[发明专利]一种多角度贴近摄影航迹与姿态规划方法

说明书

本发明提出一种多角度贴近摄影航迹和姿态规划方法，实现贴近摄影测量的“倾斜”摄影功能，以便完整获取贴近摄影对象(如斜坡面、房屋立面等)表面纹理信息且增加影像间交会角，从而保证精细三维重建的完整性和精度。已有测绘产品或者常规摄影测量获取的摄影区域初始地形，为多角度贴近摄影航迹与姿态规划提供依据，通过设置交向摄影和俯仰摄影的角度，并根据拍摄区域的高程和对应的拍摄距离，自动计算多角度贴近摄影航迹与姿态。本方法针对“贴近摄影测量”仅进行正对摄影时三维重建成果精度不够高且覆盖完整度不够而提出，可以有效提高贴近摄影影像交会角和摄影目标的覆盖度，从而保证成果精度和完整度，同时计算效率高，稳定性强，操作简便。

技术领域

本发明涉及一种多角度贴近摄影航迹与姿态规划方法，其中多角度摄影航迹自动计算是该方法的关键技术。

背景技术

在常规竖直摄影测量中，立体像对间的最大交会角约为相机视场角的0.4倍(往往小于90°)，因此常规摄影测量的平面精度通常优于高程方向(或深度方向)精度。为了提高高程方向的精度，需要增大影像的交会角，一般会采用倾斜摄影(交向摄影和俯仰摄影)的方式来拍摄数据。

贴近摄影测量，即利用贴近物体表面摄影获取的高清影像进行摄影测量，获取被摄物体精确坐标、精细形状，进而得到精确的地理信息成果。贴近摄影测量的本质是对面摄影，如果将这个面旋转到水平位置，那么就与常规的摄影测量一致。因此，为了增大贴近摄影测量的交会角，保证精细重建精度，也需针对贴近摄影测量增加“倾斜”摄影。不同于常规航空倾斜摄影的前后视与左右视，贴近摄影测量的倾斜摄影包括交向摄影和俯仰摄影，其中交向摄影的倾斜角沿飞行方向设置，俯仰角则垂直于飞行方向设置。在另一方面，增加“倾斜”摄影影像还可以保证最终获取的数据能够覆盖那些在对目标进行平面拟合过程中被忽略的结构(如，建筑物立面上的空调，大坝上的变形观测站以及山体滑坡凸出的部分)。

目前而言，用于贴近摄影的旋翼无人机只有单个镜头，不能一次性获取多个方向的倾斜影像，因此有必要利用单镜头来模拟交向拍摄和俯仰拍摄。

对比于常规的倾斜摄影测量，如图1所示，五视倾斜相机每次曝光的时候，是位于一个摄站点同时拍摄五个不同的区域。通过不同航线之间拍摄的重叠来提高立体像对间的交会角。但是不同航线之间的重叠并不稳定，很难将同一区域的不同角度拍摄完全。而基于贴近摄影测量的多角度航迹与姿态规划方法能够很好的解决这一问题。

如图2所示，在贴近摄影测量航迹规划中无人机镜头始终正对目标区域，可以被视为贴近摄影测量的“下视镜头”。假设贴近摄影测量的倾斜角度设置为γ，那么，贴近摄影测量的“倾斜”则是在“下视”的基础上：(1)“左右视”，即交向摄影，无人机机身在水平方向上(XY平面)左右偏转γ，为与无人机旋偏角的定义保持一致，定义向右倾斜为正，向左倾斜为负；(2)“上下视”，即俯仰摄影，无人机镜头在竖直方向(XZ平面)上下旋转θ进行拍摄。无人机正交摄影、交向摄影和俯仰摄影结合起来，完整拍摄到目标区域的所有角度，共同组成了贴近摄影测量的多角度航迹。

本方法基于“贴近摄影测量”的理念，利用旋翼无人机进行多角度摄影。在正对目标拍摄的基础上，增加规划了相机左右倾斜和上下倾斜一定角度进行拍摄的航迹与姿态，从而为贴近摄影测量有力补充了交向摄影和俯仰摄影的影像数据，增加了影像的交会角，进而保证精细重建结果的精度和完整性。本发明的算法规划精度高，计算速度快，自动化程度高。

发明内容

本发明主要解决“贴近摄影测量”只有正对拍摄情况下立体像对间交会角不够大、摄影测量成果精度不够高的问题。本发明提出了一种多角度贴近摄影航迹与姿态规范方法，实现贴近摄影测量的五视“倾斜”摄影，从而提高拍摄影像立体像对间交会角，保证精细重建结果的精度和完整性，同时这种算法为全自动，处理效率高。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决：一种多角度贴近摄影航迹与姿态规划方法，包括以下步骤：

步骤1，获取测区范围内所有目标的低分辨率无人机影像；