目标定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种目标定位方法及系统，涉及目标定位技术领域。其中方法包括：利用飞行器上搭载的相机实时获取目标点位于相机的像素平面的投影点的位置坐标；实时获取飞行器的飞控数据；基于飞控数据，构建将目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的坐标系变换矩阵；基于投影点的位置坐标和坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下目标点的位置坐标。根据本发明专利技术实施例的目标定位方法，避免了在飞行器上搭载激光测距机器，降低了飞行器的负载重量和成本，提高了飞行器的目标定位方法的目标定位范围。

【技术实现步骤摘要】
目标定位方法及系统
本专利技术涉及目标定位
，具体涉及一种目标定位方法及系统。
技术介绍
目前，常用航空光电成像系统来对地面目标进行探测和跟踪。航空光电成像系统搭载于高空作业的固定翼或其他载人或无人飞行器上使用。若要实现地面目标定位，需要实时获取光电成像系统相对于飞行器的位置和姿态，以及光电成像系统相对于地面目标的距离。将飞行器机载端的GPS信息、惯导数据通过坐标系转换来完成目标定位。在整个目标定位过程中，获取飞行器与目标的距离值是关键。现有技术中，载机目标定位技术可分为有源定位技术和无源定位技术。有源定位即机载端通过发射电磁波来直接测量得到飞行器与地面目标的距离值，例如，使用激光测距传感器来测量；而无源定位是指机载端不发射对目标直接照射的电磁波，而是通过间接利用视觉相机计算得到飞行器与目标的距离值，进而使用比例定位法求解图像中心的位置。大多数的载机目标定位技术依靠如图1所示的目标定位模型来进行定位。目标A在相机坐标系下的坐标A＝(x0,y0,z0)为：其中，z0为光电吊舱距离地平面的距离，α为光电吊舱的方位角，β为光电吊舱俯仰角，R为光电成像系统到目标的距离值。有源目标定位技术依靠激光测距，快速准确，但是，搭载航空光电成像系统的高空作业的固定翼或其他载人或无人飞行器上的飞行高度单位为千米级别，需要使用大功率、高质量的激光测距机器，这增加了飞行器的负载重量，同时也增加了目标定位的成本。同时，无源目标定位技术中使用的比例定位法只能求解图像中心的位置，没有利用到目标点在图像中的位置信息，定位局限性大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种目标定位方法及系统，降低了载机的负载重量和成本并且提高目标定位范围。根据本专利技术的第一方面，提供一种目标定位方法，包括：利用飞行器上搭载的相机实时获取所述目标点位于所述相机的像素平面的投影点的位置坐标；实时获取所述飞行器的飞控数据；基于所述飞控数据，构建将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的坐标系变换矩阵；基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标。可选地，所述基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标，包括：利用所述坐标系变换矩阵将所述相机的光心的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系；利用所述坐标系变换矩阵将所述目标点在所述像素平面的投影点的位置坐标转化到惯性坐标系；以及基于惯性坐标系下所述相机的光心的ZI轴坐标和所述投影点的ZI轴坐标之间的几何关系，计算得到所述目标点在相机坐标系下的图像深度。可选地，所述基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标，还包括：基于所述图像深度和所述像素平面的投影点的位置坐标，利用所述坐标系变换矩阵将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系。可选地，所述基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标，还包括：将所述目标点的位置坐标从惯性坐标系变换到世界地理坐标系，定位世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标。可选地，所述图像深度是所述目标点在相机坐标系下的Zc轴坐标。可选地，所述飞控数据包括：所述飞行器的位置信息、所述飞行器的姿态信息、云台位置信息和云台姿态信息；所述飞行器的位置信息包括：惯性坐标系下所述飞行器的位置坐标和云台坐标系下所述飞行器的位置坐标；所述飞行器的姿态信息包括：所述飞行器的滚转角、所述飞行器的俯仰角和所述飞行器的偏航角；所述云台位置信息包括：相机坐标系下的云台旋转中心相对于所述相机的光心的平移距离；以及所述云台姿态信息包括：云台偏航角和云台俯仰角。可选地，所述基于所述飞控数据，构建将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的坐标系变换矩阵，包括：基于所述飞行器的位置信息，构建从惯性坐标系到飞行器地理坐标系的第一变换矩阵；基于所述飞行器的姿态信息，构建从飞行器地理坐标系到飞行器机体坐标系的第二变换矩阵；基于所述云台姿态信息和所述飞行器的位置信息，构建从飞行器机体坐标系到云台坐标系的第三变换矩阵；基于所述云台位置信息，构建从云台坐标系到相机坐标系的第四变换矩阵；将所述第一变换矩阵、所述第二变换矩阵、所述第三变换矩阵和所述第四变换矩阵相乘，得到第五变换矩阵；计算所述第五变换矩阵的逆矩阵，得到将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的所述坐标系变换矩阵。可选地，所述基于所述图像深度和所述像素平面的投影点的位置坐标，利用所述坐标系变换矩阵将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的计算公式为：其中，为所述目标点在惯性坐标系下的位置坐标，q为所述目标点在所述像素平面的投影点的位置坐标，为将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的所述坐标系变换矩阵，C-1为相机内参矩阵的逆矩阵，为齐次矩阵，I为3×3的单位矩阵，λ为所述图像深度。根据本专利技术的第二方面，提供一种目标定位系统，包括：第一获取单元，被配置为执行利用飞行器上搭载的相机实时获取所述目标点位于所述相机的像素平面的投影点的位置坐标；第二获取单元，被配置为执行实时获取所述飞行器的飞控数据；构建单元，被配置为执行基于所述飞控数据，构建将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的坐标系变换矩阵；定位单元，被配置为执行基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标。根据本专利技术的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被执行时实现如上所述的目标定位方法。根据本专利技术的第四方面，提供一种目标定位的控制装置，包括：存储器，用于存储计算机指令；处理器，耦合到所述存储器，所述处理器被配置为基于所述存储器存储的计算机指令执行实现如上所述的目标定位方法。本专利技术的一个实施例具有以下优点或有益效果：利用飞行器上搭载的相机实时获取目标点位于相机的像素平面的投影点的位置坐标，利用飞行器上搭载的信息采集仪器实时采集飞行器在飞行过程中产生的飞控数据，避免了在飞行器上搭载激光测距机器，降低了飞行器的负载重量和成本。基于飞行器的飞控数据，构建将目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的坐标系变换矩阵，基于投影点的位置坐标和坐标系变换矩阵，将目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系，然后再将目标点的位置坐标从惯性坐标系变换到世界地理坐标系，定位世界地理坐标系下目标点的位置坐标。通过坐标系变换矩阵对实时获取的目标点位于相机的像素平面的投影点的位置坐标进行坐标变换以定位世界地理坐标系下目标点的位置坐标，可以定位任意一个目标点在像素平面的投影点的位置坐标，进而定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种目标定位方法，其特征在于，包括：/n利用飞行器上搭载的相机实时获取所述目标点位于所述相机的像素平面的投影点的位置坐标；/n实时获取所述飞行器的飞控数据；/n基于所述飞控数据，构建将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的坐标系变换矩阵；/n基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种目标定位方法，其特征在于，包括：
利用飞行器上搭载的相机实时获取所述目标点位于所述相机的像素平面的投影点的位置坐标；
实时获取所述飞行器的飞控数据；
基于所述飞控数据，构建将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系的坐标系变换矩阵；
基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标。


2.根据权利要求1所述的目标定位方法，其特征在于，所述基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标，包括：
利用所述坐标系变换矩阵将所述相机的光心的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系；
利用所述坐标系变换矩阵将所述目标点在所述像素平面的投影点的位置坐标转化到惯性坐标系；以及
基于惯性坐标系下所述相机的光心的ZI轴坐标和所述投影点的ZI轴坐标之间的几何关系，计算得到所述目标点在相机坐标系下的图像深度。


3.根据权利要求2所述的目标定位方法，其特征在于，所述基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标，还包括：
基于所述图像深度和所述像素平面的投影点的位置坐标，利用所述坐标系变换矩阵将所述目标点的位置坐标从相机坐标系变换到惯性坐标系。


4.根据权利要求3所述的目标定位方法，其特征在于，所述基于所述投影点的位置坐标和所述坐标系变换矩阵，实时定位在世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标，还包括：
将所述目标点的位置坐标从惯性坐标系变换到世界地理坐标系，定位世界地理坐标系下所述目标点的位置坐标。


5.根据权利要求4所述的目标定位方法，其特征在于，所述图像深度是所述目标点在相机坐标系下的Zc轴坐标。


6.根据权利要求1所述的目标定位方法，其特征在于，所述飞控数据包括：所述飞行器的位置信息、所述飞行器的姿态信息、云台位置信息和云台姿态信息；
所述飞行器的位置信息包括：惯性坐标系下所述飞行器的位置坐标和云台坐标系下所述飞行器的位置坐标；
所述飞行器的姿态信息包括：所述飞行器的滚转角、所述飞行器的俯仰角和所述飞行器的偏航角；
所述云台位置信息包括：相机坐标系下的云台旋转中心相对于所述相机的光心的平移距离；以及
所述云台姿态信息包括：云台偏航角和云台俯仰角。


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【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇楠，
申请(专利权)人：北京京邦达贸易有限公司，北京京东乾石科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11