CN112268546B - 一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法及装置 - Google Patents

一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，属于无人机测绘方法领域，航带生成方法包括所述无人机获取盘旋基点对应的基点坐标及m0环飞圈的半径R沿所述m0环飞圈进行间隔拍摄一周，获取m0环飞圈对应的m0子航带，接着所述无人机先沿着盘旋基点与m1起点坐标组成连线从盘旋基点直飞至m1起点坐标，再从沿着所述m1环飞圈间隔拍摄一周，获取m1环飞圈对应的m1子航带，重复上述步骤，直至所述无人机获取mn环飞圈对应的mn子航带，将所述无人机将从m0子航带、m1子航带、直至mn子航带对应影像序列组合，形成一条航带。本发明公开的航带生成方法，能够实现某个较大区域内多个被拍摄物体的360°全覆盖，且相邻的多个环飞圈之间没有死角或者盲区。

Description

一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法及装置
技术领域
本发明涉及无人机测绘方法领域，尤其涉及一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法以及用于上述航带生成方法的航带生成装置。
背景技术
在实景三维模型重建过程中常常采用单相机倾斜摄影对待拍摄区域进行拍摄，单相机倾斜摄影具有设备采购成本低优势。但单相机倾斜摄影过程中由于其仅有单个成像传感器且朝向固定，若采用直飞方式，无人机需要经过多次横向及纵向飞行才能够实现在某个较大区域的覆盖，而且由于横向及纵向飞行通常最多能够拍摄到被拍摄物体的四个面，故其通常是有一定盲区的。若采用绕飞的方式，通常用于单个建筑物的拍摄，在进行区域环绕倾斜摄影测量时，由于环绕拍摄分辨率的不均匀性，容易造成数字模型破洞或模型几何精度超限。
中国专利文献CN107270910A公开的一种单相机倾斜摄影航飞线路设计方法、系统及航拍摄影方法，其采用直飞方式覆盖待拍摄区域，参照其附图可知为了覆盖由ABCD构成的矩形区域其需要再横向及纵向进行多次往复飞行，拍摄时间长、航程长且极大增加了无人机的使用成本。若采用绕飞的方式，虽然能够对拍摄对象进行360°覆盖，但很难实现某个较大区域的覆盖。中国专利文献CN106444841B公开了一种基于多旋翼无人机倾斜摄影系统的航线规划方法，其提及了规划所述拍摄航线为围绕所述高层建筑物的范围的包络飞行航线，所述包络飞行航线包括若干自上而上或者在下而上的航线圈，根据所述分辨率得到最低航线圈的航高，这是方式虽然能够实现对单个高层建筑物的360°覆盖，但其很难实现对某个较大区域多个建筑的360°均匀覆盖。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，能够实现某个较大区域内多个被拍摄物体的360°均匀全覆盖，且相邻的多个环飞圈之间没有死角或者盲区。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，按如下步骤实施：
S00：无人机获取航线生成模块提供的第w条任务航线对应的基点坐标及航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000021
及环飞圈的半径R，所述无人机的飞行控制模块依据航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000022
及环飞圈的R确定环飞圈mv的总数量n。
S10：所述无人机依据第1个环飞圈m0的基点坐标及m0环飞圈的半径R沿所述m0环飞圈进行间隔拍摄一周，获取m0环飞圈对应的m0子航带。
S20：间隔拍摄一周后，所述无人机回到m0的基点坐标并获取相邻的m1环飞圈的m1盘旋点对应的m1起点坐标及m1环飞圈的半径R，所述无人机先沿着基点坐标与m1起点坐标组成连线从盘旋基点直飞至m1盘旋点，再从沿着所述m1环飞圈间隔拍摄一周，获取m1环飞圈对应的m1子航带。
S30：间隔拍摄一周后，所述无人机回到m1盘旋点并获取相邻的m2环飞圈的盘旋点对应的m2起点坐标及m2环飞圈的半径，重复S30步骤，直至所述无人机获取mn环飞圈对应的mn子航带。
S40：所述无人机将m0子航带、m1子航带、直至mn子航带对应影像序列组合，形成第w条航带影像序列集合，并存储至存储模块。
本发明提供的进一步技术方案在于，所述无人机依据所述待拍摄区域的形状、边界尺寸及面积计算出盘旋基点、航带的总条数M，所述盘旋基点为第1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标，重复S00步骤至S40步骤，得到M条航带影像序列集合。
本发明提供的进一步技术方案在于，若第w条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000031
的指向是从左至右时，所述无人机顺时针飞行，则第w+1条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000032
的指向是从右至左，所述无人机逆时针飞行，第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标计算方法如下：将第w条航带的最后两个环飞圈mn-1和mn的交点坐标作为第w+1条航带的第1个环飞圈m0的圆心坐标，将圆心坐标沿航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000033
的垂直方向偏移dw，偏移方向为航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000034
的右侧，偏移距离为dw＝R，从而得到第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标。
本发明提供的进一步技术方案在于，若第w条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000035
的指向是从右至左时，所述无人机逆时针飞行，则第w+1条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000036
的指向是从左至右，所述无人机顺时针飞行，第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标计算方法如下：将第w条航带的最后两个环飞圈mn-1和mn的交点坐标作为第w+1条航带的第1个环飞圈m0的圆心坐标，将圆心坐标沿航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000037
的垂直方向偏移dw，偏移方向为航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000038
的右侧，偏移距离为dw＝R，从而得到第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标。
本发明提供的进一步技术方案在于，所述环飞圈mv均配置为圆形圈，在第w条航带中，任意的第v环飞圈mv的圆心与第v+1环飞圈mv+1的圆心之间的距离0.5R≤Dv≤R。
本发明提供的进一步技术方案在于，所述无人机包括带单镜头的相机，所述相机朝被拍摄物体所在侧倾斜，任一个环飞圈的有效拍摄区域的垂直纹理影像分辨率均从中心向边缘减弱。
本发明提供的进一步技术方案在于，所述影像序列集合用于实景三维模型建模时，若实景三维模型建模需要的所述影像序列集合中照片数据重叠度越高，环飞圈的半径R则越小。
本发明提供的进一步技术方案在于，在任一条w条航带中，所述无人机沿着所述环飞圈绕飞时，带单镜头的相机以第一预设周期间隔拍摄一周，从无人机任意的第v环飞圈mv向第v+1环飞圈mv+1直飞过程中，带单镜头的所述相机以第二预设周期进行间隔拍摄。
本发明提供的进一步技术方案在于，航高0.5H≤环飞圈的半径R≤航高1.5H。
本发明还提供的一种用于上述的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法的航带生成装置，包括：
航线生成模块，用于依据待拍摄区域的边界尺寸及面积生成多条任务航线。
飞行控制模块，用于依据多条所述任务航线控制无人机沿航线飞行。
带单镜头的相机，用于以预设周期拍摄照片，并生成航带数据。
存储模块，用于存储所述航带数据。
本发明提供的进一步技术方案在于，多条所述任务航线的集合为全覆盖航线，所述全覆盖航线覆盖整个所述待拍摄区域，所述航线生成模块包括用于计算最短全覆盖航线的最短路计算单元及用于规划航线的航线设计单元，所述航线设计单元依据待拍摄区域的边界尺寸及面积生成多条全覆盖航线，所述最短路计算单元对多条全覆盖航线进行筛选，得到最优全覆盖航线，并提供至所述飞行控制模块控制所述无人机飞行。
本发明的有益效果为：
本发明提供的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，采用直飞与绕飞相结合的飞行方式，能够实现某个较大区域内多个被拍摄物体的360°全均匀覆盖，而且通过本申请生成的航带具有更平均的模型分辨率及照片覆盖率。进一步地，通过使得相邻的两个航带对应的环飞圈交错分布，且任意相邻三个环飞圈的圆心的连线为等边三角形，使得处于不同航带的相邻的两排的环飞圈之间不会出现模型质量局部超限的情况，也即建模时很难出现死角或者盲区。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中提供的圆形有效拍摄区域的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式中提供的航带生成方法的过程示意图；
图3是本发明具体实施方式中提供的全覆盖航线的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式中提供的航带生成装置的功能框图；
图5是本发明具体实施方式中提供的有效拍摄区域的生成示意图；
图6是本发明具体实施方式中提供的航带生成方法的流程示意图。
图中：
1、控制模块；11、航线生成模块；12、飞行控制模块；13、相机；14、存储模块；111、最短路计算单元；12、航线设计单元。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
如图1至图6所示，本实施例中提供的一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，主要针对狭长或者宽度小于盘旋半径一半的待拍摄区域，也即通过一条航带就能够覆盖的待拍摄区域，无人机仅仅沿一个推进方向进行飞行即可覆盖整个待拍摄区域。航带是指沿着某一方向进行航空摄影，获取的前后相互重叠的影像序列。
航带生成方法按如下步骤实施：
S00步骤：无人机获取航线生成模块提供的第w条任务航线对应的基点坐标及航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000061
及环飞圈的半径R。其中，第1条任务航线的第1个环飞圈的盘旋点是无人机的起飞点，每个环飞圈盘旋点对应1个盘旋点，第w条任务航线的第1个环飞圈的盘旋点称为盘旋基点，第w条任务航线的第n个环飞圈的盘旋点称为盘旋终点，航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000062
用于表征第w条任务航线盘旋基点及盘旋终点连线的距离及方向，通常航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000063
带带有方向的直线，其长短为盘旋基点、盘旋终点以及其余各个环飞圈对应盘旋点的连线。简单的说航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000064
就是用于表征无人机的直线推进距离及直线推进方向，通过设置无人机的飞行控制模块依据航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000065
及环飞圈的R确定环飞圈mv的总数量n，飞行控制模块用于执行航线生成模块生成的任务航线。其中，环飞圈的半径R依据无人机的固有参数及每个环飞圈对应有效拍摄区域的大小确定，这是由于航高H和相机CMOS大小以及镜头焦距决定照片分辨率，故为了保证照片分辨率处于合理的范围之内，就需要合理的设置航高H及环飞圈的半径R，在保证清晰度适当的情况下，通常无人机离被拍摄物体越远，有效拍摄区域就越大。优选地，航高0.5H≤环飞圈的半径R≤航高1.5H，由于大部分倾斜拍摄均是以45°作为相机的单镜头的倾斜角，故进一步优选地，环飞圈的半径R＝航高H，航高H是指无人机飞行高度，此时相机的单镜头处于最佳拍摄角度。环飞圈的半径R被确定后，依据航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000066
确定直线推进距离，就能够计算出环飞圈的数量n，也即需要n个环飞圈就能生成第w条任务航线。
S10步骤：无人机获取盘旋基点对应的基点坐标及m0环飞圈的半径R沿m0环飞圈进行间隔拍摄一周，获取m0环飞圈对应的m0子航带。m0环飞圈进行间隔拍摄一周，就能够覆盖与m0环飞圈对应的圆形有效拍摄区域，在无人机沿m0环飞圈进行绕飞时，无人机会以某个预设周期对圆形有效拍摄区域内的物体进行多次间隔拍摄，从而获得一组时序性照片序列，一组时序性照片序列即为m0子航带，预设周期可以是分距离周期、分角度周期及分时段周期，具体可以由用户设定。由此可见，本实施例中提供的航带生成方法充分利用了绕飞的优势，使得圆形有效拍摄区域内多个被拍摄物体的360°全覆盖。进一步地，通过实景三维模型建模试验表面，相邻两张照片的角分度不高于15度，环飞圈一周是360°，这就要求通常无人机绕飞一周至少拍摄24张照片。
S20步骤：间隔拍摄一周后，无人机回到m0的基点坐标并获取相邻的m1环飞圈的m1盘旋点对应的m1起点坐标及m1环飞圈的半径R，无人机先沿着基点坐标与m1起点坐标组成连线从盘旋基点直飞至m1盘旋点，再从沿着所述m1环飞圈间隔拍摄一周，获取m1环飞圈对应的m1子航带。若无人机不直飞，仅仅是绕飞，其会以仅仅转圈的形式飞行，故为了让其覆盖较大区域内多个被拍摄物体就必须让其直飞，为了平滑的完成绕飞到直飞的过渡，优选地，无人机从环飞圈的切向飞出，盘旋基点与起点坐标组成连线即为环飞圈的切线方向，也即沿着基点坐标与m1起点坐标组成连线从盘旋基点直飞至m1盘旋点是最佳路径。
S30步骤：间隔拍摄一周后，无人机回到m1盘旋点并获取相邻的m2环飞圈的盘旋点对应的m2起点坐标及m2环飞圈的半径，重复S30步骤，直至无人机获取mn环飞圈对应的mn子航带。此处实施过程与S30步骤类似，也即通过直飞向前推进一相邻盘旋点的间距后，再在相邻的环飞圈的盘旋点处转为绕飞。
S40步骤：无人机将m0子航带、m1子航带、直至mn子航带对应影像序列组合，形成第w条航带影像序列集合，并存储至存储模块。通过S20步骤至S40步骤可知，本实施例中提供的航带生成方法，采用直飞与绕飞相结合的飞行方式，能够实现狭长或者宽度较小的待拍摄区域多个被拍摄物体的360°全覆盖，而且由于本申请绕飞半径及直飞距离均相同，故生成的航带也具有更平均的模型分辨率及照片覆盖率，拍摄总照片数答复降低且航程更短。同时本实施例提供的航带生成方法特别适用于带有增稳器及单镜头相机的固定翼无人机。
根据文章https://mp.weixin.qq.com/s/gbrZlmJnlpsCq0KjMeL96Q《倾斜航空摄影技术设计与成果质量检验》的方法进行计算，假设本实施例中的无人机单镜头相机的选用经济型sony A7R2全幅相机进行对比试验。该型sony A7R2全幅相机的基本参数为：Coms尺寸35.9*24mm、像素7952*5304、总像素约4200万。
现以固定翼无人机搭配40mm定焦摄影测量镜头按45度倾角进行单相机倾斜摄影拍摄1kmX1km有效拍摄区域项目为例，设置航高为95米、中心像素分辨率为1.5cm、飞行盘旋半径95m以及环绕周长596.6m，按15度角分度拍照间隔计算，环绕一周拍照数量＝360/15＝24张，环绕航点圈之间推进距离设置为一个半径95m，
Figure GDA0003486745730000081
照片总数＝121*24＝2904张，环绕圈以及直线连接总飞行航程＝83.12km。通过与5相机平行飞行对比可知，当同样覆盖1kmX1km测区时，环绕飞行的航程优于5相机平行飞行方式，且航片数只有5相机系统的17.33％，二者后期数据处理成本差距巨大。当采用直线飞行的成像系统少于5相机时，任务总航程会大幅增大，故不考虑其他数量的固定翼无人机进行倾斜摄影试验。由此可见，固定翼无人机沿交替的环飞圈航线与直线航线进行倾斜摄影时，具有远远优于现有技术的照片总数及更少的航程，而且设备的复杂度也被降低，成本优势明显。
上述拍摄1kmX1km有效拍摄区域项目的结果如下：
Figure GDA0003486745730000082
*采购价格为专利申请日市场公开报价
实施例二
本实施例中提供的一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，主要针对需要两条航带的待拍摄区域，也即通过两条航带就能够覆盖的待拍摄区域，无人机需要沿来回两个推进方向进行飞行。本实施例中以第w条航带与第w+1条航带进行说明，单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法按如下步骤实施：
一条航带时，基点坐标由无人机生成或者用户输入，而两条航带时，则需要转向，转向过程中最重要的是确定另一条航线的基点坐标与航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000091
航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000092
通常与航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000093
平行并反向，而且其距离也是由待拍摄区域的面积确定，通常航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000094
与航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000095
的长度相等或者仅仅差一个第v环飞圈mv的圆心与第v+1环飞圈mv+1的圆心之间的距离Dv。由此可见，实施例二与实施例一的不同之处在于：
若第w条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000096
的指向是从左至右时，无人机顺时针飞行，则第w+1条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000097
的指向是从右至左，无人机逆时针飞行，第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标计算方法如下：将第w条航带的最后两个环飞圈mn-1和mn的交点坐标作为第w+1条航带的第1个环飞圈m0的圆心坐标，将圆心坐标沿航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000098
的垂直方向偏移dw，偏移方向为航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000099
的右侧，偏移距离为dw＝R，从而得到第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标。通过上文的记载可知，当第w+1条航带对应的航带推进矢量
Figure GDA00034867457300000910
的推进方向被确定后，关键是需要计算第w+1条航带的盘旋基点对应的基点坐标，然后沿着航带推进矢量
Figure GDA00034867457300000911
的推进方向进行推进，就能够生成第w+1条航带。优选地，本实施例中通过使得第w条航带对应的环飞圈与其相邻的第w+1条航带对应的环飞圈交错分布，优选地，第w条航带对应的环飞圈与其相邻的第w+1条航带对应的环飞圈错开的距离为第v环飞圈mv的圆心与第v+1环飞圈mv+1的圆心之间的距离Dv的一半，也即
Figure GDA0003486745730000101
此时由于每条航带中各个环飞圈的半径R都相等，故两条航带中任意相邻三个环飞圈的圆心的连线为等边三角形，这种交错分布使得处于不同航带的相邻的两排的环飞圈之间不会出现模型质量局部超限的情况，也即实景三维模型建模的过程中就很难出现死角或者盲区，因为任意相邻三个交错环飞圈的圆形有效拍摄区域重叠后会消除死角及者盲，若不采用交错分布，而是采用平行分布，两条航带中任意相邻四个环飞圈的中心就容易出现死角或者盲区，交错分布使得本申请提供的航带生成方法能够从根本上避免模型质量局部超限现象，而采用现有技术中平行直飞拍摄生成航带的方法是无法消除该缺陷，因为其无法保证覆盖被拍摄物体的每一个角度。
实施例三
本实施例中提供的一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，主要针对需要三条航带的待拍摄区域，也即通过三条航带就能够覆盖的待拍摄区域，无人机需要沿三个推进方向进行飞行。航带生成方法按如下步骤实施：
一条航带时，基点坐标由无人机生成或者用户输入，而两条航带时，则需要转向，转向过程中最重要的是确定另一条航线的基点坐标与航带推进矢量，而第三条航带时就需要再次转向，假设第二条航带推进矢量为
Figure GDA0003486745730000102
则第三条航带的航带推进矢量则为
Figure GDA0003486745730000103
同样航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000104
通常与航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000105
平行并反向，且通常航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000106
与航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000107
的长度相等或者仅仅差一个第v环飞圈mv的圆心与第v+1环飞圈mv+1的圆心之间的距离Dv，区别仅在于转向的方向不同。由此可见，实施例二与实施例一的不同之处在于：
若第w条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000108
的指向是从右至左时，所述无人机逆时针飞行，则第w+1条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000109
的指向是从左至右，所述无人机顺时针飞行，第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标计算方法如下：将第w条航带的最后两个环飞圈mn-1和mn的交点坐标作为第w+1条航带的第1个环飞圈m0的圆心坐标，将圆心坐标沿航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000111
的垂直方向偏移dw，偏移方向为航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000112
的右侧，偏移距离为dw＝R，从而得到第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标。通过对比可知，实施例二与实施例三主要区别在于第w条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000113
的指向是从右至左且第w+1条航带的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000114
的指向是从左至右。也即由于无人机绕飞方向的缘故，无人机从左推进变换为右推进时，但圆心坐标的航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000115
的右侧。综上所述，而无人机从右推进变换为左推进换成右推进，再从右推进换成所推进时，区别仅仅在于航带推进矢量
Figure GDA0003486745730000116
指向的改变导致圆心坐标偏移方向的改变，这种改变的最终的目的是使得相邻的航带对应的多排环飞圈交错分布，且任意相邻三个环飞圈的圆心的连线为等边三角形，从而达到待拍摄区域的最佳覆盖效果。
实施例四
本实施例中提供的一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，主要针对需要大于三条航带的待拍摄区域，也即通过大于三条航带才能覆盖的待拍摄区域，无人机需要沿大于三个推进方向进行飞行。航带生成方法按如下步骤实施是重复实施例一至实施例三中的步骤，在此不再累赘。进一步优选地，无人机依据所述待拍摄区域的形状、边界尺寸及面积计算出盘旋基点、航带的总条数M，盘旋基点为第1条航带的第1个环飞圈的基点坐标，重复S00步骤至S50步骤，得到M条航带影像序列集合。也就是说，依据待拍摄区域的边界尺寸及面积计算所需航带的总数量M或者航带推进矢量的总数量M，二者的总数量M一致，假设M＞3。重复实施例一步骤至实施例三种的涉及的步骤，从第一条初始航带至第M条航带对应的有效拍摄区域能够覆盖整个待拍摄区域，无人机结束拍摄并返航。当然当Y≤3时，同样应满足从第一条初始航带至第M条航带对应的有效拍摄区域覆盖待拍摄区域，即最终目的是覆盖待拍摄区域。
为了便于含单镜头3的相机的无人机生成圆形有效拍摄区域，进一步地，无人机包括含单镜头3的相机，含单镜头3的相机朝被拍摄物体所在侧倾斜，任一个环飞圈的有效拍摄区域的垂直纹理影像分辨率均从中心向边缘减弱。垂直纹理影像分辨率均从中心向边缘减弱主要原因是处于圆心中间的物体能够被更多的照片覆盖，在实景三维模型建模中垂直纹理影像分辨率则更高。
为了使得航带的模型分辨率及照片覆盖率更加均衡，环飞圈mv均配置为圆形圈，在第w条航带中，任意的第v环飞圈mv与第v+1环飞圈mv+1之间的距离0.5R≤Dv≤R，通常当Dv＞R，两条航带相连的三个环飞圈之间就容易出现空洞，若Dv＜0.5R又容易出现冗余过大，照片的数据量变大，无人机的航程变长等问题，故在保证的没有空洞的情况下，Dv应尽量接近R。优选地，第v环飞圈mv与第v+1环飞圈mv+1之间的距离Dv＝R，也即每条航带中的所有环飞圈的的半径R均相等。而且相邻两个环飞圈之间的直飞距离也等于环飞圈的半径R，从而使得每张照片的视场角及纹理分辨率均一致，从而有效保证了航带的模型分辨率及照片覆盖率的均衡性。当然在实景三维模型建模中，影像序列集合用于实景三维模型建模时，若实景三维模型建模需要的所述影像序列集合中照片数据重叠度越高，环飞圈的半径R则越小，故可以通过减少Dv，而增加照片数据重叠度。
在任一条w条航带中，无人机沿着环飞圈绕飞时，带单镜头3的相机以第一预设周期间隔拍摄一周，从无人机任意的第v环飞圈mv向第v+1环飞圈mv+1直飞过程中，带单镜头3的相机以第二预设周期进行间隔拍摄，第一预设周期与第二预设周期可以由用户预先设定。由于采用绕飞的方式进行倾斜拍摄，有效拍摄区域的边缘是圆弧状的边缘，此时，若无人机在直飞过程中也进行倾斜拍摄，正好能够消除相邻环飞圈的圆形有效拍摄区域的弧形边。
实施例五
本实施例中提供的一种用于实施例一至实施例四的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法的航带生成装置，包括带单镜头的相机3、存储模块4、航线生成模块11及飞行控制模块12，其中，航线生成模块11，用于依据待拍摄区域的边界尺寸及面积生成多条任务航线；飞行控制模块12用于依据多条任务航线控制无人机沿航线飞行；带单镜头3的相机用于以预设周期拍摄照片，并生成航带数据；存储模块4用于存储航带数据。具体使用时，由航线生成模块11生成多条任务航线传送至飞行控制模块12，飞行控制模块12依据多条任务航线提供的实时坐标信息或者导航点信息控制无人机按多条任务航线行，在飞行过程中按照预设周期对待拍摄区域进行拍照并生成若干航带对应的航带影像序列集合存储至存储模块4。进一步优选地，多条任务航线的集合为全覆盖航线，全覆盖航线覆盖整个待拍摄区域，全覆盖航线为实施例一至实施例四中提供的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法对应的全覆盖航线，无人机按全覆盖航线完成飞行后，其全部有效拍摄区域覆盖整个待拍摄区域。全覆盖航线通常是依据待拍摄区域预先生成的，而无需向航带生成过程中进行实时拍摄，也即通常先计算完全覆盖航线后再执行飞行任务。
为了尽可能的减少无人机的飞行时间，进一步地，航线生成模块11包括用于计算最短全覆盖航线的最短路计算单元111及用于规划航线的航线设计单元112，航线设计单元112依据待拍摄区域的边界尺寸及面积生成多条全覆盖航线，最短路计算单元111对多条全覆盖航线进行筛选，得到最优全覆盖航线，并提供至飞行控制模块12控制无人机飞行。通过最短路计算单元111中的最短路优化算法能够使得全覆盖航线的航程最短，从而降低无人机拍摄成本。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，其特征在于，按如下步骤实施：
S00：无人机获取航线生成模块提供的第w条任务航线对应的基点坐标及航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000011
及环飞圈的半径R，所述无人机的飞行控制模块依据航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000012
及环飞圈的R确定环飞圈mv的总数量n；
S10：所述无人机依据第1个环飞圈m0的基点坐标及m0环飞圈的半径R沿所述m0环飞圈进行间隔拍摄一周，获取m0环飞圈对应的m0子航带；
S20：间隔拍摄一周后，所述无人机回到m0的基点坐标并获取相邻的m1环飞圈的m1盘旋点对应的m1起点坐标及m1环飞圈的半径R，所述无人机先沿着基点坐标与m1起点坐标组成连线从盘旋基点直飞至m1盘旋点，再从沿着所述m1环飞圈间隔拍摄一周，获取m1环飞圈对应的m1子航带；
S30：间隔拍摄一周后，所述无人机回到m1盘旋点并获取相邻的m2环飞圈的盘旋点对应的m2起点坐标及m2环飞圈的半径，重复S30步骤，直至所述无人机获取mn环飞圈对应的mn子航带；
S40：所述无人机将m0子航带、m1子航带、直至mn子航带对应影像序列组合，形成第w条航带影像序列集合，并存储至存储模块。
2.根据权利要求1所述的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，其特征在于：所述无人机依据待拍摄区域的形状、边界尺寸及面积计算出盘旋基点、航带的总条数M，所述盘旋基点为第1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标，重复S00步骤至S40步骤，得到M条航带影像序列集合。
3.根据权利要求1或2所述的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，其特征在于：
若第w条航带的航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000021
的指向是从左至右时，所述无人机顺时针飞行，则第w+1条航带的航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000022
的指向是从右至左，所述无人机逆时针飞行，第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标计算方法如下：
将第w条航带的最后两个环飞圈mn-1和mn的交点坐标作为第w+1条航带的第1个环飞圈m0的圆心坐标，将圆心坐标沿航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000023
的垂直方向偏移dw，偏移方向为航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000024
的右侧，偏移距离为dw＝R，从而得到第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标。
4.根据权利要求1或2所述的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，其特征在于：
若第w条航带的航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000025
的指向是从右至左时，所述无人机逆时针飞行，则第w+1条航带的航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000026
的指向是从左至右，所述无人机顺时针飞行，第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标计算方法如下：
将第w条航带的最后两个环飞圈mn-1和mn的交点坐标作为第w+1条航带的第1个环飞圈m0的圆心坐标，将圆心坐标沿航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000027
的垂直方向偏移dw，偏移方向为航带推进矢量
Figure FDA0003486745720000028
的右侧，偏移距离为dw＝R，从而得到第w+1条航带的第1个环飞圈m0的基点坐标。
5.根据权利要求1或2所述的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，其特征在于：所述无人机包括带单镜头的相机，所述相机朝被拍摄物体所在侧倾斜，任一个环飞圈的有效拍摄区域的垂直纹理影像分辨率均从中心向边缘减弱。
6.根据权利要求1所述的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，其特征在于：所述影像序列集合用于实景三维模型建模时，若实景三维模型建模需要的所述影像序列集合中照片数据重叠度越高，环飞圈的半径R则越小。
7.根据权利要求1所述的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，其特征在于：在任一条w条航带中，所述无人机沿着所述环飞圈绕飞时，带单镜头的相机以第一预设周期间隔拍摄一周，从无人机任意的第v环飞圈mv向第v+1环飞圈mv+1直飞过程中，带单镜头的所述相机以第二预设周期进行间隔拍摄。
8.根据权利要求1所述的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法，其特征在于：航高0.5H≤环飞圈的半径R≤航高1.5H。
9.一种用于权利要求1至8任一项所述的单镜头无人机倾斜摄影的航带生成方法的航带生成装置，其特征在于，包括：
航线生成模块，用于依据待拍摄区域的边界尺寸及面积生成多条任务航线；
飞行控制模块，用于依据多条所述任务航线控制无人机沿航线飞行；
带单镜头的相机，用于以预设周期拍摄照片，并生成航带数据；
存储模块，用于存储所述航带数据。
10.根据权利要求9所述的航带生成装置，其特征在于：
多条所述任务航线的集合为全覆盖航线；
所述全覆盖航线覆盖整个所述待拍摄区域；
所述航线生成模块包括用于计算最短全覆盖航线的最短路计算单元及用于规划航线的航线设计单元，所述航线设计单元依据待拍摄区域的边界尺寸及面积生成多条全覆盖航线，所述最短路计算单元对多条全覆盖航线进行筛选，得到最优全覆盖航线，并提供至所述飞行控制模块控制所述无人机飞行。
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