[發(fā)明專利]一種用于無人機視覺定位的自適應衛(wèi)星圖像生成方法

有效

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• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114201633B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 徐宇;夏炎杰;陳姝婷;王逸濤;李嘉坤;周永飛
• 申請（專利權）人: 四川騰盾科技有限公司
• 主分類號: G06F16/56
• 分類號: G06F16/56;G06F16/587;G01C11/08;G01C21/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權代理有限公司 51214
• 代理人: 王會改

本發(fā)明公開了一種用于無人機視覺定位的自適應衛(wèi)星圖像生成方法，其包括：根據(jù)無人機的當前位置估計，計算出無人機當前實拍圖像的中心點所處的衛(wèi)星地圖中的瓦片索引號；根據(jù)當前實拍圖像和衛(wèi)星地圖中像素的經(jīng)緯度跨度，計算實拍圖像相對于衛(wèi)星地圖瓦片的尺度倍率；根據(jù)瓦片索引號、尺度倍率、當前實拍圖像的視場，計算得到當前實拍圖像對應區(qū)域中包含的全部衛(wèi)星地圖瓦片；將全部衛(wèi)星地圖瓦片進行拼接、截取、放縮，生成自適應衛(wèi)星圖像。本發(fā)明能夠實時在線生成衛(wèi)星圖像，且生成的衛(wèi)星圖像在視場、角度、尺度、大小等方面與實拍圖像具有較高的一致性，能夠為無人機的全局視覺定位算法提供有力的支持。

技術領域

本發(fā)明涉及遙感圖像技術領域，特別是一種用于無人機視覺定位的自適應衛(wèi)星圖像生成方法。

背景技術

近年來，隨著無人機相關產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各種類型的無人機開始廣泛運用于航拍、遙測、偵察、精準打擊等民用或軍事領域。在正常情況下，無人機依靠GPS信號進行自身定位，但是無人機在任務過程中往往會遇到GPS信號暫時不可用的情況，比如無人機所在區(qū)域GPS信號較差或GPS信號受干擾，在這種情形下，基于光學圖像匹配的視覺定位方法能夠接替GPS為無人機持續(xù)提供定位信息。

目前主流的視覺定位方法如ORB SLAM、VINS MONO等都基于視覺里程計（VisualOdometry,VO）或視覺慣性融合里程計（Visual Inertial Odometry，VIO）。從實現(xiàn)原理上來看，無論是VO還是VIO都是通過無人機在飛行過程中拍攝的實時圖像兩兩匹配來計算無人機的相對位姿變化，但是無法計算出無人機在空間中的絕對位置，在長時間的運行后會產(chǎn)生較大的累積誤差，因此無法應用于長航時的無人機平臺。

為了能在無人機飛行任務中實時估計無人機的絕對位置，需要將無人機拍攝的實時圖像與已知絕對位置的參考圖像進行在線匹配，并且根據(jù)匹配結果計算出無人機實拍圖像相對于衛(wèi)星圖像的偏移量，從而求解出無人機在慣性空間下的絕對位置估計。

考慮到衛(wèi)星圖像本身具有絕對位置信息，又能比較好地反映現(xiàn)實景物特征，是目前能夠獲取到的最理想的參考圖像。

使用衛(wèi)星圖像參與視覺定位過程中的圖像匹配需要解決兩方面問題：

1.衛(wèi)星圖像的實時在線生成。目前的視覺定位研究中，衛(wèi)星圖像的生成往往是依賴人工離線進行地圖截取，這種方法制備的離線地圖庫難以適應任務過程中遇到的變化（如無人機航跡變更或航跡偏移）。

2.衛(wèi)星圖像與無人機實拍圖像在尺度等方面的差異。圖像特征匹配是視覺定位過程中的關鍵一環(huán)，特征匹配的優(yōu)劣對定位精度有極大的影響。原始的衛(wèi)星圖像在角度、視場、尺度、大小等方面與無人機的實拍圖像往往都存在著較大的差異，在進行圖像特征匹配時往往不能獲得理想的匹配結果。

發(fā)明內容

鑒于此，本發(fā)明提供一種用于無人機視覺定位的自適應衛(wèi)星圖像生成方法，能夠實時在線生成衛(wèi)星圖像，且生成的衛(wèi)星圖像在視場、角度、尺度、大小等方面與實拍圖像具有較高的一致性，能夠為無人機的全局視覺定位算法提供有力的支持。

本發(fā)明公開了一種用于無人機視覺定位的自適應衛(wèi)星圖像生成方法，包括：

根據(jù)無人機的當前位置估計，計算出無人機當前實拍圖像的中心點所處的衛(wèi)星地圖中的瓦片索引號；

根據(jù)當前實拍圖像和衛(wèi)星地圖中像素的經(jīng)緯度跨度，計算實拍圖像相對于衛(wèi)星地圖瓦片的尺度倍率；

根據(jù)瓦片索引號、尺度倍率、當前實拍圖像的視場，計算得到當前實拍圖像對應區(qū)域中包含的全部衛(wèi)星地圖瓦片；

將全部衛(wèi)星地圖瓦片進行拼接、截取、放縮，生成自適應衛(wèi)星圖像。

優(yōu)選地，所述根據(jù)無人機的當前位置估計，計算出無人機當前實拍圖像的中心點所處的衛(wèi)星地圖中的瓦片索引號，包括：