CN104061906A - 基于无人机的航拍测绘装置及图像校准方法 - Google Patents

基于无人机的航拍测绘装置及图像校准方法 Download PDF

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赵雪凤
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Abstract

本发明涉及一种基于无人机的航拍测绘装置及图像校准方法，通过设置角度摄像头和竖直摄像头，可以同时提供斜角影像图和俯视影像图；本发明的航拍测绘图像比例校正方法，根据两个最终影像点之间的应然距离与两个原始影像点之间的实然距离的比值，对原始影像图进行缩放，从而得到最终影像图，有效提高了航拍测绘的比例精度，减小误差，且步骤简单，便于实施，可操作性较强。

Description

基于无人机的航拍测绘装置及图像校准方法
技术领域
本发明涉及无人机航拍领域，尤其是一种基于无人机的航拍测绘装置及图像校准方法。
背景技术
航拍又称空中摄影或航空摄影，是指从空中拍摄地球地貌，获得俯视图。现阶段，航拍技术已经被普遍运用于各个领域，对于不同的领域，拍摄所要求的效果也不尽相同。如大型群体活动、电视、电影、城市安防巡视，通常要求清晰稳定的实时视频图像，而且拍摄时需要定点拍摄，因此使用直升机航拍较为适宜；对于土地监测、森林防火、电力巡线等，也是
要求清晰稳定的实时视频图像，由于巡逻的范围比较大，因此，使用固定翼无人机效率会高
一些，需定点监测时，一般使用盘巡实现监测。
对于测绘、交通勘测设计、水利勘测设计、小城镇规划设计等，需要得到可以用以制作地图的、有严格比例尺和精度要求的照片，目前还是以无人机为主，以载人机为辅，其中无人机包括固定翼无人机和无人直升机。
然而，在实际拍摄过程中，飞机航拍的高度在现有的技术中并不能准确地定位在预设的海拔高度上，航拍高度的误差导致最终获取的影像图的比例尺也存在着一定的误差；另一方面，在获取较小比例尺的情况下，飞机航拍的高度会较高，而较高的航拍高度则意味着所拍摄图像的精度会有所下降，使得最终取得的影像图中的具体区域（例如建筑物、道路、河流等）边缘处颗粒较大，导致界限模糊不清，如果为了得到清晰的图像而降低飞行高度，则无法得到最初比例尺的影像图。
在进行航拍测绘时，有些场合不仅需要用到俯视图来进行平面观测，还需要用到有一定斜角的角度图来进行立体观测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以同时提供斜角影像图和俯视影像图的基于无人机的航拍测绘装置，同时提供测绘图像的自动校准方法。
为解决上述技术问题，本发明涉及一种基于无人机的航拍测绘装置，包括机体和摄像头，所述航拍装置与地面控制处建立通信连接，其特征在于，所述机体内部设置保护箱，所述保护箱为透明玻璃腔体，所述保护箱包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中设置角度摄像头，所述第二腔室中设置竖直摄像头；所述角度摄像头与水平面构成一夹角α，α≥45°，所述竖直摄像头垂直于水平面。
作为本发明的一种优选方案，α=60°。
作为本发明的一种优选方案，所述保护箱与机体之间设置减震装置，所述减震装置包括至少两个。
作为本发明的一种优选方案，所述角度摄像头和竖直摄像头的镜头中心点位于同一水平线上。
作为本发明的一种优选方案，所述第二腔室的上端面固定悬浮接头，所述悬浮接头连接固定框架，所述固定框架为倒U型结构，所述竖直摄像头设置于所述固定框架内部。
作为本发明的一种优选方案，所述固定框架与第二腔室室壁之间设置缓冲结构，所述缓冲结构为橡胶条。
本发明同时提供一种测绘图像的自动校准方法，包括如下步骤：
1）在待测区域内设置至少两个目标点，所述目标点能够同时被摄入角度摄像头和竖直摄像头航拍的第一张照片内；
2）测量任意两个目标点之间的实际水平距离；
3）根据目标比例尺以及步骤2）中测得的两个目标点之间的实际水平距离，推算出在与该目标比例尺对应的最终影像图中两个最终影像点之间的应然水平距离，其中最终影像点为目标点在最终影像图中所对应的影像；
4）对待测区域进行航拍，同时启用角度摄像头和竖直摄像头，角度摄像图拍下的照片为斜角图，竖直摄像头拍下的为俯视图；
5）分别测量步骤2）中的两个目标点在的第一张斜角图和第一张俯视图内的两个原始影像点之间的实然距离；
6）分别计算步骤3）中获得的两个最终影像点之间的应然水平距离与步骤5）中获得的两个原始影像点之间的实然距离的比值，并根据该比值对第一张斜角图和第一张俯视图进行缩放，从而得到第一张斜角图和第一张俯视图所拍摄区域的目标比例影像图；
7）以步骤6）中得到的第一张斜角图和第一张俯视图所拍摄区域的目标比例影像图作为基准图，对航拍所获取的斜角图和俯视图进行缩放拼接，从而得到斜角和俯视的最终影像图。
作为本发明的一种优选方案，所述目标点设置有GPS定位装置，从而能够通过GPS定位装置获得的各目标点经纬度信息，计算各目标点之间的水平距离。
本发明的有益效果为：通过设置角度摄像头和竖直摄像头，可以同时提供斜角影像图和俯视影像图；本发明的航拍测绘图像比例校正方法，根据两个最终影像点之间的应然距离与两个原始影像点之间的实然距离的比值，对原始影像图进行缩放，从而得到最终影像图，有效提高了航拍测绘的比例精度，减小误差，且步骤简单，便于实施，可操作性较强。
附图说明
图1为本发明实施例无人机航拍装置的结构示意图。
附图标记说明：
1—机体、2—保护箱、3—角度摄像头、4—固定摄像头、5—固定座、6—悬浮接头、7—固定框架、8—减震装置、9—缓冲结构。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
参见图1，本发明涉及一种基于无人直升机的航拍装置，包括机体1，机体内部设置保护
箱2和摄像头。保护箱2为透明玻璃腔体，分为第一腔室和第二腔室，其中第一腔室中设置角度摄像头3，第二腔室中设置竖直摄像头4。角度摄像头通过一根折线轴固定在固定座5上。所述角度摄像头和竖直摄像头的镜头中心点位于同一水平线上。
第二腔室的上端面固定悬浮接头6，所述悬浮接头6连接固定框架7，所述固定框架7为倒U型结构。悬浮接头6的设置可以在无人直升机飞翔过程中发生左右倾斜时，保持竖直状态。。竖直摄像头4设置于所述固定框架7内部。采用这种设置可以使得竖直摄像头4在无人直升机飞翔过程中发生左右倾斜时，保持竖直状态。
所述角度摄像头3与水平面构成一夹角α，α≥45°，所述竖直摄像头4垂直于水平面。
保护箱2与机体1之间设置减震装置8，所述减震装置8包括至少两个。减震装置8可以是弹簧或减震阻尼。固定框架7与第二腔室室壁之间设置缓冲结构9，所述缓冲结构9为橡胶条。缓冲结构9用来稳定固定框架，从而稳定竖直摄像头。
本发明同时提供一种测绘图像的自动校准方法，包括如下步骤：
1）在待测区域内设置至少两个目标点，所述目标点能够同时被摄入角度摄像头和竖直摄像头航拍的第一张照片内；
2）测量任意两个目标点之间的实际水平距离；
3）根据目标比例尺以及步骤2）中测得的两个目标点之间的实际水平距离，推算出在与该目标比例尺对应的最终影像图中两个最终影像点之间的应然水平距离，其中最终影像点为目标点在最终影像图中所对应的影像；
4）对待测区域进行航拍，同时启用角度摄像头和竖直摄像头，角度摄像图拍下的照片为斜角图，竖直摄像头拍下的为俯视图；
5）分别测量步骤2）中的两个目标点在的第一张斜角图和第一张俯视图内的两个原始影像点之间的实然距离；
6）分别计算步骤3）中获得的两个最终影像点之间的应然水平距离与步骤5）中获得的两个原始影像点之间的实然距离的比值，并根据该比值对第一张斜角图和第一张俯视图进行缩放，从而得到第一张斜角图和第一张俯视图所拍摄区域的目标比例影像图；
7）以步骤6）中得到的第一张斜角图和第一张俯视图所拍摄区域的目标比例影像图作为基准图，对航拍所获取的斜角图和俯视图进行缩放拼接，从而得到斜角和俯视的最终影像图。
作为本发明的一种优选方案，所述目标点设置有GPS定位装置，从而能够通过GPS定位装置获得的各目标点经纬度信息，计算各目标点之间的水平距离。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种基于无人机的航拍测绘装置，包括机体和摄像头，所述航拍装置与地面控制处建立通信连接，其特征在于，所述机体内部设置保护箱，所述保护箱为透明玻璃腔体，所述保护箱包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中设置角度摄像头，所述第二腔室中设置竖直摄像头；所述角度摄像头与水平面构成一夹角α，α≥45°，所述竖直摄像头垂直于水平面。
2.按照权利要求1所述的基于无人机的航拍测绘装置，其特征在于，α=60°。
3.按照权利要求2所述的基于无人机的航拍测绘装置，其特征在于，所述保护箱与机体之间设置减震装置，所述减震装置包括至少两个。
4.按照权利要求3所述的基于无人机的航拍测绘装置，其特征在于，所述角度摄像头和竖直摄像头的镜头中心点位于同一水平线上。
5.按照权利要求4所述的基于无人机的航拍测绘装置，其特征在于，所述第二腔室的上端面固定悬浮接头，所述悬浮接头连接固定框架，所述固定框架为倒U型结构，所述竖直摄像头设置于所述固定框架内部。
6.按照权利要求5所述的基于无人机的航拍测绘装置，其特征在于，所述固定框架与第二腔室室壁之间设置缓冲结构，所述缓冲结构为橡胶条。
7.基于权利要求1-6任一项所述的航拍测绘装置的图像校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在待测区域内设置至少两个目标点，所述目标点能够同时被摄入角度摄像头和竖直摄像头航拍的第一张照片内；
2）测量任意两个目标点之间的实际水平距离；
3）根据目标比例尺以及步骤2）中测得的两个目标点之间的实际水平距离，推算出在与该目标比例尺对应的最终影像图中两个最终影像点之间的应然水平距离，其中最终影像点为目标点在最终影像图中所对应的影像；
4）对待测区域进行航拍，同时启用角度摄像头和竖直摄像头，角度摄像图拍下的照片为斜角图，竖直摄像头拍下的为俯视图；
5）分别测量步骤2）中的两个目标点在的第一张斜角图和第一张俯视图内的两个原始影像点之间的实然距离；
6）分别计算步骤3）中获得的两个最终影像点之间的应然水平距离与步骤5）中获得的两个原始影像点之间的实然距离的比值，并根据该比值对第一张斜角图和第一张俯视图进行缩放，从而得到第一张斜角图和第一张俯视图所拍摄区域的目标比例影像图；
7）以步骤6）中得到的第一张斜角图和第一张俯视图所拍摄区域的目标比例影像图作为基准图，对航拍所获取的斜角图和俯视图进行缩放拼接，从而得到斜角和俯视的最终影像图。
8.按照权利要求7所述的基于无人机的新型航拍摄像装置，其特征在于，所述目标点设置有GPS定位装置，从而能够通过GPS定位装置获得的各目标点经纬度信息，计算各目标点之间的水平距离。
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