专利名称：无人机航空像片数字立体定位系统的制作方法
技术领域：
无人机航空像片数字立体定位系统
技术领域：
本实用新型涉及无人机信息处理和航空影像处理技术领域，更具体地说，涉及一 种无人机航空像片数字立体定位系统。
背景技术：
航空像片又称航摄像片。泛指用航空摄影装置拍摄的各类遥感像片。种类很多。 按摄影机结构和成像方式分为画幅式、全景式和连续条带式。现有的无人机航拍获取的航 空像片的处理主要是采用光学设备进行定位和判读，该仪器将现有的遥感领域中的影像处 理技术与无人机信息处理技术相结合，研制新型的影像定位设备。目前，无人机航空像片采 用解析定位仪进行定位，解析定位仪在使用过程中有如下缺点(1)操作复杂解析定位仪通过光学设备完成航空影像的模型再现，由于航空摄影测量是一整套 复杂数学理论，利用光学模拟需要很多光学机械结构进行协同操作控制，使得实际操作过 程步骤繁杂。(2)定位基准信息选取费时费力在解算所需点的选取上，解析定位仪是人工选取，需要在具有重叠度的航空像片 上至少寻找17对同名点，由于光学物镜视野的限制，往往选点时间需要30分钟左右，而且 不容易寻找。(3)缺少解算粗差检测在航空摄影模型恢复过程中需要诸多的解算过程，解析定位仪中解算粗差依靠操 作人员的分析与判断，没有对选取的点进行检测的机制，也没有对每个解算过程进行粗差 检测，而基准点选取的精度和正误直接决定解算的精度和正误，从而最终影响定位精度。(4)缺少信息存储功能解析定位仪对每一个航空像对操作完毕后，没有信息存储功能，若需要再次对其 进行定位操作时，需要重新再次进行完全一致的解算操作，无法实现对已经处理过像对的 快速定位处理。(5)缺少对航带像片的处理功能解析定位仪一次只能实现对两张像片的目标定位处理，无法实现对一条航带多张 像片的目标定位处理，大大限制了航片的实际使用。(6)光学立体不容易判读和定位操作解析定位仪采取光学立体判读方式，立体构建和定位解算完全依靠人工操作，对 于操作人员具有较高的要求。

实用新型内容本实用新型针对现有解析定位仪存在的问题，提供一种使用方便、定位速度快、定 位精度高、功能完善，集数字判读与定位与一体的无人机航空像片数字立体定位系统。[0016]本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的无人机航空像片数字立体定位系统包括航空像片扫描数字化子系统、立体图像提 取与解算子系统、数字立体判读定位子系统三大部分组成a.所述航空像片扫描数字化子系统包括胶片预览模块和大幅面航片扫描仪。主要 作用是对航空像片进行半自动化扫描数字化，完成航空像片的数字影像生成，满足后期的 数字化解算与定位处理需要。数字化过程要综合考虑扫描分辨率与定位处理的精度、数据 量、点匹配所需时间等因素。b.所述立体图像提取与解算子系统包括用于对扫描得到的像片数据进行纠正、立 体图像提取、绝对定向、影像匹配、数据编辑、相机参数转化的立体解算图形工作站，对像片 错误点的自动剔除粗差检测控制器，以及用于显示数据的液晶显示屏，实现像片纠正、立体 图像提取、绝对定向、影像匹配、数据编辑、相机参数转化、外部控制等功能。像片纠正是完成航空像片的框标自动量测，依据航空相机的内方位元素鉴定值实 现像片几何变形纠正，并实现从图像坐标到像方坐标的转换；立体图像是提取利用影像匹 配获取到的大量相邻影像的重叠点，实现重叠像片相对位置关系的解算；采用四级粗差自 动检测机制实现对错误点的自动剔除，进行解算修正以得到解算精确值；绝对定向是分别 依据建立的三维绝对定向数学模型、二维绝对定向数学模型实现三维或二维绝对立体定向 解算。c.所述数字立体判读定位子系统包括立体定位图形工作站、红外通信模块、数据 打印机、手柄、立体控制器、立体眼镜。数字立体显示主要完成航空像片的立体显示功能；影像匹配运用影像匹配技术实 现目标定位点的全自动匹配；立体影像校正解决在立体显示过程中由于左右视差过大造成 的影像模糊问题。本实用新型的原理是本实用新型提出并建立了解算质量控制的粗差检测模型， 并设计了可靠性高、匹配速度快的影像匹配算法，定位精度由传统的模拟解析定位的20米 提高到10米；立体判读立体定位效果好，数字化影像立体判读和立体定位方法消除了立体 影像的上下视差，大大降低了因立体定位所造成的视觉疲劳，传统的解析定位采取模拟光 学立体判读方式，且存在上下视差，容易造成视觉疲劳。本实用新型的优点在于1.操作简单，只需很少的人工干预即可实现定位解算， 克服传统光学定位处理需要大量人工复杂操作的缺点；2.数字立体定位处理速度快，处理主要以自动解算和控制为主，大大缩短了定位 处理周期，处理时间仅为解析定位的1/10 ；3.数字立体定位精度高，提出并建立了解算质量控制的粗差检测模型，并设计了可 靠性高、匹配速度快的影像匹配算法，定位精度由传统的模拟解析定位的20米提高到10米；4.数字立体判读定位效果好，数字化影像立体判读和立体定位方法消除了立体影 像的上下视差，大大降低了因立体定位所造成的视觉疲劳，传统的解析定位采取模拟光学 立体判读方式，且存在上下视差，容易造成视觉疲劳。

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。[0029]图1为本实用新型的系统组成图，图2为本实用新型的操作流程图。
具体实施方式参见图1，无人机航空像片数字立体定位系统包括航空像片扫描数字化子系统、立 体图像提取与解算子系统、数字立体判读定位子系统三大部分组成。所述航空像片扫描数字化子系统包括胶片预览模块和大幅面航片扫描仪。主要作 用是对航空像片进行半自动化扫描数字化，完成航空像片的数字影像生成，满足后期的数 字化解算与定位处理需要。数字化过程要综合考虑扫描分辨率与定位处理的精度、数据量、 点匹配所需时间等因素。所述立体图像提取与解算子系统包括用于对扫描得到的像片数据进行纠正、立体 图像提取、绝对定向、影像匹配、数据编辑、相机参数转化的立体解算图形工作站，对像片错 误点的自动剔除粗差检测控制器，以及用于显示数据的液晶显示屏，实现像片纠正、立体图 像提取、绝对定向、影像匹配、数据编辑、相机参数转化、外部控制等功能。像片纠正是完成航空像片的框标自动量测，依据航空相机的内方位元素鉴定值实 现像片几何变形纠正，并实现从图像坐标到像方坐标的转换；立体图像是提取利用影像匹 配获取到的大量相邻影像的重叠点，实现重叠像片相对位置关系的解算；采用四级粗差自 动检测机制实现对错误点的自动剔除，进行解算修正以得到解算精确值；绝对定向是分别 依据建立的三维绝对定向数学模型、二维绝对定向数学模型实现三维或二维绝对立体定向 解算。所述数字立体判读定位子系统包括立体定位图形工作站、红外通信模块、数据打 印机、手柄、立体控制器、立体眼镜。数字立体显示主要完成航空像片的立体显示功能；影像匹配运用影像匹配技术实 现目标定位点的全自动匹配；立体影像校正解决在立体显示过程中由于左右视差过大造成
的影像模糊问题。[0037]本实用新型的主要指标如下[0038]1.立体图像提取速度(4分钟(单像对)[0039]2.像片纠正精度< 0. 05mm[0040]3.相对位置关系解算精度< 0. 02mm[0041]4.绝对定向精度< 5. Om[0042]5.目标立体定位精度< 10米(均方差)[0043]6.处理航片像幅标准 180mmX 180mm、标准 230mmX 230mm[0044]7.立体显示放大倍率2-10 倍[0045]8.量测范围180mmX180mm、230mmX230mm[0046]9.点匹配正确概率> 96%[0047]参见附图2，本实用新型简要操作过程如下[0048]1.航空像片扫描数字化[0049]使用胶片扫描仪和预览设备对航空像片进行半自动化扫描数字化。[0050]2.立体图像提取与解算[0051]首先进行像片纠正，完成几何变形改正和图像坐标到像方坐标的转换；其次，通过 影像匹配实现左右影像同名点的自动识别；再次，像片重叠区相对位置关系解算；最后，在 进行粗差检测的基础上，生成航空像片的数字立体像对数据，并通过绝对定向解算，实现立 体模型坐标到大地坐标的转换，完成立体影像数据合成。3.数字立体判读定位在数字立体判读定位子系统中操作定向好的立体影像，对指定目标进行立体匹 配，实现指定目标坐标的自动解算。与现有定位技术相比，本实用新型具有以下特点(1)复杂操作简单化仪器采用图形工作站实现无人机航拍影像模型的解算、恢复，操作人员只需很少 的干预即可完成目标定位工作，方便使用。(2)基准选取智能化仪器运用先进的数字影像匹配技术实现对定位基准点的自动选取，并对匹配点的 正确性进行判断与分析，智能化程度高。(3)目标定位准确化仪器在相对位置关系解算过程中，采用了几千个点进行综合解算(解析定位仪采 用6个或9个点)，并建立了 4级粗差自动检测机制和误差检测机制，提高了解算过程的准 确性和可靠性，提高了目标定位精度。(4)目标定位快速化仪器采用自动化技术，目标定位解算快速，解算操作时间3 6分钟，定位则可在 1 2秒内瞬间完成，处理时间仅相当于解析定位仪的1/10。(5)立体判读数字化仪器在立体判读方面综合运用了基于立体视觉原理和立体显示技术，实现了航空 像片的数字化立体显示，不需要任何操作经验即可轻松地进行立体判读。(6)信息使用重复化仪器采取工作区方式存储处理过的航空像片，定位解算完成后，解算信息会自动 存储在相应链接位置，需要再次对航片定位处理时，可迅速完成对该航片解算信息的自动 快速调用，使定位解算成果可重复使用。(7)软硬件技术一体化仪器针对大计算量的特点，对计算负荷进行了合理的安排，影像匹配等计算由图 形工作站承担，外部逻辑控制计算由微处理器单元承担，整个系统通信采用高效稳定的USB 接口通信技术和网络通信技术，实现了快速处理。(8)操作界面人性化仪器软件采用Windows操作平台，结合可视化程序设计，使得操作界面人性化，克 服解析定位DOS操作平台操作界面枯燥，操作人员容易疲劳的缺点。(9)目标定位数字立体化仪器从航片的数字化、数字影像匹配到数字立体定位始终贯穿着数字化处理主 线，从本质上克服了传统模拟光学处理的不足之处。
权利要求无人机航空像片数字立体定位系统，其特征在于该定位系统包括航空像片扫描数字化子系统、立体图像提取与解算子系统、数字立体判读定位子系统三大部分a.所述航空像片扫描数字化子系统包括胶片预览模块和大幅面航片扫描仪；b.所述立体图像提取与解算子系统包括用于对扫描得到的像片数据进行纠正、立体图像提取、绝对定向、影像匹配、数据编辑、相机参数转化的立体解算图形工作站，对像片错误点的自动剔除粗差检测控制器，以及用于显示数据的液晶显示屏；c.所述数字立体判读定位子系统包括立体定位图形工作站、红外通信模块、数据打印机、手柄、立体控制器、立体眼镜。
专利摘要本实用新型涉及无人机信息处理和航空影像处理技术领域，更具体地说，涉及一种无人机航空像片数字立体定位系统，该定位系统包括航空像片扫描数字化子系统、立体图像提取与解算子系统、数字立体判读定位子系统三大部分。本实用新型提出并建立了解算质量控制的粗差检测模型，并设计了可靠性高、匹配速度快的影像匹配算法，定位精度由传统的模拟解析定位的20米提高到10米；立体判读立体定位效果好，数字化影像立体判读和立体定位方法消除了立体影像的上下视差，大大降低了因立体定位所造成的视觉疲劳，传统的解析定位采取模拟光学立体判读方式，且存在上下视差，容易造成视觉疲劳。
文档编号G01C11/00GK201672916SQ20102021038
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者杨书成, 杨鹭怡, 段连飞, 王占操, 王晶 申请人:段连飞