1.本发明涉及影像技术领域，具体为无人机摄影图像拼接方法。
背景技术：
2.受固定翼无人机的飞行高度以及其所携带相机的视角限制，无人机遥感图像单张的覆盖区域较小，对目标区域的观测图像数目过多，图像与图像之间重叠较大。为了进一步扩大视野范围，给观测人员提供视角宽广、内容丰富、真实客观的清晰图像，需要采取图像拼接技术，将多幅图像进行拼接处理以得到一幅视角宽广的全景图像。解决基于传统图像拼接方法对低空航拍图像拼接时，出现局部扭曲、重影等问题，且得到的全景图存在非正射的对象,提高勘察设计的精确性和勘察效率。
3.通过正射影像分析，并结合现场对纳污坑塘各区域实际水质进行检测，对整个纳污坑塘施工区域按照水质状况进行了划分，将纳污坑塘水域分为严重污染区域、中度污染区域和轻度污染区域。通过对纳污坑塘水域鉴别划分，对每个区域提出了单独的工程措施，做到了“精确投放、定向治理”。
4.正射影像可以从整体上了解纳污坑塘区域现状情况，但是此方法主要适应于大尺度范围，不宜用于微观环境状况调查，需要结合沉浸式环境信息可视化技术，才能实现环境信息三维立体展示、分辨率高、真实感强、交互性好，为此我们提出了无人机摄影图像拼接方法。
技术实现要素：
5.(一)解决的技术问题
6.针对现有技术的不足，本发明提供了无人机摄影图像拼接方法。
7.(二)技术方案
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：无人机摄影图像拼接方法，包括以下步骤：
9.第一步：进行图像素材获取，采用图像采集设备快速获取空中、地面等复杂场景的高分辨率图像素材，合影图像素材获取有无人机航拍与全景云台结合单反相机地拍两种两种方式；
10.第二步：环境信息获取，图像素材主要包括可直观观测的环境信息，如项目周边居民现状，污染水体大小，污染水体透明度，排污口分布，环境敏感目标分布；
11.第三步：图像投影与拼接，图像投影是指把实景图像投影到一个统一的圆柱或才球体表面的过程，由于相邻局部实景图像是在无人机或相机转过了一定的角度，在不同的视角上拍摄得到的，因此它们的投影平面存在一定的夹角，如果对局部图像直接进行无缝拼接，将会破坏实际场景中视觉的一致性，比如把曲线变成了直线，为了维持实际场景中的空间约束关系，使实景图像具有统一的空间坐标，必须把拍照得到的实景图像投影到某一曲面上，图像信息以曲面的形式保存在计算机上，投影完成后，去掉了旋转关系，保留了平
移关系，为图像的拼接做好准备，比较常见的图像投影方式有：球面投影、柱面投影和立方体投影。
12.图像拼接是指两幅不同视角方向具有一定重叠部分的图像合成一幅图像的过程，图像拼接是沉浸式环境信息可视化技术制作全景图像过程中的关键环节，图像拼接技术可以解决由于相机等成像仪器的视角大小的限制，不可能一次拍出很大图片而产生的问题，它利用计算机进行匹配，合成一幅2:1 宽角度全景二维平面图，图像拼接的关键是精确找出相邻两张图像中重叠部分的位置，然后确定两张图像之问的位置变换关系，最后进行拼接和边缘融合。由于相机受环境和硬件等条件影响，得到的图像往往存在平移旋转缩放、透视形变、色差、扭曲等差别，这些差别大大增加了图像拼接的难度和复杂度。
13.第四步：反投影及添加交互式热点信息，经过图像拼接之后形成一幅2:1 比例的全景平面图，要从平面图像重新构造出视点空间每一个视线方向所对应的三维全景视图，必须对经过正投影处理过的全景平面图进行反投影，并在形成的三维全景视图中对应位置添加图片信息、文字介绍、图文信息、语音信息、超链接等交互式热点信息，丰富全景视图内容，增强交互性。
14.优选的，无人机航拍获取素材包括以下步骤：
15.1)人机飞行，选择合理的高度悬停，无人机的高度需要结合所展示对象的性质来确定，高度范围控制在50—120米；
16.2)操作无人机进行全景拍摄，选择合理的起始参照目标，选择合理的云台仰角，即水平方向，然后操作无人机进行第一圈拍摄，即360度旋转拍摄，拍摄照片为八张，相邻的两组照片横向有40％重叠，将无人机云台仰角向下调，根据视野大小控制云台仰角，保证上个视角与下个视角重叠40％，进行第二个仰角环拍，同理往复，直到所画面全部拍摄完毕，最后进行垂直向下拍摄完成拍照工作。
17.优选的，地拍获取素材包括以下步骤：
18.1)选取合理拍摄点，固定三脚架、全景平台和单反相机，并调节相机节点，确保所有照片都处于同一水平面上，避免图像之间产生神头，且方便后期图像拼接，需固定三脚架保持相机稳定，并调节相机节点使其与全景平台的旋转轴重合，保证相机在旋转拍摄过程中其拍摄节点在三维空间中的一个固定位置。
19.2)选择合适的相机参数旋转拍摄图像，根据拍摄场景需求，选择不同相机焦距，完成视野范围内图像采集工作。
20.优选的，图像拼接包括以下步骤：
21.1)将两个图像的重叠区域合成一张图像，利用fc算法区分正确、错误匹配点，用于之后的网格筛选，然后排除低物区的干扰，排除接近底面目标物消失的干扰，以网格为单位进行区域生长，获取完整的大视差区域；
22.2)进行低物地区拼接，大视差区域筛选；
23.3)对大视差区域进行修补；
24.4)最终得到拼接图。
25.(三)有益效果
26.与现有技术相比，本发明提供了无人机摄影图像拼接方法，具备以下有益效果：
27.1、该无人机摄影图像拼接方法，本技术采用大视差补全法结合沉浸式环境信息可
视化技术更好的解决纳污坑塘环境信息。沉浸式环境信息可视化技术是基于图像的渲染技术，在空间一点连续采集视野范围上的图像，经过处理形成该视点的无缝隙全景图像，然后利用全景展示平台在计算机上模拟从视点任意角度观察的三维虚拟场景，并将工程项目范围内的相关环境信息以交互式图文热点的方式展现在合景视图中，实现环境信息三维可视化。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.无人机摄影图像拼接方法，包括以下步骤：
30.第一步：进行图像素材获取，采用图像采集设备快速获取空中、地面等复杂场景的高分辨率图像素材，合影图像素材获取有无人机航拍与全景云台结合单反相机地拍两种两种方式。
31.无人机航拍获取素材包括以下步骤：
32.1)人机飞行，选择合理的高度悬停，无人机的高度需要结合所展示对象的性质来确定，高度范围控制在50—120米；
33.2)操作无人机进行全景拍摄，选择合理的起始参照目标，选择合理的云台仰角，即水平方向，然后操作无人机进行第一圈拍摄，即360度旋转拍摄，拍摄照片为八张，相邻的两组照片横向有40％重叠，将无人机云台仰角向下调，根据视野大小控制云台仰角，保证上个视角与下个视角重叠40％，进行第二个仰角环拍，同理往复，直到所画面全部拍摄完毕，最后进行垂直向下拍摄完成拍照工作。
34.地拍获取素材包括以下步骤：
35.1)选取合理拍摄点，固定三脚架、全景平台和单反相机，并调节相机节点，确保所有照片都处于同一水平面上，避免图像之间产生神头，且方便后期图像拼接，需固定三脚架保持相机稳定，并调节相机节点使其与全景平台的旋转轴重合，保证相机在旋转拍摄过程中其拍摄节点在三维空间中的一个固定位置。
36.2)选择合适的相机参数旋转拍摄图像。根据拍摄场景需求，选择不同相机焦距，完成视野范围内图像采集工作。
37.第二步：环境信息获取，图像素材主要包括可直观观测的环境信息，如项目周边居民现状，污染水体大小，污染水体透明度，排污口分布，环境敏感目标分布；
38.第三步：图像投影与拼接，图像投影是指把实景图像投影到一个统一的圆柱或才球体表面的过程，由于相邻局部实景图像是在无人机或相机转过了一定的角度，在不同的视角上拍摄得到的，因此它们的投影平面存在一定的夹角，如果对局部图像直接进行无缝拼接，将会破坏实际场景中视觉的一致性，比如把曲线变成了直线，为了维持实际场景中的空间约束关系，使实景图像具有统一的空间坐标，必须把拍照得到的实景图像投影到某一曲面上，图像信息以曲面的形式保存在计算机上，投影完成后，去掉了旋转关系，保留了平移关系，为图像的拼接做好准备，比较常见的图像投影方式有：球面投影、柱面投影和立方
体投影。
39.图像拼接是指两幅不同视角方向具有一定重叠部分的图像合成一幅图像的过程，图像拼接是沉浸式环境信息可视化技术制作全景图像过程中的关键环节，图像拼接技术可以解决由于相机等成像仪器的视角大小的限制，不可能一次拍出很大图片而产生的问题。它利用计算机进行匹配，合成一幅2:1 宽角度全景二维平面图，图像拼接的关键是精确找出相邻两张图像中重叠部分的位置，然后确定两张图像之问的位置变换关系，最后进行拼接和边缘融合。由于相机受环境和硬件等条件影响，得到的图像往往存在平移旋转缩放、透视形变、色差、扭曲等差别，这些差别大大增加了图像拼接的难度和复杂度。
40.图像拼接包括以下步骤：
41.1)将两个图像的重叠区域合成一张图像，利用fc算法区分正确、错误匹配点，用于之后的网格筛选，然后排除低物区的干扰，排除接近底面目标物消失的干扰，以网格为单位进行区域生长，获取完整的大视差区域；
42.2)进行低物地区拼接，大视差区域筛选；
43.3)对大视差区域进行修补；
44.4)最终得到拼接图。
45.第四步：反投影及添加交互式热点信息，经过图像拼接之后形成一幅2:1 比例的全景平面图，要从平面图像重新构造出视点空间每一个视线方向所对应的三维全景视图，必须对经过正投影处理过的全景平面图进行反投影，并在形成的三维全景视图中对应位置添加图片信息、文字介绍、图文信息、语音信息、超链接等交互式热点信息，丰富全景视图内容，增强交互性。
46.采用大视差补全法(large-parallaxpatch):首先利用特征点匹配筛选出大视差区域，然后将大视差区域以外的区域统一作为低地物区进行拼接，同时从大视差区域序列图像中筛选出正射效果最佳的图像，将其修补到低地物区拼接结果图中，最终得到类似正射影像的全景图。与pix4d生成的正射影像相比，该方法拼接后的图像质量更好、耗时更低；与apap算法相比，该方法速度更快，提取的大视差区域的正射效果更好，明显减轻了高建筑对周围地物的遮挡问题；与ptgui生成的全景拼接图相比，该方法提取的大视差区域无重影和错切，拼接图效果更佳。
47.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。