基於無人機的航拍測繪裝置及圖像校準方法
2023-12-09 22:13:41 2
基於無人機的航拍測繪裝置及圖像校準方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於無人機的航拍測繪裝置及圖像校準方法，通過設置角度攝像頭和豎直攝像頭，可以同時提供斜角影像圖和俯視影像圖；本發明的航拍測繪圖像比例校正方法，根據兩個最終影像點之間的應然距離與兩個原始影像點之間的實然距離的比值，對原始影像圖進行縮放，從而得到最終影像圖，有效提高了航拍測繪的比例精度，減小誤差，且步驟簡單，便於實施，可操作性較強。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及無人機航拍領域，尤其是一種基於無人機的航拍測繪裝置及圖像校準 方法。 基於無人機的航拍測繪裝置及圖像校準方法
【背景技術】
[0002] 航拍又稱空中攝影或航空攝影，是指從空中拍攝地球地貌，獲得俯視圖。現階段， 航拍技術已經被普遍運用於各個領域，對於不同的領域，拍攝所要求的效果也不盡相同。如 大型群體活動、電視、電影、城市安防巡視，通常要求清晰穩定的實時視頻圖像，而且拍攝時 需要定點拍攝，因此使用直升機航拍較為適宜；對於土地監測、森林防火、電力巡線等，也是 要求清晰穩定的實時視頻圖像，由於巡邏的範圍比較大，因此，使用固定翼無人機效率 會高一些，需定點監測時，一般使用盤巡實現監測。
[0003] 對於測繪、交通勘測設計、水利勘測設計、小城鎮規劃設計等，需要得到可以用以 製作地圖的、有嚴格比例尺和精度要求的照片，目前還是以無人機為主，以載人機為輔，其 中無人機包括固定翼無人機和無人直升機。
[0004] 然而，在實際拍攝過程中，飛機航拍的高度在現有的技術中並不能準確地定位在 預設的海拔高度上，航拍高度的誤差導致最終獲取的影像圖的比例尺也存在著一定的誤 差；另一方面，在獲取較小比例尺的情況下，飛機航拍的高度會較高，而較高的航拍高度則 意味著所拍攝圖像的精度會有所下降，使得最終取得的影像圖中的具體區域(例如建築物、 道路、河流等）邊緣處顆粒較大，導致界限模糊不清，如果為了得到清晰的圖像而降低飛行 高度，則無法得到最初比例尺的影像圖。
[0005] 在進行航拍測繪時，有些場合不僅需要用到俯視圖來進行平面觀測，還需要用到 有一定斜角的角度圖來進行立體觀測。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是提供一種可以同時提供斜角影像圖和俯視影像圖的 基於無人機的航拍測繪裝置，同時提供測繪圖像的自動校準方法。
[0007] 為解決上述技術問題，本發明涉及一種基於無人機的航拍測繪裝置，包括機體和 攝像頭，所述航拍裝置與地面控制處建立通信連接，其特徵在於，所述機體內部設置保護 箱，所述保護箱為透明玻璃腔體，所述保護箱包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中 設置角度攝像頭，所述第二腔室中設置堅直攝像頭；所述角度攝像頭與水平面構成一夾角 α，α >45°，所述堅直攝像頭垂直於水平面。
[0008] 作為本發明的一種優選方案，α =60°。
[0009] 作為本發明的一種優選方案，所述保護箱與機體之間設置減震裝置，所述減震裝 置包括至少兩個。
[0010] 作為本發明的一種優選方案，所述角度攝像頭和堅直攝像頭的鏡頭中心點位於同 一水平線上。 toon] 作為本發明的一種優選方案，所述第二腔室的上端面固定懸浮接頭，所述懸浮接 頭連接固定框架，所述固定框架為倒U型結構，所述堅直攝像頭設置於所述固定框架內部。
[0012] 作為本發明的一種優選方案，所述固定框架與第二腔室室壁之間設置緩衝結構， 所述緩衝結構為橡膠條。
[0013] 本發明同時提供一種測繪圖像的自動校準方法，包括如下步驟： 1) 在待測區域內設置至少兩個目標點，所述目標點能夠同時被攝入角度攝像頭和堅直 攝像頭航拍的第一張照片內； 2) 測量任意兩個目標點之間的實際水平距離； 3) 根據目標比例尺以及步驟2)中測得的兩個目標點之間的實際水平距離，推算出在與 該目標比例尺對應的最終影像圖中兩個最終影像點之間的應然水平距離，其中最終影像點 為目標點在最終影像圖中所對應的影像； 4) 對待測區域進行航拍，同時啟用角度攝像頭和堅直攝像頭，角度攝像圖拍下的照片 為斜角圖，堅直攝像頭拍下的為俯視圖； 5) 分別測量步驟2)中的兩個目標點在的第一張斜角圖和第一張俯視圖內的兩個原始 影像點之間的實然距離； 6) 分別計算步驟3)中獲得的兩個最終影像點之間的應然水平距離與步驟5)中獲得的 兩個原始影像點之間的實然距離的比值，並根據該比值對第一張斜角圖和第一張俯視圖進 行縮放，從而得到第一張斜角圖和第一張俯視圖所拍攝區域的目標比例影像圖； 7) 以步驟6)中得到的第一張斜角圖和第一張俯視圖所拍攝區域的目標比例影像圖作 為基準圖，對航拍所獲取的斜角圖和俯視圖進行縮放拼接，從而得到斜角和俯視的最終影 像圖。
[0014] 作為本發明的一種優選方案，所述目標點設置有GPS定位裝置，從而能夠通過GPS 定位裝置獲得的各目標點經緯度信息，計算各目標點之間的水平距離。
[0015] 本發明的有益效果為：通過設置角度攝像頭和堅直攝像頭，可以同時提供斜角影 像圖和俯視影像圖；本發明的航拍測繪圖像比例校正方法，根據兩個最終影像點之間的應 然距離與兩個原始影像點之間的實然距離的比值，對原始影像圖進行縮放，從而得到最終 影像圖，有效提高了航拍測繪的比例精度，減小誤差，且步驟簡單，便於實施，可操作性較 強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明實施例無人機航拍裝置的結構示意圖。
[0017] 附圖標記說明： 1 一機體、2-保護箱、3-角度攝像頭、4 一固定攝像頭、5-固定座、6-懸浮接頭、7-固 定框架、8-減震裝置、9一緩衝結構。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖與【具體實施方式】，進一步闡明本發明，應理解下述【具體實施方式】僅 用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。
[0019] 參見圖1，本發明涉及一種基於無人直升機的航拍裝置，包括機體1，機體內部設 置保護 箱2和攝像頭。保護箱2為透明玻璃腔體，分為第一腔室和第二腔室，其中第一腔室中 設置角度攝像頭3,第二腔室中設置堅直攝像頭4。角度攝像頭通過一根折線軸固定在固定 座5上。所述角度攝像頭和堅直攝像頭的鏡頭中心點位於同一水平線上。
[0020] 第二腔室的上端面固定懸浮接頭6,所述懸浮接頭6連接固定框架7,所述固定框 架7為倒U型結構。懸浮接頭6的設置可以在無人直升機飛翔過程中發生左右傾斜時，保 持堅直狀態。。堅直攝像頭4設置於所述固定框架7內部。採用這種設置可以使得堅直攝 像頭4在無人直升機飛翔過程中發生左右傾斜時，保持堅直狀態。
[0021] 所述角度攝像頭3與水平面構成一夾角α，α彡45°，所述堅直攝像頭4垂直於 水平面。
[0022] 保護箱2與機體1之間設置減震裝置8,所述減震裝置8包括至少兩個。減震裝置 8可以是彈簧或減震阻尼。固定框架7與第二腔室室壁之間設置緩衝結構9,所述緩衝結構 9為橡膠條。緩衝結構9用來穩定固定框架，從而穩定堅直攝像頭。
[0023] 本發明同時提供一種測繪圖像的自動校準方法，包括如下步驟： 1) 在待測區域內設置至少兩個目標點，所述目標點能夠同時被攝入角度攝像頭和堅直 攝像頭航拍的第一張照片內； 2) 測量任意兩個目標點之間的實際水平距離； 3) 根據目標比例尺以及步驟2)中測得的兩個目標點之間的實際水平距離，推算出在與 該目標比例尺對應的最終影像圖中兩個最終影像點之間的應然水平距離，其中最終影像點 為目標點在最終影像圖中所對應的影像； 4) 對待測區域進行航拍，同時啟用角度攝像頭和堅直攝像頭，角度攝像圖拍下的照片 為斜角圖，堅直攝像頭拍下的為俯視圖； 5) 分別測量步驟2)中的兩個目標點在的第一張斜角圖和第一張俯視圖內的兩個原始 影像點之間的實然距離； 6) 分別計算步驟3)中獲得的兩個最終影像點之間的應然水平距離與步驟5)中獲得的 兩個原始影像點之間的實然距離的比值，並根據該比值對第一張斜角圖和第一張俯視圖進 行縮放，從而得到第一張斜角圖和第一張俯視圖所拍攝區域的目標比例影像圖； 7) 以步驟6)中得到的第一張斜角圖和第一張俯視圖所拍攝區域的目標比例影像圖作 為基準圖，對航拍所獲取的斜角圖和俯視圖進行縮放拼接，從而得到斜角和俯視的最終影 像圖。
[0024] 作為本發明的一種優選方案，所述目標點設置有GPS定位裝置，從而能夠通過GPS 定位裝置獲得的各目標點經緯度信息，計算各目標點之間的水平距離。
[0025] 本發明方案所公開的技術手段不僅限於上述實施方式所公開的技術手段，還包括 由以上技術特徵任意組合所組成的技術方案。
【權利要求】
1. 一種基於無人機的航拍測繪裝置，包括機體和攝像頭，所述航拍裝置與地面控制處 建立通信連接，其特徵在於，所述機體內部設置保護箱，所述保護箱為透明玻璃腔體，所述 保護箱包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中設置角度攝像頭，所述第二腔室中設置 堅直攝像頭；所述角度攝像頭與水平面構成一夾角α，α >45°，所述堅直攝像頭垂直於 水平面。
2. 按照權利要求1所述的基於無人機的航拍測繪裝置，其特徵在於，α =60°。
3. 按照權利要求2所述的基於無人機的航拍測繪裝置，其特徵在於，所述保護箱與機 體之間設置減震裝置，所述減震裝置包括至少兩個。
4. 按照權利要求3所述的基於無人機的航拍測繪裝置，其特徵在於，所述角度攝像頭 和堅直攝像頭的鏡頭中心點位於同一水平線上。
5. 按照權利要求4所述的基於無人機的航拍測繪裝置，其特徵在於，所述第二腔室的 上端面固定懸浮接頭，所述懸浮接頭連接固定框架，所述固定框架為倒U型結構，所述堅直 攝像頭設置於所述固定框架內部。
6. 按照權利要求5所述的基於無人機的航拍測繪裝置，其特徵在於，所述固定框架與 第二腔室室壁之間設置緩衝結構，所述緩衝結構為橡膠條。
7. 基於權利要求1-6任一項所述的航拍測繪裝置的圖像校準方法，其特徵在於，包括 如下步驟： 1) 在待測區域內設置至少兩個目標點，所述目標點能夠同時被攝入角度攝像頭和堅直 攝像頭航拍的第一張照片內； 2) 測量任意兩個目標點之間的實際水平距離； 3) 根據目標比例尺以及步驟2)中測得的兩個目標點之間的實際水平距離，推算出在與 該目標比例尺對應的最終影像圖中兩個最終影像點之間的應然水平距離，其中最終影像點 為目標點在最終影像圖中所對應的影像； 4) 對待測區域進行航拍，同時啟用角度攝像頭和堅直攝像頭，角度攝像圖拍下的照片 為斜角圖，堅直攝像頭拍下的為俯視圖； 5) 分別測量步驟2)中的兩個目標點在的第一張斜角圖和第一張俯視圖內的兩個原始 影像點之間的實然距離； 6) 分別計算步驟3)中獲得的兩個最終影像點之間的應然水平距離與步驟5)中獲得的 兩個原始影像點之間的實然距離的比值，並根據該比值對第一張斜角圖和第一張俯視圖進 行縮放，從而得到第一張斜角圖和第一張俯視圖所拍攝區域的目標比例影像圖； 7) 以步驟6)中得到的第一張斜角圖和第一張俯視圖所拍攝區域的目標比例影像圖作 為基準圖，對航拍所獲取的斜角圖和俯視圖進行縮放拼接，從而得到斜角和俯視的最終影 像圖。
8. 按照權利要求7所述的基於無人機的新型航拍攝像裝置，其特徵在於，所述目標點 設置有GPS定位裝置，從而能夠通過GPS定位裝置獲得的各目標點經緯度信息，計算各目標 點之間的水平距離。
【文檔編號】G01C11/00GK104061906SQ201410264745
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】吳惠英, 周彬, 陸軍, 沙敏, 趙雪鳳, 李亮 申請人:江蘇恆創軟體有限公司