一种基于卫星影像的无人机影像快速概略拼接方法

摘要

本发明的一种基于卫星影像的无人机影像快速概略拼接方法：使用无人机机载数码相机对地面进行近似垂直摄影，计算得到无人机影像的航摄区域的地面分辨率；对无人机影像进行降采样，使其与卫星影像具有近似的地面分辨率；对无人机和卫星影像进行双边滤波，以去除弱特征点；用降尺度空间SURF算法对无人机和卫星影像进行特征点提取；用欧氏距离进行特征点的匹配，并用模板匹配辅助优选一对正确的匹配点；利用匹配点的尺度和方向信息构建相似变换矩阵，以确定无人机影像在卫星影像中的概略位置；将多幅无人机影像配准到卫星影像中，得到无人机影像间的方位信息，完成无人机影像概略拼接。本发明无需连续的无人机影像，其计算效率高、速度快、适用广。

主权项

一种基于卫星影像的无人机影像快速概略拼接方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、使用无人机机载数码相机对地面进行近似垂直摄影，获取航摄区域的地面场景的无人机影像；通过网络获取航摄区域的卫星影像，用作无人机影像概略拼接的底图；通过获取所述相机像元尺寸、镜头焦距以及飞行航高信息，计算得到无人机影像的航摄区域的地面分辨率；步骤2、影像预处理，包括影像降采样和双边滤波：用卫星影像地面分辨率与无人机影像地面分辨率的比值，作为无人机影像的降采样比例，对无人机影像进行降采样，使其与卫星影像具有近似相同的地面分辨率；并且，用滤波器对无人机影像和卫星影像进行双边滤波；步骤3、利用降尺度空间的SURF算法对无人机影像和卫星影像进行特征点的提取：由于无人机影像和卫星影像具有近似相同的地面分辨率，所以仅需选用少量滤波器模板参与特征点提取的计算；步骤4、进行欧氏距离匹配，并用模板匹配辅助优选匹配点：利用欧氏距离对无人机影像和卫星影像的两幅图像中的特征点进行匹配，利用特征点主方向对卫星影像进行旋转，消除影像间的旋角；然后在此基础上，利用基于标准平方差的模板匹配方法加以辅助，剔除误差较大的匹配点，计算得到一对最优匹配特征点；步骤5、在所述的SURF算法中，提取的特征点具有坐标、尺度和方向等信息，利用所述的一对最优匹配特征点的像片坐标、尺度和方向信息，构建相似变换矩阵R，其矩阵计算公式如下：$R=\left[\begin{array}{ccc}s·cos\theta & -s·sin\theta & d_x\\ s·sin\theta & s·\cos \theta & d_y\end{array}\right]$其中，s表示两特征点尺度比值，θ表示两特征点主方向之间旋角，d_x和d_y分别表示两特征点在x方向和y方向的像片坐标之间的差；以无人机影像的左上角为坐标原点，计算出该影像的四个顶点坐标，通过相似变换矩阵求得所述四个顶点坐标在卫星影像中的坐标(x′,y′)，得到无人机影像的概略位置：$\left(\begin{array}{c}{x}^{\prime }\\ y^{\prime }\end{array}\right)=R·\left(\begin{array}{c}x\\ y\end{array}\right)$其中，R为相似变换矩阵，(x,y)为无人机影像中的四个顶点坐标；步骤6、将航摄区域内的所有无人机影像对卫星影像进行配准，即可得到无人机影像之间的方位信息，从而完成无人机影像的概略拼接。