直接地理定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及摄影测量与遥感技术领域，提供一种直接地理定位方法及装置，所述方法包括：获取待处理图像，待处理图像由载体上的摄像机拍摄得到；获得像空间坐标系到摄影测量坐标系的像空间‑摄影测量旋转矩阵；预定义像空间辅助坐标系，使像空间‑摄影测量旋转矩阵和包含外方位角元素的像空间‑像辅助旋转矩阵满足等价关系，并计算出待处理图像的外方位角元素；依据外方位角元素、待处理图像的外方位线元素、以及预设的内方位元素，将待处理图像中的目标像点转换到摄影测量坐标系，得到目标像点的第一地理位置。与现有技术相比，本发明专利技术提供的直接地理定位方法及装置能够实现具备高精度实时地理定位功能的遥感系统。

Direct Geographic Location Method and Device

【技术实现步骤摘要】
直接地理定位方法及装置
本专利技术涉及摄影测量与遥感
，具体而言，涉及一种直接地理定位方法及装置。
技术介绍
直接地理定位(DirectGeo-referencing)技术，就是利用移动载体或任务载荷搭载的卫星-惯导组合定位系统(GPSandINSIntegratedPositioningSystem)，在作业过程中直接对像片或摄影目标进行直接地理定位。现有技术中，对像片的直接地理定位的精度不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直接地理定位方法及装置，以改善上述现有技术中对像片的直接地理定位精度不高的问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种直接地理定位方法，所述方法包括：获取待处理图像，所述待处理图像由载体上的摄像机拍摄得到；获得像空间坐标系到摄影测量坐标系的像空间-摄影测量旋转矩阵；预定义像空间辅助坐标系，使所述像空间-摄影测量旋转矩阵和包含外方位角元素的像空间-像辅助旋转矩阵满足等价关系，并计算出所述待处理图像的外方位角元素，其中，所述像空间-像辅助旋转矩阵表征所述像空间坐标系到所述像空间辅助坐标系的旋转变换关系；依据所述外方位角元素、所述待处理图像的外方位线元素、以及预设的内方位元素，将所述待处理图像中的目标像点转换到所述摄影测量坐标系，得到所述目标像点的第一地理位置。第二方面，本专利技术实施例提供了一种直接地理定位装置，所述装置包括：获取模块，用于获取待处理图像，所述待处理图像由载体上的摄像机拍摄得到；处理模块，用于获得像空间坐标系到摄影测量坐标系的像空间-摄影测量旋转矩阵；预定义像空间辅助坐标系，使所述像空间-摄影测量旋转矩阵和包含外方位角元素的像空间-像辅助旋转矩阵满足等价关系，并计算出所述待处理图像的外方位角元素，其中，所述像空间-像辅助旋转矩阵表征所述像空间坐标系到所述像空间辅助坐标系的旋转变换关系；依据所述外方位角元素、所述待处理图像的外方位线元素、以及预设的内方位元素，将所述待处理图像中的目标像点转换到所述摄影测量坐标系，得到所述目标像点的第一地理位置。相对现有技术，本专利技术实施例具有以下有益效果：本专利技术实施例提供的一种直接地理定位方法及装置，通过使像空间-摄影测量旋转矩阵与预定义的包含外方位角元素的像空间-像辅助旋转矩阵等价，求解出待处理图像的外方位角元素，得到了外方位角元素，再依据所述外方位角元素、线元素和内方位元素，得到待处理图像中的目标像点的第一位置坐标，实现了对待处理图像的高精度的直接地理定位，进而实现具备高精度实时地理定位功能的遥感系统。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术用户员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1示出了本专利技术实施例提供的电子设备的方框示意图。图2示出了本专利技术实施例提供的直接地理定位方法的流程图。图3为图2示出了步骤S2的子步骤流程图。图4示出了本专利技术实施例提供的摄像机坐标系的示意图。图5示出了本专利技术实施例提供的像平面坐标系的示意图。图6示出了本专利技术实施例提供的直接地理定位装置的方框示意图。图标：100-电子设备；101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口；105-显示屏；200-直接地理定位装置；201-获取模块；202-处理模块。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术用户员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。近年来，随着机器人和无人机等应用的兴起，也有部分从事机器人和无人机定位导航技术研究的工程师，开始关注和研究直接地理定位技术。直接地理定位起源于航空摄影测量，目前较成熟的应用是在专业遥感软件(如Smart3D、Pix4Dmapper)中，利用它粗略计算像片的外方位元素，为后续光束法平差等处理过程提供迭代初值。在理论上，直接地理定位技术可以实时和近实时地生成地图产品；并且这是唯一可能的方式，因为它不依赖于密集的连接点匹配来估计像片的外方位元素；但受限于传感器的数据采集和处理精度，实时和近实时地生成地图产品的应用仍不成熟。目前的直接地理定位技术仍然存在以下的技术问题：第一，在机器人和无人机定位导航领域，非摄影测量与遥感专业的工程师的研究，在坐标系统定义、技术环节描述等方面，不兼容摄影测量学已有的定义、理论和方法，这给直接定位结果输出为测绘成果带来了困难。第二，在摄影测量与遥感领域，直接地理定位技术的研究对象，都是正摄的固定安装摄像机，只有位置坐标和对地姿态角共6个自由度，对于更多自由度的吊舱、电动云台或倾斜的固定云台的摄像机都是不适用的。第三，由于图像空间为二维空间，一般条件下进行视觉定位，至少需要双目视觉系统来建立立体视觉，由空间前方交会计算摄影目标的空间三维坐标，从而实现直接地理定位。然而，单目遥感系统无法适用。本专利技术所要解决的技术问题是，针对上述问题，提供一种直接地理定位方法，实现单目遥感系统的直接地理定位。本专利技术提供的直接地理定位方法和传统直接地理定位方法不同，首先，通过使像空间-摄影测量旋转矩阵与预定义的包含外方位角元素的像空间-像辅助旋转矩阵等价，求解出待处理图像的外方位角元素，得到了外方位角元素，再依据所述外方位角元素、线元素和内方位元素，得到待处理图像中的目标像点的第一位置坐标，实现了对待处理图像的高精度的直接地理定位，进而实现具备高精度实时地理定位功能的遥感系统；其次，通过增加摄像机的第一俯仰角、第一滚转角及旋偏角三个姿态角，计算摄像机坐标系到载体坐标系的摄像机-载体旋转矩阵，以对更多自由度的吊舱、电动云台或倾斜的固定云台的摄像机都可以适用；最后，通过一个摄像机拍摄得到待处理图像，并对待处理图像上的目标像点进行直接地理定位，依据像点和物点的中心投影关系、以及表面模型来得到目标物点的地理位置坐标，实现了单目遥感系统的直接地理定位。在此基础上，获得像空间坐标系到摄像机坐标系的像空间-摄像机旋转矩阵；获得所述摄像机坐标系到载体坐标系的摄像机-载体旋转矩阵；获得所述载体坐标系到局部导航坐标系的载体-局部导航旋转矩阵；获得所述局部导航坐标系到摄影测量坐标系的局部导航-摄影测量旋转矩阵；依据所述像空间-摄像机旋转矩阵、摄像机-载体旋转矩阵、载体-局部导航旋转矩阵及所述局部导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直接地理定位方法，其特征在于，所述方法包括：获取待处理图像，所述待处理图像由载体上的摄像机拍摄得到；获得像空间坐标系到摄影测量坐标系的像空间‑摄影测量旋转矩阵；预定义像空间辅助坐标系，使所述像空间‑摄影测量旋转矩阵和包含外方位角元素的像空间‑像辅助旋转矩阵满足等价关系，并计算出所述待处理图像的外方位角元素，其中，所述像空间‑像辅助旋转矩阵表征所述像空间坐标系到所述像空间辅助坐标系的旋转变换关系；依据所述外方位角元素、所述待处理图像的外方位线元素、以及预设的内方位元素，将所述待处理图像中的目标像点转换到所述摄影测量坐标系，得到所述目标像点的第一地理位置。

【技术特征摘要】
1.一种直接地理定位方法，其特征在于，所述方法包括：获取待处理图像，所述待处理图像由载体上的摄像机拍摄得到；获得像空间坐标系到摄影测量坐标系的像空间-摄影测量旋转矩阵；预定义像空间辅助坐标系，使所述像空间-摄影测量旋转矩阵和包含外方位角元素的像空间-像辅助旋转矩阵满足等价关系，并计算出所述待处理图像的外方位角元素，其中，所述像空间-像辅助旋转矩阵表征所述像空间坐标系到所述像空间辅助坐标系的旋转变换关系；依据所述外方位角元素、所述待处理图像的外方位线元素、以及预设的内方位元素，将所述待处理图像中的目标像点转换到所述摄影测量坐标系，得到所述目标像点的第一地理位置。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定义像空间辅助坐标系，使所述像空间-摄影测量旋转矩阵和包含外方位角元素的像空间-像辅助旋转矩阵满足等价关系的步骤，包括：以摄影中心为坐标原点，像空间辅助坐标系的第一坐标轴指向正东，像空间辅助坐标系的第二坐标轴指向正北，像空间辅助坐标系的第三坐标轴沿地球表面外法线方向，建立像空间辅助坐标系，其中，所述像空间辅助坐标系的第一坐标轴、第二坐标轴及所述第三坐标轴相互垂直且满足右手法则；所述像空间-摄影测量旋转矩阵和包含外方位角元素的像空间-像辅助旋转矩阵满足等价关系：其中，为所述像空间-摄影测量旋转矩阵，为所述像空间-像辅助旋转矩阵。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得像空间坐标系到摄影测量坐标系的像空间-摄影测量旋转矩阵的步骤，包括：获得像空间坐标系到摄像机坐标系的像空间-摄像机旋转矩阵；获得所述摄像机坐标系到载体坐标系的摄像机-载体旋转矩阵；获得所述载体坐标系到局部导航坐标系的载体-局部导航旋转矩阵；获得所述局部导航坐标系到摄影测量坐标系的局部导航-摄影测量旋转矩阵；依据所述像空间-摄像机旋转矩阵、摄像机-载体旋转矩阵、载体-局部导航旋转矩阵及所述局部导航-摄影测量旋转矩阵计算像空间-摄影测量旋转矩阵。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述摄像机坐标系以摄影中心为坐标原点，摄像机坐标系的第一坐标轴沿主光轴方向，摄像机坐标系的第二坐标轴平行于所述摄像机的屏幕横向坐标轴，摄像机坐标系的第三坐标轴与所述第一坐标轴、第二坐标轴相互垂直，且满足右手法则，所述像空间-摄像机旋转矩阵包括：中的一种。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获得所述摄像机坐标系到载体坐标系的摄像机-载体旋转矩阵的步骤，包括：获取所述摄像机的第一俯...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘夯，饶丹，王进，王陈，
申请(专利权)人：成都纵横大鹏无人机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51