專利名稱：無(wú)人機(jī)航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
無(wú)人機(jī)航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無(wú)人機(jī)信息處理和航空影像處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一 種無(wú)人機(jī)航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
航空像片又稱航攝像片。泛指用航空攝影裝置拍攝的各類遙感像片。種類很多。 按攝影機(jī)結(jié)構(gòu)和成像方式分為畫(huà)幅式、全景式和連續(xù)條帶式。現(xiàn)有的無(wú)人機(jī)航拍獲取的航 空像片的處理主要是采用光學(xué)設(shè)備進(jìn)行定位和判讀，該儀器將現(xiàn)有的遙感領(lǐng)域中的影像處 理技術(shù)與無(wú)人機(jī)信息處理技術(shù)相結(jié)合，研制新型的影像定位設(shè)備。目前，無(wú)人機(jī)航空像片采 用解析定位儀進(jìn)行定位，解析定位儀在使用過(guò)程中有如下缺點(diǎn)(1)操作復(fù)雜解析定位儀通過(guò)光學(xué)設(shè)備完成航空影像的模型再現(xiàn)，由于航空攝影測(cè)量是一整套 復(fù)雜數(shù)學(xué)理論，利用光學(xué)模擬需要很多光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同操作控制，使得實(shí)際操作過(guò) 程步驟繁雜。(2)定位基準(zhǔn)信息選取費(fèi)時(shí)費(fèi)力在解算所需點(diǎn)的選取上，解析定位儀是人工選取，需要在具有重疊度的航空像片 上至少尋找17對(duì)同名點(diǎn)，由于光學(xué)物鏡視野的限制，往往選點(diǎn)時(shí)間需要30分鐘左右，而且 不容易尋找。(3)缺少解算粗差檢測(cè)在航空攝影模型恢復(fù)過(guò)程中需要諸多的解算過(guò)程，解析定位儀中解算粗差依靠操 作人員的分析與判斷，沒(méi)有對(duì)選取的點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)的機(jī)制，也沒(méi)有對(duì)每個(gè)解算過(guò)程進(jìn)行粗差 檢測(cè)，而基準(zhǔn)點(diǎn)選取的精度和正誤直接決定解算的精度和正誤，從而最終影響定位精度。(4)缺少信息存儲(chǔ)功能解析定位儀對(duì)每一個(gè)航空像對(duì)操作完畢后，沒(méi)有信息存儲(chǔ)功能，若需要再次對(duì)其 進(jìn)行定位操作時(shí)，需要重新再次進(jìn)行完全一致的解算操作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)已經(jīng)處理過(guò)像對(duì)的 快速定位處理。(5)缺少對(duì)航帶像片的處理功能解析定位儀一次只能實(shí)現(xiàn)對(duì)兩張像片的目標(biāo)定位處理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)一條航帶多張 像片的目標(biāo)定位處理，大大限制了航片的實(shí)際使用。(6)光學(xué)立體不容易判讀和定位操作解析定位儀采取光學(xué)立體判讀方式，立體構(gòu)建和定位解算完全依靠人工操作，對(duì) 于操作人員具有較高的要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有解析定位儀存在的問(wèn)題，提供一種使用方便、定位速度快、定 位精度高、功能完善，集數(shù)字判讀與定位與一體的無(wú)人機(jī)航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)。[0016]本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的無(wú)人機(jī)航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)包括航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)、立體圖像提 取與解算子系統(tǒng)、數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)三大部分組成a.所述航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)包括膠片預(yù)覽模塊和大幅面航片掃描儀。主要 作用是對(duì)航空像片進(jìn)行半自動(dòng)化掃描數(shù)字化，完成航空像片的數(shù)字影像生成，滿足后期的 數(shù)字化解算與定位處理需要。數(shù)字化過(guò)程要綜合考慮掃描分辨率與定位處理的精度、數(shù)據(jù) 量、點(diǎn)匹配所需時(shí)間等因素。b.所述立體圖像提取與解算子系統(tǒng)包括用于對(duì)掃描得到的像片數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正、立 體圖像提取、絕對(duì)定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機(jī)參數(shù)轉(zhuǎn)化的立體解算圖形工作站，對(duì)像片 錯(cuò)誤點(diǎn)的自動(dòng)剔除粗差檢測(cè)控制器，以及用于顯示數(shù)據(jù)的液晶顯示屏，實(shí)現(xiàn)像片糾正、立體 圖像提取、絕對(duì)定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機(jī)參數(shù)轉(zhuǎn)化、外部控制等功能。像片糾正是完成航空像片的框標(biāo)自動(dòng)量測(cè)，依據(jù)航空相機(jī)的內(nèi)方位元素鑒定值實(shí) 現(xiàn)像片幾何變形糾正，并實(shí)現(xiàn)從圖像坐標(biāo)到像方坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換；立體圖像是提取利用影像匹 配獲取到的大量相鄰影像的重疊點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)重疊像片相對(duì)位置關(guān)系的解算；采用四級(jí)粗差自 動(dòng)檢測(cè)機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤點(diǎn)的自動(dòng)剔除，進(jìn)行解算修正以得到解算精確值；絕對(duì)定向是分別 依據(jù)建立的三維絕對(duì)定向數(shù)學(xué)模型、二維絕對(duì)定向數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)三維或二維絕對(duì)立體定向 解算。c.所述數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)包括立體定位圖形工作站、紅外通信模塊、數(shù)據(jù) 打印機(jī)、手柄、立體控制器、立體眼鏡。數(shù)字立體顯示主要完成航空像片的立體顯示功能；影像匹配運(yùn)用影像匹配技術(shù)實(shí) 現(xiàn)目標(biāo)定位點(diǎn)的全自動(dòng)匹配；立體影像校正解決在立體顯示過(guò)程中由于左右視差過(guò)大造成 的影像模糊問(wèn)題。本實(shí)用新型的原理是本實(shí)用新型提出并建立了解算質(zhì)量控制的粗差檢測(cè)模型， 并設(shè)計(jì)了可靠性高、匹配速度快的影像匹配算法，定位精度由傳統(tǒng)的模擬解析定位的20米 提高到10米；立體判讀立體定位效果好，數(shù)字化影像立體判讀和立體定位方法消除了立體 影像的上下視差，大大降低了因立體定位所造成的視覺(jué)疲勞，傳統(tǒng)的解析定位采取模擬光 學(xué)立體判讀方式，且存在上下視差，容易造成視覺(jué)疲勞。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1.操作簡(jiǎn)單，只需很少的人工干預(yù)即可實(shí)現(xiàn)定位解算， 克服傳統(tǒng)光學(xué)定位處理需要大量人工復(fù)雜操作的缺點(diǎn)；2.數(shù)字立體定位處理速度快，處理主要以自動(dòng)解算和控制為主，大大縮短了定位 處理周期，處理時(shí)間僅為解析定位的1/10 ；3.數(shù)字立體定位精度高，提出并建立了解算質(zhì)量控制的粗差檢測(cè)模型，并設(shè)計(jì)了可 靠性高、匹配速度快的影像匹配算法，定位精度由傳統(tǒng)的模擬解析定位的20米提高到10米；4.數(shù)字立體判讀定位效果好，數(shù)字化影像立體判讀和立體定位方法消除了立體影 像的上下視差，大大降低了因立體定位所造成的視覺(jué)疲勞，傳統(tǒng)的解析定位采取模擬光學(xué) 立體判讀方式，且存在上下視差，容易造成視覺(jué)疲勞。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。[0029]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成圖，圖2為本實(shí)用新型的操作流程圖。
具體實(shí)施方式參見(jiàn)圖1，無(wú)人機(jī)航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)包括航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)、立 體圖像提取與解算子系統(tǒng)、數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)三大部分組成。所述航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)包括膠片預(yù)覽模塊和大幅面航片掃描儀。主要作 用是對(duì)航空像片進(jìn)行半自動(dòng)化掃描數(shù)字化，完成航空像片的數(shù)字影像生成，滿足后期的數(shù) 字化解算與定位處理需要。數(shù)字化過(guò)程要綜合考慮掃描分辨率與定位處理的精度、數(shù)據(jù)量、 點(diǎn)匹配所需時(shí)間等因素。所述立體圖像提取與解算子系統(tǒng)包括用于對(duì)掃描得到的像片數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正、立體 圖像提取、絕對(duì)定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機(jī)參數(shù)轉(zhuǎn)化的立體解算圖形工作站，對(duì)像片錯(cuò) 誤點(diǎn)的自動(dòng)剔除粗差檢測(cè)控制器，以及用于顯示數(shù)據(jù)的液晶顯示屏，實(shí)現(xiàn)像片糾正、立體圖 像提取、絕對(duì)定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機(jī)參數(shù)轉(zhuǎn)化、外部控制等功能。像片糾正是完成航空像片的框標(biāo)自動(dòng)量測(cè)，依據(jù)航空相機(jī)的內(nèi)方位元素鑒定值實(shí) 現(xiàn)像片幾何變形糾正，并實(shí)現(xiàn)從圖像坐標(biāo)到像方坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換；立體圖像是提取利用影像匹 配獲取到的大量相鄰影像的重疊點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)重疊像片相對(duì)位置關(guān)系的解算；采用四級(jí)粗差自 動(dòng)檢測(cè)機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)錯(cuò)誤點(diǎn)的自動(dòng)剔除，進(jìn)行解算修正以得到解算精確值；絕對(duì)定向是分別 依據(jù)建立的三維絕對(duì)定向數(shù)學(xué)模型、二維絕對(duì)定向數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)三維或二維絕對(duì)立體定向 解算。所述數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)包括立體定位圖形工作站、紅外通信模塊、數(shù)據(jù)打 印機(jī)、手柄、立體控制器、立體眼鏡。數(shù)字立體顯示主要完成航空像片的立體顯示功能；影像匹配運(yùn)用影像匹配技術(shù)實(shí) 現(xiàn)目標(biāo)定位點(diǎn)的全自動(dòng)匹配；立體影像校正解決在立體顯示過(guò)程中由于左右視差過(guò)大造成
的影像模糊問(wèn)題。[0037]本實(shí)用新型的主要指標(biāo)如下[0038]1.立體圖像提取速度(4分鐘(單像對(duì))[0039]2.像片糾正精度< 0. 05mm[0040]3.相對(duì)位置關(guān)系解算精度< 0. 02mm[0041]4.絕對(duì)定向精度< 5. Om[0042]5.目標(biāo)立體定位精度< 10米(均方差)[0043]6.處理航片像幅標(biāo)準(zhǔn) 180mmX 180mm、標(biāo)準(zhǔn) 230mmX 230mm[0044]7.立體顯示放大倍率2-10 倍[0045]8.量測(cè)范圍180mmX180mm、230mmX230mm[0046]9.點(diǎn)匹配正確概率> 96%[0047]參見(jiàn)附圖2，本實(shí)用新型簡(jiǎn)要操作過(guò)程如下[0048]1.航空像片掃描數(shù)字化[0049]使用膠片掃描儀和預(yù)覽設(shè)備對(duì)航空像片進(jìn)行半自動(dòng)化掃描數(shù)字化。[0050]2.立體圖像提取與解算[0051]首先進(jìn)行像片糾正，完成幾何變形改正和圖像坐標(biāo)到像方坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換；其次，通過(guò) 影像匹配實(shí)現(xiàn)左右影像同名點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別；再次，像片重疊區(qū)相對(duì)位置關(guān)系解算；最后，在 進(jìn)行粗差檢測(cè)的基礎(chǔ)上，生成航空像片的數(shù)字立體像對(duì)數(shù)據(jù)，并通過(guò)絕對(duì)定向解算，實(shí)現(xiàn)立 體模型坐標(biāo)到大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，完成立體影像數(shù)據(jù)合成。3.數(shù)字立體判讀定位在數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)中操作定向好的立體影像，對(duì)指定目標(biāo)進(jìn)行立體匹 配，實(shí)現(xiàn)指定目標(biāo)坐標(biāo)的自動(dòng)解算。與現(xiàn)有定位技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)(1)復(fù)雜操作簡(jiǎn)單化儀器采用圖形工作站實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)航拍影像模型的解算、恢復(fù)，操作人員只需很少 的干預(yù)即可完成目標(biāo)定位工作，方便使用。(2)基準(zhǔn)選取智能化儀器運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)字影像匹配技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)定位基準(zhǔn)點(diǎn)的自動(dòng)選取，并對(duì)匹配點(diǎn)的 正確性進(jìn)行判斷與分析，智能化程度高。(3)目標(biāo)定位準(zhǔn)確化儀器在相對(duì)位置關(guān)系解算過(guò)程中，采用了幾千個(gè)點(diǎn)進(jìn)行綜合解算(解析定位儀采 用6個(gè)或9個(gè)點(diǎn))，并建立了 4級(jí)粗差自動(dòng)檢測(cè)機(jī)制和誤差檢測(cè)機(jī)制，提高了解算過(guò)程的準(zhǔn) 確性和可靠性，提高了目標(biāo)定位精度。(4)目標(biāo)定位快速化儀器采用自動(dòng)化技術(shù)，目標(biāo)定位解算快速，解算操作時(shí)間3 6分鐘，定位則可在 1 2秒內(nèi)瞬間完成，處理時(shí)間僅相當(dāng)于解析定位儀的1/10。(5)立體判讀數(shù)字化儀器在立體判讀方面綜合運(yùn)用了基于立體視覺(jué)原理和立體顯示技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了航空 像片的數(shù)字化立體顯示，不需要任何操作經(jīng)驗(yàn)即可輕松地進(jìn)行立體判讀。(6)信息使用重復(fù)化儀器采取工作區(qū)方式存儲(chǔ)處理過(guò)的航空像片，定位解算完成后，解算信息會(huì)自動(dòng) 存儲(chǔ)在相應(yīng)鏈接位置，需要再次對(duì)航片定位處理時(shí)，可迅速完成對(duì)該航片解算信息的自動(dòng) 快速調(diào)用，使定位解算成果可重復(fù)使用。(7)軟硬件技術(shù)一體化儀器針對(duì)大計(jì)算量的特點(diǎn)，對(duì)計(jì)算負(fù)荷進(jìn)行了合理的安排，影像匹配等計(jì)算由圖 形工作站承擔(dān)，外部邏輯控制計(jì)算由微處理器單元承擔(dān)，整個(gè)系統(tǒng)通信采用高效穩(wěn)定的USB 接口通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了快速處理。(8)操作界面人性化儀器軟件采用Windows操作平臺(tái)，結(jié)合可視化程序設(shè)計(jì)，使得操作界面人性化，克 服解析定位DOS操作平臺(tái)操作界面枯燥，操作人員容易疲勞的缺點(diǎn)。(9)目標(biāo)定位數(shù)字立體化儀器從航片的數(shù)字化、數(shù)字影像匹配到數(shù)字立體定位始終貫穿著數(shù)字化處理主 線，從本質(zhì)上克服了傳統(tǒng)模擬光學(xué)處理的不足之處。
權(quán)利要求無(wú)人機(jī)航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)，其特征在于該定位系統(tǒng)包括航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)、立體圖像提取與解算子系統(tǒng)、數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)三大部分a.所述航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)包括膠片預(yù)覽模塊和大幅面航片掃描儀；b.所述立體圖像提取與解算子系統(tǒng)包括用于對(duì)掃描得到的像片數(shù)據(jù)進(jìn)行糾正、立體圖像提取、絕對(duì)定向、影像匹配、數(shù)據(jù)編輯、相機(jī)參數(shù)轉(zhuǎn)化的立體解算圖形工作站，對(duì)像片錯(cuò)誤點(diǎn)的自動(dòng)剔除粗差檢測(cè)控制器，以及用于顯示數(shù)據(jù)的液晶顯示屏；c.所述數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)包括立體定位圖形工作站、紅外通信模塊、數(shù)據(jù)打印機(jī)、手柄、立體控制器、立體眼鏡。
專利摘要本實(shí)用新型涉及無(wú)人機(jī)信息處理和航空影像處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種無(wú)人機(jī)航空像片數(shù)字立體定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)包括航空像片掃描數(shù)字化子系統(tǒng)、立體圖像提取與解算子系統(tǒng)、數(shù)字立體判讀定位子系統(tǒng)三大部分。本實(shí)用新型提出并建立了解算質(zhì)量控制的粗差檢測(cè)模型，并設(shè)計(jì)了可靠性高、匹配速度快的影像匹配算法，定位精度由傳統(tǒng)的模擬解析定位的20米提高到10米；立體判讀立體定位效果好，數(shù)字化影像立體判讀和立體定位方法消除了立體影像的上下視差，大大降低了因立體定位所造成的視覺(jué)疲勞，傳統(tǒng)的解析定位采取模擬光學(xué)立體判讀方式，且存在上下視差，容易造成視覺(jué)疲勞。
文檔編號(hào)G01C11/00GK201672916SQ20102021038
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者楊書(shū)成, 楊鷺怡, 段連飛, 王占操, 王晶 申請(qǐng)人:段連飛