[發明專利]一種基于多視幾何和光束法平差的無人機定位系統及方法

有效

• 申請號: 201611237583.5
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN107067437B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 陳建國;孫浩惠;吳國強;李曉明;尹中義
• 申請（專利權）人: 中國航天電子技術研究院
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G01C11/04
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明屬于航空攝影測量領域，具體涉及一種基于多視幾何和光束法平差的無人機定位系統及方法。相片選取模塊選取兩張相片進行特征提取與匹配；根據匹配的特征點計算兩個攝像機的相對旋轉與平移；根據特征點匹配數量以及兩攝像機的基線距離來判斷是否將該圖像對加入目標定位計算模塊。采用多視幾何的算法進行攝像機相對外參與特征點三維坐標的計算，計算結果作為非線性平差系統的初始值進行平差，得到平差之后的相對攝像機外參與特征點三維坐標。根據相片實測的gps坐標，計算相對坐標系與經緯度坐標系的旋轉平移矩陣。最終得到攝像機絕對坐標系下的外參與特征點的經緯度。根據距離目標點最近的4個特征點經緯度，經過差值，得到目標點經緯度。

技術領域

本發明主要屬于航空攝影測量領域，具體涉及一種基于多視幾何和光束法平差的無人機定位系統及方法。

背景技術

目前對于無人機目標定位主要通過前方交匯算法計算初始值，采用非線性平差算法來得到高精度目標位置。前方交匯算法是一種通過在連續圖像序列上跟蹤目標，并根據傳感器提供的攝像機外參來計算目標三維坐標的算法；非線性平差算法是一種對空中三角測量中各個系統誤差進行平均和消除從而得到更精確測量結果的算法。整個目標定位系統由前方交匯初始值計算、誤差方程最優解求解以及迭代優化三個模塊組成。誤差方程最優解計算模塊根據多視幾何估算出來的飛機姿態角、載荷姿態角中的誤差源設計模型，使得誤差模型的誤差值最小的誤差值就是求取的系統誤差。消除系統誤差之后可以計算出更精確的目標坐標。迭代優化模塊不斷加入新的數據參與平差，得到全局最優的系統誤差，使得目標精度得到進一步的提升。

常規目標定位算法非常依賴傳感器的精度。傳感器精度會直接影響初始值的精度，進而影響光束法平差的迭代次數以及最終的定位結果。隨著無人機可見光載荷分辨率越來越高，圖像質量越來越清晰。可以充分利用視覺信息，不使用傳感器測姿進行初始值計算。這樣可以有效減少誤差來源，從而增加對誤差的可控性。但將視覺信息運用到初始值計算需要進一步解決以下問題：(1)如何僅使用圖像序列得 到無人機內外參數以及目標點坐標初始值；(2)如何實現快速目標定位；(3)如何剔除誤差較大數據，從而增加算法的抗干擾能力等問題。

發明內容

基于上述問題，本發明提供了一種基于多視幾何和光束法平差的無人機定位系統及方法，通過計算機視覺中多視幾何和攝影測量中光束法平差相結合的方法實現的無人機高精度連續幀定位。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于多視幾何和光束法平差的無人機定位系統，所述定位系統包括圖像選取模塊、多視幾何模塊、非線性平差模塊、全局變換矩陣計算模塊；

所述圖像選取模塊選取多相機系統拍攝的圖像中符合要求的圖像送入所述多視幾何模塊；

所述多視幾何模塊計算多相機系統中攝像機的相對外參與特征點三維坐標；

所述非線性平差模塊以多視幾何模塊計算的結果作為初始值進行平差計算得到平差之后的相對攝像機外參與特征點三維坐標；

所述全局變換矩陣計算模塊，根據每個圖像實測的gps坐標，計算相對坐標系與經緯度坐標系的旋轉平移矩陣，最終得到攝像機絕對坐標系下的外參與特征點的經緯度，根據距離目標點最近的4個特征點經緯度，經過差值，得到目標點經緯度。

一種基于多視幾何和光束法平差的無人機定位方法，所述方法包括以下步驟，

圖像選取：選取多相機系統拍攝的圖像中符合要求的圖像；

多視幾何計算：計算多相機系統中攝像機的相對外參與特征點三維坐標；

平差計算：以多視幾何計算的結果作為初始值進行平差計算得到平差之后的相對攝像機外參與特征點三維坐標；