基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法，面向环绕静止目标的无人机航拍视频数据处理任务，旨在解决无控条件下现有吊舱标定方法可行性不高的技术问题

【技术实现步骤摘要】
基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法


[0001]本专利技术涉及无人机目标定位
，具体涉及一种基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法
。

技术介绍

[0002]光电吊舱通常由摄像头
、
热成像仪
、
激光测距仪等组成，可以实时监测目标位置变化，并记录下目标的图像和相关参数信息
。
在进行目标跟踪时，光电吊舱通常采用光学跟踪
、
飞行控制和数据传输等技术，实现对目标的精确定位和追踪
。
基于激光测距和光学传感器的无人机目标定位方法是一种常用于军事领域的技术，能够实现对地面
、
海面等目标的准确定位和跟踪
。
激光测距作为目标定位的关键步骤之一，能够通过发射激光束并接收反射回来的信号，计算出目标的距离
。
激光测距的流程主要包括发射激光束
、
接收反射信号
、
进行信号处理和计算距离位置等步骤
。
优点是精度高，但受天气影响较大
。
光学传感器主要负责目标的检测
、
跟踪和记录等任务
。
[0003]基于激光测距
、
相机等多传感器融合目标定位方法流程包括以下几步：首先，通过飞行平台上的激光测距仪，利用三角测量和时间差测量等方式获取目标的距离信息
。
然后，利用光电吊舱内置的可见光摄像头或者热成像仪采集目标的图像信息，并根据图像特征进行目标检测和跟踪
。
在获取了目标距离和位置信息之后，通过多传感器融合算法将激光测距和光电吊舱的数据进行整合处理，得到更加准确的目标距离和位置信息
。
最后，将处理后的目标定位信息传输到飞行控制系统中，实现对目标的精确定位和跟踪
。
[0004]这种无人机目标定位方法具有高精度
、
实时性强等优点，适用于复杂环境下的目标侦察和监测，在军事侦察
、
监测和打击等领域得到了广泛应用
。
但其在天气和环境等方面的受限制较大，需要针对不同情况进行合理的选择和优化
。
[0005]基于坐标转换的无人机目标定位是一种常用于工业
、
军事等领域的技术，能够通过搭载相机对目标进行拍摄，并通过一系列坐标转换计算出目标在世界坐标系中的精确位置
。
其中，基于单张像片进行目标定位是一种常见的方法
。
具体流程如下：首先，通过搭载在载机上的相机对目标进行拍摄，并获取目标在图像平面坐标系中的坐标
。
该坐标可以通过计算相机内参数以及图像的像素坐标等信息得到；然后，将图像平面坐标系中的坐标转换至相机坐标系中，需要考虑到相机的焦距
、
畸变等因素对图像坐标的影响，并利用相机模型进行坐标转换；将相机坐标系中的坐标转换至吊舱坐标系中
。
该转换需要考虑到吊舱与载机之间的相对位置和姿态等因素，并采用欧拉角或四元数等方式进行坐标转换；将吊舱坐标系中的坐标转换至载机机体坐标系中，需要考虑到载机机体坐标系与吊舱坐标系之间的相对位置和姿态等因素；最后，将载机机体坐标系中的坐标转换至载机地理坐标系中，需要考虑到载机在地球上的位置和姿态等因素，并采用经纬度和海拔高度等信息进行坐标转换
。
通过以上一系列坐标转换，即可将目标在图像平面坐标系中的坐标转换至载机地理坐标系中，从而实现对目标位置的准确定位
。
该定位过程对相机内外参数
、
载机姿态等要求较高
。
[0006]无人机吊舱标定是指通过一系列的实验和计算，确定无人机吊舱相对于平台的精确位置和姿态信息，以便实现对目标的高精度定位和跟踪
。
吊舱标定通常是无人机目标定位中的关键步骤之一
。
吊舱标定的目的是为了提高无人机目标高精度定位的精确度和稳定性
。
吊舱标定通常包括收集数据
、
建立数学模型
、
参数估计和校准验证等步骤，并且需要针对具体应用场景进行优化和改进
。
[0007]无人机目标高精度定位在线标定是指在实际飞行过程中，通过对一系列观测数据进行处理和计算，实时更新无人机吊舱相对于平台的位置和姿态信息，以实现对目标的高精度定位和跟踪
。
相较于传统的离线标定方式，在线标定具有更加实时
、
快速
、
便捷等优点
。
在线标定的流程主要包括以下几个步骤：收集数据：首先需要收集实时的吊舱数据，包括吊舱内搭载设备的姿态
、
位置等信息
。
这些数据可以通过惯性测量单元
、GNSS
接收器
、
相机等传感器实时采集得到
。
实时计算：根据收集到的实时数据和数学模型，可以实时计算出吊舱与平台之间的精确位置和姿态信息
。
校准验证：在完成实时计算后，需要对在线标定的结果进行校准和验证
。
这个过程可以通过机载激光雷达等传感器测量实际位置来进行验证
。
[0008]在线标定的优点是能够在实际飞行过程中，实时更新吊舱内搭载设备的位置和姿态信息，使得无人机能够更加精确地对目标进行定位和跟踪
。
然而，在线标定也存在着一些缺点
。
首先，由于实时计算需要消耗大量的计算资源和能源，因此需要采用高效的计算方法和硬件设备
。
其次，由于环境复杂性和噪声干扰等因素的影响，在线标定的结果可能存在误差，需要进行校准和验证
。
[0009]离线和在线吊舱标定方法都需要事先在飞行区域内布设控制点，存在耗费人力物力的问题，不适用于应急任务等特殊场景的需求，无法满足快速响应的要求
。
因此，需要采用其他更加快速
、
便捷的标定方法
。
均值滤波是一种常用的信号处理方法，可以在一定程度上提高定位精度
。
但是，对于高程方向的定位误差来说，均值滤波无法消除这些误差
。
因此，在实际应用中，需要采用更加先进的定位算法和技术，以提高吊舱标定的精度和有效性
。

技术实现思路

[0010]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法，以解决现有吊舱标定方法依赖地面控制点
、
耗费人力物力
、
不适用于应急任务
、
无法快速响应
、
不够快速便捷
、
精度和有效性不高的技术问题
。
[0011]为解决上述技术问题，专利技术人面向环绕静止目标的无人机航拍视频数据处理任务，经过大量研究，提出一种高精度三维坐标定位方法，该方法的适用条件是无人机绕目标按照近似圆形的轨迹拍摄<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
确认目标静止，无人机绕所述目标按照近似圆形的轨迹航行，获取所述目标的定位参数，即定位所依赖的参数；
(2)
对所述目标进行基于激光测距的单像定位，确认定位输出的平面坐标分布近似为圆形；
(3)
将所述单像定位的结果输入到误差拟合算法，拟合得到圆心坐标，作为虚拟控制点；
(4)
基于所述虚拟控制点构建误差方程式，平差解算安装偏置角与目标高程；
(5)
将步骤
(3)
中所述圆心坐标作为所述目标的平面坐标，步骤
(4)
中所述目标高程作为所述目标的高程坐标，输出所述目标的三维坐标
。2.
根据权利要求1所述的基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法，其特征在于，在步骤
(1)
中，所述定位参数包括飞控数据
、
吊舱信息
、
激光测距数据和安装矩阵
。3.
根据权利要求1所述的基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法，其特征在于，在步骤
(2)
中，所述单像定位的输入为所述目标在图像上的坐标位置
、
激光测距结果以及所述定位参数，输出为所述目标在世界坐标系中的坐标，经过一系列坐标转换，最终得到所述目标的经度
L、
纬度
B、
高程
H。4.
根据权利要求1所述的基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法，其特征在于，在步骤
(3)
中，所述误差拟合算法是拟合圆的方程：
x2+y2+ax+by+c
＝0其中，
a,b,c
为常数项；已知一组包含
K
次定位结果的坐标
(x
i
,y
i
),i
＝
1,2,3,
…
,K
，利用线性最小二乘进行求解；求出
a,b,c
之后，圆心即为：
5.
根据权利要求1所述的基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法，其特征在于，在步骤
(4)
中，所述误差方程式为
V
＝
A
Δ
‑
L
；其中，
V、A、L、
Δ
分别为误差方程的残差
、
系数矩阵
、
常数项和未知数改正数；根据所述误差方程式，由最小二乘法解算所述安装偏置角与目标高程
。6.
根据权利要求1所述的基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法，其特征在于，在步骤
(5)
中，利用所述安装偏置角进行所述单像定位，更新所述目标的三维坐标
。7.
根据权利要求1或6所述的基于无人机视频数据的目标定位精度提升方法，其特征在于，所述单像定位的算法为：通过如下转换，得到所述目标的局部直角坐标系的坐标
(x,y,z)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱春平，张晓雨，管乃洋，易晓东，王世雄，裴家正，凡遵林，刘敏，杨科，
申请(专利权)人：中国人民解放军，
类型：发明
国别省市：