[發明專利]一種基于多旋翼飛行器測量農田邊界與內部障礙的方法

有效

• 申請號: 201711205531.4
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108007437B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 全權;傅嘉寧
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明涉及一種基于多旋翼飛行器的視覺測量農田邊界與內部障礙的方法，包括如下步驟：步驟1：對多旋翼飛行器下視攝像頭進行標定。步驟2：使用多旋翼飛行器對農田進行視覺測量；步驟3：利用采集的數據求解農田位置；其中，步驟3還包括：3.1、求解特征點位置初值；3.2、求解每幀圖像偏航角初值；3.3、求解特征點位置；3.4、求解障礙區域位置。本發明解決了人工測量不便、費時費力的問題，并可以直接求出位置數據以便其他自動設備對農田進行機械化、自動化的植保、施肥和播種等作業。

技術領域

本發明涉及一種基于多旋翼飛行器的視覺測量農田邊界與內部障礙的方法，該發明屬于測量領域。

背景技術

在現代化農業中，農田位置與邊界的測繪有著很多的應用。比如在自動化、智能化的農業運用中，飛機播種、噴藥均需要知道農田位置的邊界、內部的障礙物等信息。而人工測量費時費力、甚至工作環境對測量者可能造成傷害。所以，快速、自動地測量出農田位置的邊界是十分重要和有意義的。

多旋翼的視覺測量可以測量出農田某點相對飛機的位置信息，結合多旋翼上GPS測量的位置信息，可以實現對農田邊界與內部障礙的測量。

發明內容

本發明給出了一種基于飛行器的自身傳感器結合機載視覺針對農田的位置測量方法。它解決了農田測量的智能化和自動化的問題，節省人力。

本發明認定農田為多邊形，且處于同一高度，在利用視覺測量過程中，應保證多旋翼穩定懸停時拍照，通過拍攝的農田圖片和拍攝時刻的飛機自身傳感器的測量數據，測量農田邊角點和內部障礙物(如電線桿、建筑物)的位置。在找到其邊角點之后，即可通過聯線得到整體農田的邊界。

由于在實際測量情況中，多旋翼飛行器遇到高壓電線、通訊信號塔等產生強磁場干擾的情況時有存在，進而會導致機體傳感器測量的機體偏航角測量不準，故本發明中認為機體傳感器測量的機體偏航角不可用。本發明中會采用多旋翼飛行器測量的機體位置數據、高度數據、機體俯仰角和滾轉角數據。

本發明中采用的視覺測量過程如下所示：

如圖1所示，多旋翼上攝像頭為下視攝像頭，其初始起飛位置為A點，起飛后對農田進行拍攝，其所在位置分別為B、C、D點。農田的角落為H、J、K、L點。令A點為世界坐標系原點，坐標系方向按照北-東-地原則。

如圖2所示，在拍攝的圖片中，農田角落H、J、K、L點的像素坐標分別為(u_H,v_H),(u_J,v_J),(u_K,v_K),(u_L,v_L)，對應的世界坐標系坐標分別為(X_H,Y_H,Z_H),(X_J,Y_J,Z_J),(X_K,Y_K,Z_K),(X_L,Y_L,Z_L)。根據單目視覺原理，對任一點如地面H點，在飛機當前相機位置當前點拍攝照片有

其中為相機成像的尺度因子，M表示相機的參數矩陣，而