓦片切割模块切割得到的瓦片实时更新到三维数字地球。
三维数字地球构建模块构建三维数字地球，具体包括：三维数字地球构建模块利用osgEarth软件构建三维数字地球。
更新模块将瓦片切割模块切割得到的瓦片实时更新到三维数字地球，具体包括：更新模块检测buffer文件夹中是否存在瓦片，如果存在瓦片，根据瓦片名计算其经纬度，加载该瓦片至内存，并将该瓦片添加到toLoadQueue队列；将该瓦片移动至save文件夹；更新模块判断toLoadQueue队列是否为空，如果不为空，则新建一个节点，并将瓦片添加至所述三维数字地球的所述新建节点上；更新模块渲染更新三维数字地球。
综上所述，本发明公开了一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法和系统，通过无人机对目标区域进行拍摄，服务器实时接收影像并进行图像拼接，可以在三维数字地球中实时更新拼接后的高精度影像。本发明最显著的特点是实时性，对于抢险救灾和军事侦察等需要快速构建目标区域环境的场景有着重要的应用前景。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，其特征在于，所述方法包括：
无人机模块接收拍摄指令；
无人机模块航拍并发送实时影像；
接收无人机模块发送的实时影像并拼接实时图像；
实时更新三维数字地图。
2.如权利要求1所述的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，其特征在于，所述无人机模块接收拍摄指令，具体包括：
参数设置模块设置拍摄参数，所述拍摄参数包括拍摄影像精度、影像横重叠率、影像纵重叠率和拍摄区域；
无人机飞行规划模块确定飞行参数，所述飞行参数包括飞行高度和飞行路径；
指令发送模块将拍摄参数和飞行参数发送给无人机模块。
3.如权利要求2所述的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，其特征在于，所述飞行路径为往复式全覆盖路径。
4.如权利要求1所述的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，其特征在于，所述接收无人机模块发送的实时影像并拼接实时图像，具体包括：
影像接收模块接收无人机模块发送的实时影像；
图像拼接模块对实时影像进行图像配准处理和图像融合处理。
5.如权利要求4所述的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，其特征在于，所述图像配准处理具体包括：
图像拼接模块根据实时影像确定影像的重叠区域，并在该重叠区域进行SURF算法特征匹配。
6.如权利要求4所述的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，其特征在于，所述图像融合处理具体包括：
图像拼接模块采用图像金字塔多尺度融合算法对图像配准后的图像进行图像融合。
7.如权利要求1所述的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，其特征在于，实时更新三维数字地图，具体包括：
瓦片切割模块对拼接后的实时图像进行瓦片切割处理；
三维数字地球构建模块构建三维数字地球；
更新模块将瓦片切割模块切割得到的瓦片实时更新到三维数字地球。
8.如权利要求7所述的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，其特征在于，所述三维数字地球构建模块构建三维数字地球，具体包括：
三维数字地球构建模块利用osgEarth软件构建三维数字地球。
9.如权利要求7所述的基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建方法，其特征在于，所述更新模块将瓦片切割模块切割得到的瓦片实时更新到三维数字地球，具体包括：
更新模块检测buffer文件夹中是否存在瓦片，如果存在瓦片，根据瓦片名计算其经纬度，加载该瓦片至内存，并将该瓦片添加到toLoadQueue队列；
将该瓦片移动至save文件夹；
更新模块判断toLoadQueue队列是否为空，如果不为空，则新建一个节点，并将瓦片添加至所述三维数字地球的所述新建节点上；
更新模块渲染更新三维数字地球。
10.一种基于无人机的局部区域地形正射影像快速构建系统，其特征在于，所述系统包括：无人机模块和地面终端模块；
所述无人机模块，用于接收拍摄指令；
所述无人机模块，还用于航拍并发送实时影像；
所述地面终端模块，用于接收无人机模块发送的实时影像并拼接实时图像；
所述地面终端模块，还用于实时更新三维数字地图。
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