一种无人机对地平面多目标同时定位方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种无人机对地平面多目标同时定位方法及系统，包括从图像采集设备获取的环境图像信息中识别出所有待监测目标点的像素坐标；获取图像采集设备的当前时刻视野中心的位姿信息和图像中心的像素坐标，基于图像采集设备的物理焦距和像素物理尺寸以及目标点的像素坐标，计算每个目标点的北东地姿态；基于无人机的高度信息和每个目标点的北东地姿态,计算出每个目标点到图像采集设备光心的距离，并基于每个目标点的北东地姿态，计算每个目标点相对图像采集设备光心的北东地坐标，并结合无人机的经纬度信息，计算出每个目标点的经纬度信息，以对每个目标点进行定位。本发明专利技术解决了同时对拍摄图像中的所有目标同时进行定位的问题。定位的问题。定位的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机对地平面多目标同时定位方法及系统


[0001]本专利技术属于目标跟踪
，尤其涉及一种无人机对地平面多目标同时定位方法及系统。

技术介绍

[0002]随着无人机技术发展，无人机在军用领域的应用场景也越来越多，利用无人机的光电吊舱对拍摄的目标进行定位，是重要的应用。光电吊舱是指安装在无人机、无人车、无人艇等多种无人平台以及有人平台上，组成各种系统对区域实施光学侦察和监视任务的设备。目标定位具体过程是，先使用视觉方法对图像进行目标检测，再针对目标进行经纬度计算。
[0003]目标定位依赖摄像机相对于北东地的姿态信息、目标相对于摄像机光心的距离、摄像机光心的经纬度信息。一种实现目标定位的方法为直接利用无人机云台、激光测距、GPS数据对视野中心位置进行经纬度计算，但一般情况下，无人机光电吊舱只有单束激光打到摄像机视野中心处，所以通过无人机只能获取摄像机视野中心处到摄像机原点的距离。因此此种方式的目标定位存在局限性。另一种实现目标定位的方法为利用三角化方法进行任意目标的定位，涉及到特征匹配和摄像机内外参估计，因此此种方式的目标定位存在不稳定问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种无人机对地平面多目标同时定位方法及系统。
[0005]本专利技术第一方面公开了一种无人机对地平面多目标同时定位方法；所述无人机包括图像采集设备、云台、GPS装置以及激光测距装置；所述图像采集设备安装在所述云台上，通过控制云台的转动调整所述图像采集设备的视野中心，通过获取所述云台的北东地姿态来获取所述图像采集设备视野中心的北东地姿态，所述GPS装置用于获取所述无人机的经纬度信息，所述激光测距装置用于获取所述图像采集设备的激光测距值；所述方法包括以下步骤：S1，从图像采集设备获取的环境图像信息中识别出所有待监测目标点的像素坐标；S2，获取当前时刻所述图像采集设备视野中心的位姿信息和图像中心的像素坐标，基于所述图像采集设备的物理焦距和像素物理尺寸以及所述目标点的像素坐标，计算每个目标点的北东地姿态；所述当前时刻的图像采集设备视野中心的位姿信息包括当前时刻的所述图像采集设备视野中心的北东地姿态和当前时刻的激光测距值；所述图像采集设备的物理焦距和像素物理尺寸为所述图像采集设备的内参；
S3，基于所述无人机的高度信息和所述每个目标点的北东地姿态,计算出每个目标点到所述图像采集设备光心的距离；S4，基于所述每个目标点到所述图像采集设备光心的距离和所述每个目标点的北东地姿态，计算每个目标点相对所述图像采集设备光心的北东地坐标，并结合无人机的经纬度信息，计算出每个目标点的经纬度信息，以对每个目标点进行定位。
[0006]根据本专利技术第一方面的方法，步骤S2中，所述计算每个目标点的北东地姿态的步骤包括：S21，基于所述目标点的像素坐标和所述图像中心的像素坐标的差值，获得所述目标点到图像中心的像素坐标；S22，基于所述图像采集设备的像素物理尺寸和所述目标点到图像中心的像素坐标的乘积，获得目标点到图像中心的物理坐标；S23，基于所述目标点到图像中心的物理坐标、所述图像采集设备的物理焦距以及所述激光测距值，获得所述图像采集设备视野中心要调整到目标点处所述图像采集设备所要绕图像采集设备坐标轴旋转的角度信息；S24，根据所述图像采集设备视野中心要调整到目标点处所述图像采集设备所要绕图像采集设备坐标轴旋转的角度信息，并基于当前时刻的所述图像采集设备视野中心的北东地姿态，计算所述目标点的北东地姿态。
[0007]根据本专利技术第一方面的方法，在所述步骤S23中，获得所述图像采集设备视野中心要调整到目标点处所述图像采集设备所要绕图像采集设备坐标轴旋转的角度信息包括：S231，获取目标点到所述图像采集设备视野中心的X方向距离和目标点到所述图像采集设备视野中心的Y方向距离；获得目标点到所述图像采集设备视野中心的X方向距离的方程为：
[0008]其中，focus为所述图像采集设备的物理焦距， c_distance为所述激光测距值，fabs为绝对值函数， 为所述目标点到图像中心的物理坐标的X轴坐标值，img_x为所述目标点的像素坐标的X轴坐标值，cx为图像中心的像素坐标的X轴坐标值，dx为所述图像采集设备的X轴上的像素物理尺寸，dist_x为目标点到所述图像采集设备视野中心的X方向距离；获得目标点到所述图像采集设备视野中心的Y方向距离的方程为：
[0009]其中，为所述目标点到图像中心的物理坐标的Y轴坐标值，img_y为所述目标点的像素坐标的Y轴坐标值，cy为图像中心的像素坐标的Y轴坐标值，dy为所述图像采集设备的Y轴上的像素物理尺寸， dist_y为目标点到所述图像采集设备视野中心的Y方向距离； S232，根据所述图像采集设备的视野中心的激光测距值、所述目标点到所述图像采集设备视野中心的X方向距离和所述目标点到所述图像采集设备视野中心的Y方向距离
获得所述目标点与所述图像采集设备光心构成的直线L与所述图像采集设备光轴z在xz平面、yz平面的夹角；其中，所述直线L与所述图像采集设备光轴z在xz平面的夹角为：ay=arctan(dist_x / c_distance)所述直线L与所述图像采集设备光轴z在yz平面的夹角为：ax=arctan(dist_y / c_distance)图像采集设备绕图像采集设备y轴旋转，对应ay,记作d_yaw， 图像采集设备绕图像采集设备x轴旋转，对应ax,记作d_pitch，即所述图像采集设备视野中心要调整到目标点处所述图像采集设备所要绕图像采集设备坐标轴旋转的角度信息为d_yaw和d_pitch；根据d_yaw和d_pitch构成第一旋转矩阵d_R。
[0010]根据本专利技术第一方面的方法，所述步骤S24具体包括：基于当前时刻的所述图像采集设备视野中心的北东地姿态和所述第一旋转矩阵d_R的乘积，获得目标点的北东地姿态R2；其中，R1为当前时刻的所述图像采集设备视野中心的北东地姿态yaw1、pitch1、roll1,R2对应的欧拉角为yaw2、pitch2、roll2。
[0011]根据本专利技术第一方面的方法，计算目标点到所述图像采集设备光心的距离的公式为：distance2 = height / sin(fabs(pitch2))其中，distance2 为目标点到所述图像采集设备的距离，height为无人机的高度信息，pitch2为所述目标点的北东地姿态中的俯仰角。
[0012]根据本专利技术第一方面的方法，计算目标点相对所述图像采集设备光心的北东地坐标的公式为：
[0013]其中east, depth, north分别为北东地坐标下的东轴值、地轴值以及北轴值，图像采集设备z轴指向正北时，x轴指向正东，y轴指向地面朝上，与北东地坐标系的N、E、D对应。
[0014]根据本专利技术第一方面的方法，所述方法还包括：基于所述每个目标点的北东地姿态和所述当前时刻的所述图像采集设备视野中心的北东地姿态的差值，获得所述图像采集设备的视野中心若要调整到所述目标点，所述云台需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机对地平面多目标同时定位方法，其特征在于，所述无人机包括图像采集设备、云台、GPS装置以及激光测距装置；所述图像采集设备安装在所述云台上，通过控制云台的转动调整所述图像采集设备的视野中心，通过获取所述云台的北东地姿态来获取所述图像采集设备视野中心的北东地姿态，所述GPS装置用于获取所述无人机的经纬度信息，所述激光测距装置用于获取所述图像采集设备视野中心位置的激光测距值；所述方法包括以下步骤：S1，从图像采集设备获取的环境图像信息中识别出所有待监测目标点的像素坐标；S2，获取当前时刻所述图像采集设备视野中心的位姿信息和图像中心的像素坐标，基于所述图像采集设备的物理焦距和像素物理尺寸以及所述目标点的像素坐标，计算每个目标点的北东地姿态；所述当前时刻的图像采集设备视野中心的位姿信息包括当前时刻的所述图像采集设备视野中心的北东地姿态和当前时刻的激光测距值；所述图像采集设备的物理焦距和像素物理尺寸为所述图像采集设备的内参；S3，基于所述无人机的高度信息和所述每个目标点的北东地姿态,计算出每个目标点到所述图像采集设备光心的距离；S4，基于所述每个目标点到所述图像采集设备光心的距离和所述每个目标点的北东地姿态，计算每个目标点相对所述图像采集设备光心的北东地坐标，并结合无人机的经纬度信息，计算出每个目标点的经纬度信息，以对每个目标点进行定位。2.根据权利要求1所述的一种无人机对地平面多目标同时定位方法，其特征在于，步骤S2中，所述计算每个目标点的北东地姿态的步骤包括：S21，基于所述目标点的像素坐标和所述图像中心的像素坐标的差值，获得所述目标点到图像中心的像素坐标；S22，基于所述图像采集设备的像素物理尺寸和所述目标点到图像中心的像素坐标的乘积，获得目标点到图像中心的物理坐标；S23，基于所述目标点到图像中心的物理坐标、所述图像采集设备的物理焦距以及所述激光测距值，获得所述图像采集设备视野中心要调整到目标点处所述图像采集设备所要绕图像采集设备坐标轴旋转的角度信息；S24，根据所述图像采集设备视野中心要调整到目标点处所述图像采集设备所要绕图像采集设备坐标轴旋转的角度信息，并基于当前时刻的所述图像采集设备视野中心的北东地姿态，计算所述目标点的北东地姿态。3.根据权利要求2所述的一种无人机对地平面多目标同时定位方法，其特征在于，在所述步骤S23中，获得所述图像采集设备视野中心要调整到目标点处所述图像采集设备所要绕图像采集设备坐标轴旋转的角度信息包括：S231，获取目标点到所述图像采集设备视野中心的X方向距离和目标点到所述图像采集设备视野中心的Y方向距离；获得目标点到所述图像采集设备视野中心的X方向距离的方程为：，
其中，focus为所述图像采集设备的物理焦距， c_distance为所述激光测距值，fabs为绝对值函数， 为所述目标点到图像中心的物理坐标的X轴坐标值，img_x为所述目标点的像素坐标的X轴坐标值，cx为图像中心的像素坐标的X轴坐标值，dx为所述图像采集设备的X轴上的像素物理尺寸，dist_x为目标点到所述图像采集设备视野中心的X方向距离；获得目标点到所述图像采集设备视野中心的Y方向距离的方程为：，其中， 为所述目标点到图像中心的物理坐标的Y轴坐标值，img_y为所述目标点的像素坐标的Y轴坐标值，cy为图像中心的像素坐标的Y轴坐标值，dy为所述图像采集设备的Y轴上的像素物理尺寸， dist_y为目标点到所述图像采集设备视野中心的Y方向距离； S232，根据所述图像采集设备的视野中心的激光测距值、所述目标点到所述图像采集设备视野中心的X方向距离和所述目标点到所述图像采集设备视野中心的Y方向距离获得所述目标点与所述图像采集设备光心构成的直线L与所述图像采集设备光轴z在xz平面、yz平面的夹角；其中，所述直线L与所述图像采集设备光轴z在xz平面的夹角为：ay=arctan(dist_x / c_distance)所述直线L与所述图像采集设备光轴z在yz平面的夹角为：ax=arctan(dist_y / c_dis...

【专利技术属性】
技术研发人员：申晓雷，何举刚，马迎辉，王璟，朱茅，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团兵器装备研究所，
类型：发明
国别省市：