基于無人機(jī)的航拍測繪裝置及圖像校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于無人機(jī)的航拍測繪裝置及圖像校準(zhǔn)方法，通過設(shè)置角度攝像頭和豎直攝像頭，可以同時(shí)提供斜角影像圖和俯視影像圖；本發(fā)明的航拍測繪圖像比例校正方法，根據(jù)兩個(gè)最終影像點(diǎn)之間的應(yīng)然距離與兩個(gè)原始影像點(diǎn)之間的實(shí)然距離的比值，對原始影像圖進(jìn)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，便于實(shí)施，可操作性較強(qiáng)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無人機(jī)航拍領(lǐng)域，尤其是一種基于無人機(jī)的航拍測繪裝置及圖像校準(zhǔn) 方法。 基于無人機(jī)的航拍測繪裝置及圖像校準(zhǔn)方法

【背景技術(shù)】
[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?，F(xiàn)階段， 航拍技術(shù)已經(jīng)被普遍運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，對于不同的領(lǐng)域，拍攝所要求的效果也不盡相同。如 大型群體活動(dòng)、電視、電影、城市安防巡視，通常要求清晰穩(wěn)定的實(shí)時(shí)視頻圖像，而且拍攝時(shí) 需要定點(diǎn)拍攝，因此使用直升機(jī)航拍較為適宜；對于土地監(jiān)測、森林防火、電力巡線等，也是 要求清晰穩(wěn)定的實(shí)時(shí)視頻圖像，由于巡邏的范圍比較大，因此，使用固定翼無人機(jī)效率 會(huì)高一些，需定點(diǎn)監(jiān)測時(shí)，一般使用盤巡實(shí)現(xiàn)監(jiān)測。
[0003] 對于測繪、交通勘測設(shè)計(jì)、水利勘測設(shè)計(jì)、小城鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計(jì)等，需要得到可以用以 制作地圖的、有嚴(yán)格比例尺和精度要求的照片，目前還是以無人機(jī)為主，以載人機(jī)為輔，其 中無人機(jī)包括固定翼無人機(jī)和無人直升機(jī)。
[0004] 然而，在實(shí)際拍攝過程中，飛機(jī)航拍的高度在現(xiàn)有的技術(shù)中并不能準(zhǔn)確地定位在 預(yù)設(shè)的海拔高度上，航拍高度的誤差導(dǎo)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(jī)航拍的高度會(huì)較高，而較高的航拍高度則 意味著所拍攝圖像的精度會(huì)有所下降，使得最終取得的影像圖中的具體區(qū)域(例如建筑物、 道路、河流等）邊緣處顆粒較大，導(dǎo)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(jìn)行航拍測繪時(shí)，有些場合不僅需要用到俯視圖來進(jìn)行平面觀測，還需要用到 有一定斜角的角度圖來進(jìn)行立體觀測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以同時(shí)提供斜角影像圖和俯視影像圖的 基于無人機(jī)的航拍測繪裝置，同時(shí)提供測繪圖像的自動(dòng)校準(zhǔn)方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明涉及一種基于無人機(jī)的航拍測繪裝置，包括機(jī)體和 攝像頭，所述航拍裝置與地面控制處建立通信連接，其特征在于，所述機(jī)體內(nèi)部設(shè)置保護(hù) 箱，所述保護(hù)箱為透明玻璃腔體，所述保護(hù)箱包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中 設(shè)置角度攝像頭，所述第二腔室中設(shè)置堅(jiān)直攝像頭；所述角度攝像頭與水平面構(gòu)成一夾角 α，α >45°，所述堅(jiān)直攝像頭垂直于水平面。
[0008] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，α =60°。
[0009] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述保護(hù)箱與機(jī)體之間設(shè)置減震裝置，所述減震裝 置包括至少兩個(gè)。
[0010] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述角度攝像頭和堅(jiān)直攝像頭的鏡頭中心點(diǎn)位于同 一水平線上。 toon] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)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(jié)構(gòu)，所述堅(jiān)直攝像頭設(shè)置于所述固定框架內(nèi)部。
[0012] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述固定框架與第二腔室室壁之間設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)， 所述緩沖結(jié)構(gòu)為橡膠條。
[0013] 本發(fā)明同時(shí)提供一種測繪圖像的自動(dòng)校準(zhǔn)方法，包括如下步驟： 1) 在待測區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，所述目標(biāo)點(diǎn)能夠同時(shí)被攝入角度攝像頭和堅(jiān)直 攝像頭航拍的第一張照片內(nèi)； 2) 測量任意兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離； 3) 根據(jù)目標(biāo)比例尺以及步驟2)中測得的兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離，推算出在與 該目標(biāo)比例尺對應(yīng)的最終影像圖中兩個(gè)最終影像點(diǎn)之間的應(yīng)然水平距離，其中最終影像點(diǎn) 為目標(biāo)點(diǎn)在最終影像圖中所對應(yīng)的影像； 4) 對待測區(qū)域進(jìn)行航拍，同時(shí)啟用角度攝像頭和堅(jiān)直攝像頭，角度攝像圖拍下的照片 為斜角圖，堅(jiān)直攝像頭拍下的為俯視圖； 5) 分別測量步驟2)中的兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)在的第一張斜角圖和第一張俯視圖內(nèi)的兩個(gè)原始 影像點(diǎn)之間的實(shí)然距離； 6) 分別計(jì)算步驟3)中獲得的兩個(gè)最終影像點(diǎn)之間的應(yīng)然水平距離與步驟5)中獲得的 兩個(gè)原始影像點(diǎn)之間的實(shí)然距離的比值，并根據(jù)該比值對第一張斜角圖和第一張俯視圖進(jìn) 行縮放，從而得到第一張斜角圖和第一張俯視圖所拍攝區(qū)域的目標(biāo)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(qū)域的目標(biāo)比例影像圖作 為基準(zhǔn)圖，對航拍所獲取的斜角圖和俯視圖進(jìn)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(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述目標(biāo)點(diǎn)設(shè)置有GPS定位裝置，從而能夠通過GPS 定位裝置獲得的各目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)緯度信息，計(jì)算各目標(biāo)點(diǎn)之間的水平距離。
[0015] 本發(fā)明的有益效果為：通過設(shè)置角度攝像頭和堅(jiān)直攝像頭，可以同時(shí)提供斜角影 像圖和俯視影像圖；本發(fā)明的航拍測繪圖像比例校正方法，根據(jù)兩個(gè)最終影像點(diǎn)之間的應(yīng) 然距離與兩個(gè)原始影像點(diǎn)之間的實(shí)然距離的比值，對原始影像圖進(jìn)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，便于實(shí)施，可操作性較 強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例無人機(jī)航拍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 附圖標(biāo)記說明： 1 一機(jī)體、2-保護(hù)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、9一緩沖結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解下述【具體實(shí)施方式】僅 用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0019] 參見圖1，本發(fā)明涉及一種基于無人直升機(jī)的航拍裝置，包括機(jī)體1，機(jī)體內(nèi)部設(shè) 置保護(hù) 箱2和攝像頭。保護(hù)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(shè)置角度攝像頭3,第二腔室中設(shè)置堅(jiān)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(jiān)直攝像頭的鏡頭中心點(diǎn)位于同一水平線上。
[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(jié)構(gòu)。懸浮接頭6的設(shè)置可以在無人直升機(jī)飛翔過程中發(fā)生左右傾斜時(shí)，保 持堅(jiān)直狀態(tài)。。堅(jiān)直攝像頭4設(shè)置于所述固定框架7內(nèi)部。采用這種設(shè)置可以使得堅(jiān)直攝 像頭4在無人直升機(jī)飛翔過程中發(fā)生左右傾斜時(shí)，保持堅(jiān)直狀態(tài)。
[0021] 所述角度攝像頭3與水平面構(gòu)成一夾角α，α彡45°，所述堅(jiān)直攝像頭4垂直于 水平面。
[0022] 保護(hù)箱2與機(jī)體1之間設(shè)置減震裝置8,所述減震裝置8包括至少兩個(gè)。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(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)9,所述緩沖結(jié)構(gòu) 9為橡膠條。緩沖結(jié)構(gòu)9用來穩(wěn)定固定框架，從而穩(wěn)定堅(jiān)直攝像頭。
[0023] 本發(fā)明同時(shí)提供一種測繪圖像的自動(dòng)校準(zhǔn)方法，包括如下步驟： 1) 在待測區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，所述目標(biāo)點(diǎn)能夠同時(shí)被攝入角度攝像頭和堅(jiān)直 攝像頭航拍的第一張照片內(nèi)； 2) 測量任意兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離； 3) 根據(jù)目標(biāo)比例尺以及步驟2)中測得的兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離，推算出在與 該目標(biāo)比例尺對應(yīng)的最終影像圖中兩個(gè)最終影像點(diǎn)之間的應(yīng)然水平距離，其中最終影像點(diǎn) 為目標(biāo)點(diǎn)在最終影像圖中所對應(yīng)的影像； 4) 對待測區(qū)域進(jìn)行航拍，同時(shí)啟用角度攝像頭和堅(jiān)直攝像頭，角度攝像圖拍下的照片 為斜角圖，堅(jiān)直攝像頭拍下的為俯視圖； 5) 分別測量步驟2)中的兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)在的第一張斜角圖和第一張俯視圖內(nèi)的兩個(gè)原始 影像點(diǎn)之間的實(shí)然距離； 6) 分別計(jì)算步驟3)中獲得的兩個(gè)最終影像點(diǎn)之間的應(yīng)然水平距離與步驟5)中獲得的 兩個(gè)原始影像點(diǎn)之間的實(shí)然距離的比值，并根據(jù)該比值對第一張斜角圖和第一張俯視圖進(jìn) 行縮放，從而得到第一張斜角圖和第一張俯視圖所拍攝區(qū)域的目標(biāo)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(qū)域的目標(biāo)比例影像圖作 為基準(zhǔn)圖，對航拍所獲取的斜角圖和俯視圖進(jìn)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(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述目標(biāo)點(diǎn)設(shè)置有GPS定位裝置，從而能夠通過GPS 定位裝置獲得的各目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)緯度信息，計(jì)算各目標(biāo)點(diǎn)之間的水平距離。
[0025] 本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開的技術(shù)手段，還包括 由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于無人機(jī)的航拍測繪裝置，包括機(jī)體和攝像頭，所述航拍裝置與地面控制處 建立通信連接，其特征在于，所述機(jī)體內(nèi)部設(shè)置保護(hù)箱，所述保護(hù)箱為透明玻璃腔體，所述 保護(hù)箱包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室中設(shè)置角度攝像頭，所述第二腔室中設(shè)置 堅(jiān)直攝像頭；所述角度攝像頭與水平面構(gòu)成一夾角α，α >45°，所述堅(jiān)直攝像頭垂直于 水平面。
2. 按照權(quán)利要求1所述的基于無人機(jī)的航拍測繪裝置，其特征在于，α =60°。
3. 按照權(quán)利要求2所述的基于無人機(jī)的航拍測繪裝置，其特征在于，所述保護(hù)箱與機(jī) 體之間設(shè)置減震裝置，所述減震裝置包括至少兩個(gè)。
4. 按照權(quán)利要求3所述的基于無人機(jī)的航拍測繪裝置，其特征在于，所述角度攝像頭 和堅(jiān)直攝像頭的鏡頭中心點(diǎn)位于同一水平線上。
5. 按照權(quán)利要求4所述的基于無人機(jī)的航拍測繪裝置，其特征在于，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(jié)構(gòu)，所述堅(jiān)直 攝像頭設(shè)置于所述固定框架內(nèi)部。
6. 按照權(quán)利要求5所述的基于無人機(jī)的航拍測繪裝置，其特征在于，所述固定框架與 第二腔室室壁之間設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)，所述緩沖結(jié)構(gòu)為橡膠條。
7. 基于權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的航拍測繪裝置的圖像校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括 如下步驟： 1) 在待測區(qū)域內(nèi)設(shè)置至少兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，所述目標(biāo)點(diǎn)能夠同時(shí)被攝入角度攝像頭和堅(jiān)直 攝像頭航拍的第一張照片內(nèi)； 2) 測量任意兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離； 3) 根據(jù)目標(biāo)比例尺以及步驟2)中測得的兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離，推算出在與 該目標(biāo)比例尺對應(yīng)的最終影像圖中兩個(gè)最終影像點(diǎn)之間的應(yīng)然水平距離，其中最終影像點(diǎn) 為目標(biāo)點(diǎn)在最終影像圖中所對應(yīng)的影像； 4) 對待測區(qū)域進(jìn)行航拍，同時(shí)啟用角度攝像頭和堅(jiān)直攝像頭，角度攝像圖拍下的照片 為斜角圖，堅(jiān)直攝像頭拍下的為俯視圖； 5) 分別測量步驟2)中的兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)在的第一張斜角圖和第一張俯視圖內(nèi)的兩個(gè)原始 影像點(diǎn)之間的實(shí)然距離； 6) 分別計(jì)算步驟3)中獲得的兩個(gè)最終影像點(diǎn)之間的應(yīng)然水平距離與步驟5)中獲得的 兩個(gè)原始影像點(diǎn)之間的實(shí)然距離的比值，并根據(jù)該比值對第一張斜角圖和第一張俯視圖進(jìn) 行縮放，從而得到第一張斜角圖和第一張俯視圖所拍攝區(qū)域的目標(biāo)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(qū)域的目標(biāo)比例影像圖作 為基準(zhǔn)圖，對航拍所獲取的斜角圖和俯視圖進(jìn)行縮放拼接，從而得到斜角和俯視的最終影 像圖。
8. 按照權(quán)利要求7所述的基于無人機(jī)的新型航拍攝像裝置，其特征在于，所述目標(biāo)點(diǎn) 設(shè)置有GPS定位裝置，從而能夠通過GPS定位裝置獲得的各目標(biāo)點(diǎn)經(jīng)緯度信息，計(jì)算各目標(biāo) 點(diǎn)之間的水平距離。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK104061906SQ201410264745
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】吳惠英, 周彬, 陸軍, 沙敏, 趙雪鳳, 李亮 申請人:江蘇恒創(chuàng)軟件有限公司