一種單相機傾斜攝影三維建模系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測繪技術領域，特別涉及一種單相機傾斜攝影三維建模系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]無人機系統(tǒng)按重量分類可分為微型、輕型、小型、大型等四類，按動力來源方式可分為油動和電動兩類，按飛行方式可分為旋翼機、固定翼、撲翼機等三類。本方法所涉及的微型無人機，指重量不大于5kg的固定翼電動無人機，機身材質以EPO(發(fā)泡聚乙烯、苯乙烯混合物)及碳纖為主，通過地面站及飛控系統(tǒng)進行航線規(guī)劃，并在空中以一定重疊度進行正射及傾斜攝影方式進行圖像采集的無人機。
[0003]中國專利申請?zhí)?201310404384.9名稱為輕小型無人機機載多視立體航空遙感裝置和系統(tǒng)，包括:無人機;設置于無人機上的固定架，固定架上設置有第一相機、第二相機和第三相機;第一相機、第二相機和第三相機的長邊均垂直于飛行方向設置;第一相機和第三相機傾斜于水平面45°設置，第二相機垂直于攝影方向設置。通過這種結構布局，本發(fā)明能夠采集到全方位的影像資料，更適用于無人機飛行平臺使用。
[0004]中國專利申請?zhí)?201410327662.X，名稱為:基于城市建筑三維模型的自動分體提取方法，其技術特點是包括以下步驟:利用現有基于傾斜攝影測量的自動三維建模的建模成果，統(tǒng)一化為OSgb格式;將轉換后的OSgb數據解析為幾何信息與紋理信息，同時解析出幾何信息與紋理信息的對應關系;通過高度判別法實現對建筑單體模型的自動提取功能;通過光譜判別法，實現對植被模型的自動提取功能;將自動提取出的建筑單體模型進行單體信息展示，對自動提取出的植被模型進行展示。
[0005]現有的無人機傾斜攝影系統(tǒng)由于搭載了多相機，使得無人機的載荷大幅增加，限制了無人機作業(yè)的輕便性與靈活性，同時降低了無人機的續(xù)航時間和作業(yè)效率?，F有的三維模型建模工具主要針對大型航空相機所獲取的數據進行建筑單體自動提取及植被模型自動提取，而并不能很好的針對無人機低空航拍數據(像幅小，姿態(tài)不穩(wěn)定，數據量大)進行處理，且處理過程中有手工干預的成分，影像了數據處理效率。

【發(fā)明內容】

[0006]為克服上述缺陷，本發(fā)明的目的即在于提供一種單相機傾斜攝影三維建模系統(tǒng)及方法。
[0007]—種單相機傾斜攝影三維建模系統(tǒng)，包括無人機和地面站，所述無人機包括單相機采集模塊、姿態(tài)位置信息模塊、飛控執(zhí)行模塊;所述地面站包括飛控控制模塊、三維數據分析處理模塊、真三維數據庫模塊;其中
[0008]所述單相機采集模塊與所述姿態(tài)位置信息模塊連接，用于采集圖像信號并記錄姿態(tài)和位置信息，再將圖像信號與姿態(tài)位置信息發(fā)送至地面站；
[0009]所述姿態(tài)位置信息模塊與地面站無線連接，用于確定無人機的位置信息和飛行姿態(tài)，并根據位置信息和飛行姿態(tài)與預設航線進行判斷是否到達預定位置，若是則控制單相機采集模塊采集圖像信號；
[0010]所述飛控執(zhí)行模塊與地面站飛控控制模塊無線連接，用于接受飛控控制模塊的飛控指令并根據飛控指令控制無人機按照預設航線飛行；
[0011]所述飛控控制模塊用于輸入飛行路線和向飛控執(zhí)行模塊發(fā)出飛控指令；
[0012]所述三維數據分析處理模塊，用于接收圖像信號，并進行分析處理得到三維數據；
[0013]所述真三維數據庫模塊與所述三維數據分析處理模塊連接，用于將生成的三維數據進行LOD分層，并按時間、地理要素及固定的格式進行存儲，以方便今后使用中的調用。
[0014]作為一種改進，所述預設航線具體為從第一起始點開始在指定區(qū)域內按“弓”字形線路套耕飛行并返回，在返回第一起始點后以指定區(qū)域的中心點為軸心偏移60度作為第二起始點，并從第二起始點開始在指定區(qū)域內按“弓”字形線路套耕飛行并返回，在返回第二起始點后再以指定區(qū)域的中心點為軸心偏移60度作為第三起始點，并從第三起始點開始在指定區(qū)域內按“弓”字形線路套耕飛行并返回。
[0015]作為一種改進，所述預設航線還可以為從第四起始點開始在指定區(qū)域內按“弓”字形線路套耕飛行并返回，在返回第四起始點后以指定區(qū)域的中心點為軸心偏移45度作為第五起始點，并從第五起始點開始在指定區(qū)域內按“弓”字形線路套耕飛行并返回，在返回第五起始點后再以指定區(qū)域的中心點為軸心偏移45度作為第六起始點，并從第六起始點開始在指定區(qū)域內按“弓”字形線路套耕飛行并返回，在返回第六起始點后再以指定區(qū)域的中心點為軸心偏移45度作為第七起始點，并從第七起始點開始在指定區(qū)域內按“弓”字形線路套耕飛行并返回。
[0016]進一步的，所述單相機采集模塊與所述無人機成40-45度傾斜夾角。
[0017]具體的，所述無人機上還設有無線通信模塊，所述無線通信模塊與地面站無線連接，用于建立無人機和地面站之間的數據和信號的交換。
[0018]更進一步的，所述地面站還包括DOM數據庫模塊，DOM數據庫模塊用于根據真三維數據切換正俯視角后所產生二維數據，并按照時間及地理要素信息進行存儲。
[0019]作為一種改進，所述地面站還包括交互顯示設備，所述交互顯示設備與所述真三維數據庫模塊連接，其包括體感控制器、組合式顯示器及電腦主機，通過體感控制三維漫游視角，電腦主機調用真三維數據庫模塊中的模型數據，組合式顯示器呈現三維數據。
[0020]具體的，所述位置信息包括瑋度、經度、海拔高度、氣壓高度;所述姿態(tài)信息包括俯仰角、橫滾角、航向角、地極航向角，所述姿態(tài)信息通過機載陀螺儀進行記錄。
[0021]進一步的，所述單相機采集模塊包括相機系統(tǒng)及快門促發(fā)系統(tǒng);快門促發(fā)系統(tǒng)與姿態(tài)位置信息模塊相連接，當無人機飛行至航線既定拍照位置時，快門促發(fā)系統(tǒng)啟動，控制相機系統(tǒng)進行拍攝。
[0022]作為一種改進，所述三維數據分析處理模塊先將采集圖像信號采用MVS方法提取密集匹配的點云數據，通過雙邊濾波或小波算法進行去噪，之后通過德勞內模型進行面片化處理，最后通過約束紋理映射方法進行自動貼圖，全局勻色后得到最終得到三維模型。
[0023]本發(fā)明一種單相機傾斜攝影三維建模系統(tǒng)，包括無人機和地面站，通過在無人機上設置單相機采集模塊、姿態(tài)位置信息模塊、飛控執(zhí)行模塊；和在地面站設置飛控控制模塊、三維數據分析處理模塊、真三維數據庫模塊，并對航拍路徑進行了專門的優(yōu)化，僅通過單相機就可以進行多角度航片的數據采集并三維重建;克服了現有的三維模型建模工具主要針對大型航空相機所獲取的數據進行建筑單體自動提取及植被模型自動提取，而并不能很好的針對無人機低空航拍數據(像幅小，姿態(tài)不穩(wěn)定，數據量大)進行處理，且處理過程中有手工干預的成分，影像數據處理效率的問題。
【附圖說明】
[0024]為了易于說明，本發(fā)明由下述的較佳實施例及附圖作詳細描述。
[0025]圖1為本發(fā)明一種單相機傾斜攝影三維建模系統(tǒng)的整體框圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一種單相機傾斜攝影三維建模系統(tǒng)的第一種飛行航線示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明一種單相機傾斜攝影三維建模系統(tǒng)的第二種飛行航線示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]如圖1所示:本發(fā)明一種單相機傾斜攝影三維建模系統(tǒng)，包括無人機和地面站，所述無人機包括單相機采集模塊、姿態(tài)位置信息模塊、飛控執(zhí)行模塊;所述地面站包括飛控控制模塊、三維數據分析處理模塊、真三維數據庫模塊;其中
[0030]單相機采集模塊與所述姿態(tài)位置信息模塊連接，用于采集圖像信號并記錄姿態(tài)和位置信息，再將圖像信號與姿態(tài)位置信息發(fā)送至地面站;所述單相機采集模塊包括相機系統(tǒng)及快門促發(fā)系統(tǒng);快門促發(fā)系統(tǒng)與姿態(tài)位置信息模塊相連接，當無人機飛行至航線既定拍照位置時，快門促發(fā)系統(tǒng)啟動，控制相機系統(tǒng)進行拍攝。
[0031]無人機上還設有無線通信模塊，所述無線通信模塊與地面站無線連接，用于建立無人機和地面站之間的數據和信號的交換。
[0032]姿態(tài)位置信息模塊與地面站無線連接，用于確定無人機的位置信息和飛行姿態(tài)，并根據位置信息和飛行姿態(tài)與預設航線進行判斷是否到達預定位置，若是則控制單相機采集模塊采集圖像信號。其中，位置信息包括瑋度、經度、海拔高度、氣壓高度;所述姿態(tài)信息包括俯仰角、橫滾角、航向角、地極航向角，所述姿態(tài)信息通過機載陀螺儀進行記錄。姿態(tài)位置信息模塊集成于飛控執(zhí)行模塊一體，通過地面站進行航線設定，無人機以固定高度(200-300m)在目標區(qū)域上空進行套耕飛行，同時按照一定的圖像重疊度，在空中固定地點觸發(fā)傾斜圖片數據采集模塊進行拍攝，一般在空中每隔50-80m需拍攝一張圖片，而航線間隔控制在10m左右，在拍照的同時記錄下拍照點的位置及姿態(tài)信息，并通過標定和校準，換算為相機焦點的位置。
[0033]所述飛控執(zhí)行模塊與地面站飛控控制模塊無線連接，用于接受飛控控制模塊的飛控指令并根據飛控指令控制無人機按照預設航線飛行；
[0034]所述飛控控制模塊用于輸入飛行路線和向飛控執(zhí)行模塊發(fā)出飛控指令;通過飛控控制模塊進行航線規(guī)劃，框選區(qū)域一般比目標區(qū)域外擴100-200m，起飛時通過手動遙控裝置(如futaba遙控器)進行控制，待無人機飛至航線高度后，切換由飛控系統(tǒng)進行自動控制并由地面站進行實時監(jiān)控。
[0035]所述三維數據分析處理模塊，用于接收圖像信號，并進行分析處理得到三維數據；具體的，三維數據分析處理模塊先將采集圖像信號采用MVS方法提取密集匹配的點云數據，通過雙邊濾波或小波算法進行去噪，之后通過德勞內模型進行面片化處理，最后通過約束紋理映射方法進行自