【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種電子技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法、裝置及飛行器。
背景技術(shù):
隨著社會(huì)的快速發(fā)展,智能設(shè)備快速興起,在人類的建設(shè)發(fā)展中起到重要作用。
在遠(yuǎn)程測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域中,一般使用智能的無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍攝作業(yè)以協(xié)助測(cè)量。
然而,相關(guān)技術(shù)中,無(wú)人機(jī)只能告知用戶無(wú)人機(jī)本身當(dāng)前的坐標(biāo),包括經(jīng)度、緯度和高度。用戶通過(guò)所述無(wú)人機(jī)進(jìn)行拍攝時(shí),特別是對(duì)距離無(wú)人機(jī)較遠(yuǎn)的物體進(jìn)行拍攝時(shí),用戶無(wú)法快速準(zhǔn)確的獲取被拍攝物體的坐標(biāo),從而直接影響了用戶快速判斷被拍攝物體的具體位置。
例如,邊防武警在用無(wú)人機(jī)的機(jī)載高變焦倍率相機(jī)追蹤偷渡人員時(shí),由于被觀測(cè)物體離所述無(wú)人機(jī)較遠(yuǎn)且所述相機(jī)朝向不一定與所述無(wú)人機(jī)朝向一致,導(dǎo)致武警無(wú)法快速判斷偷渡人員的具體位置而使行動(dòng)受阻;再比如,檢測(cè)人員利用所述無(wú)人機(jī)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行檢測(cè)時(shí),由于所述無(wú)人機(jī)與被檢測(cè)物體相距較遠(yuǎn),使檢測(cè)人員無(wú)法快速獲取病害的具體位置坐標(biāo),增加了病害標(biāo)記工作的難度和降低工作效率。
因此,有必要提供一種新的遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法、裝置及飛行器。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)量速度快且準(zhǔn)確度高的遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法、裝置及飛行器。
為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明提供了一種遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法,該方法包括如下步驟:
獲取目標(biāo)圖像:利用移動(dòng)平臺(tái)的相機(jī)拍攝參考面以獲取目標(biāo)圖像,并使被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中;
獲取所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的數(shù)據(jù)參數(shù):根據(jù)所述目標(biāo)圖像獲取所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的位置參數(shù)以及獲取所述相機(jī)的視角參數(shù),確定為數(shù)據(jù)參數(shù);
獲取所述被測(cè)物體的相對(duì)位置坐標(biāo):為所述移動(dòng)平臺(tái)建立移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系,根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為相對(duì)位置坐標(biāo)式;
獲取所述被測(cè)物體的平面位置坐標(biāo)式:為所述移動(dòng)平臺(tái)建立本地平面坐標(biāo)系,根據(jù)所述相對(duì)位置坐標(biāo)式獲取所述被測(cè)物體在所述本地平面坐標(biāo)系上坐標(biāo),確定為平面位置坐標(biāo)式;
獲取所述本地平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述參考面的參考點(diǎn)的之間的距離;
計(jì)算所述被測(cè)物體的平面位置坐標(biāo):根據(jù)所述被測(cè)物體的所述平面位置坐標(biāo)式和所述距離,計(jì)算出所述被測(cè)物體在所述本地平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)值,確定為平面位置坐標(biāo);
獲取所述移動(dòng)平臺(tái)的位置:通過(guò)位置估測(cè)方式測(cè)出所述移動(dòng)平臺(tái)的地理坐標(biāo);
計(jì)算所述被測(cè)物體的位置:通過(guò)所述平面位置坐標(biāo)以及所述移動(dòng)平臺(tái)的地理坐標(biāo),計(jì)算所述被測(cè)物體的地理坐標(biāo)。
優(yōu)選的,在獲取所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的數(shù)據(jù)參數(shù)的步驟中,所述位置參數(shù)為所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的像素位置。
優(yōu)選的,在獲取所述本地平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述參考面的參考點(diǎn)之間的距離的步驟中,包括:獲取參考點(diǎn)的測(cè)距傳感器相對(duì)位置坐標(biāo):提供測(cè)距傳感器以獲取所述測(cè)距傳感器到所述參考點(diǎn)的距離數(shù)據(jù),為所述測(cè)距傳感器建立測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系,根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)計(jì)算獲得所述參考點(diǎn)在所述測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為測(cè)距傳感器相對(duì)位置坐標(biāo);獲取所述參考點(diǎn)的移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)位置坐標(biāo):根據(jù)所述測(cè)距傳感器相對(duì)位置坐標(biāo)、所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系到所述測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣以及所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)到所述測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)的平移向量,計(jì)算所述參考點(diǎn)在所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為參考點(diǎn)的移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)位置坐標(biāo);獲取所述參考點(diǎn)的參考點(diǎn)平面位置坐標(biāo):根據(jù)所述參考點(diǎn)的移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)位置坐標(biāo)計(jì)算所述參考點(diǎn)在所述平面位置坐標(biāo)系上的參考點(diǎn)平面位置坐標(biāo),將所述參考點(diǎn)平面位置坐標(biāo)的z軸分量確認(rèn)為所述距離。
優(yōu)選的,所述移動(dòng)平臺(tái)還包括云臺(tái),所述相機(jī)通過(guò)所述云臺(tái)固定于所述移動(dòng)平臺(tái),在獲取所述被測(cè)物體的相對(duì)位置坐標(biāo)的步驟前,還包括如下步驟:獲取所述被測(cè)物體的第一位置坐標(biāo)式:為所述相機(jī)建立相機(jī)載體坐標(biāo)系,根據(jù)所述位置參數(shù)和所述視角參數(shù)計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為第一位置坐標(biāo)式;獲取所述被測(cè)物體的第二位置坐標(biāo)式:為所述云臺(tái)建立云臺(tái)載體坐標(biāo)系,根據(jù)所述第一位置坐標(biāo)式、所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系到所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣以及所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)到所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)的平移向量,計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為第二位置坐標(biāo)式。
優(yōu)選的,在獲取所述被測(cè)物體的相對(duì)位置坐標(biāo)的步驟中,根據(jù)所述第二位置坐標(biāo)式、所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系到所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣以及所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)到所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)的平移向量,計(jì)算獲取所述被測(cè)物體的所述相對(duì)位置坐標(biāo)式。
優(yōu)選的,在獲取所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的數(shù)據(jù)參數(shù)的步驟前,還包括如下步驟:對(duì)所述目標(biāo)圖像進(jìn)行去畸變化處理。
優(yōu)選的,在獲取所述移動(dòng)平臺(tái)的位置的步驟中:所述移動(dòng)平臺(tái)包括位置估測(cè)單元,通過(guò)所述位置估測(cè)單元測(cè)出所述移動(dòng)平臺(tái)的地理坐標(biāo)。
本發(fā)明還提供一種遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的裝置,包括:拍攝模塊,用于拍攝參考面以獲取目標(biāo)圖像,其中,被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中;圖像處理模塊,用于對(duì)所述目標(biāo)圖像進(jìn)行畸變修正并分析獲取所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的位置參數(shù),確定為數(shù)據(jù)參數(shù);數(shù)據(jù)處理模塊,用于為所述裝置建立裝置載體坐標(biāo)系和本地平面坐標(biāo)系,并根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)和所述拍攝模塊的視角參數(shù)計(jì)算所述被測(cè)物體在所述裝置載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為相對(duì)位置坐標(biāo)式;并用于根據(jù)所述相對(duì)位置坐標(biāo)式計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述本地平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為平面位置坐標(biāo)式;測(cè)距模塊,用于獲取所述本地平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述參考面的參考點(diǎn)的距離測(cè)量值;所述數(shù)據(jù)處理模塊還用于根據(jù)所述被測(cè)物體的所述平面位置坐標(biāo)式和所述距離測(cè)量值計(jì)算獲取所述被測(cè)特體在所述本地平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)值,確定為平面位置坐標(biāo);位置估測(cè)模塊,用于定位獲取所述裝置的地理坐標(biāo);定位處理模塊,用于根據(jù)所述平面位置坐標(biāo)以及所述裝置的地理坐標(biāo),計(jì)算得到所述被測(cè)物體的地理坐標(biāo)。
本發(fā)明同時(shí)提供一種飛行器,包括無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)和裝配于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)的動(dòng)力裝置,所述飛行器還包括:相機(jī),固定于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái),用于拍攝參考面上的被測(cè)物體以獲取目標(biāo)圖像;圖像處理器,裝設(shè)于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái),用于對(duì)所述目標(biāo)圖像進(jìn)行分析以獲取所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的位置參數(shù)以及用于獲取所述拍攝模塊的視角參數(shù),確定為數(shù)據(jù)參數(shù);數(shù)據(jù)處理器,與所述圖像處理器通訊連接,用于為所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)建立飛行平臺(tái)載體坐標(biāo)系和本地平面坐標(biāo)系,并根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算所述被測(cè)物體在所述飛行平臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為相對(duì)位置坐標(biāo)式;并用于根據(jù)所述相對(duì)位置坐標(biāo)式計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述本地平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為平面位置坐標(biāo)式;測(cè)距傳感器,與所述數(shù)據(jù)處理器通訊連接,用于測(cè)量獲取所述本地平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述參考面的參考點(diǎn)的距離數(shù)據(jù);所述數(shù)據(jù)處理器還用于根據(jù)所述被測(cè)物體的所述平面位置坐標(biāo)式和所述距離數(shù)據(jù),計(jì)算獲取所述被測(cè)特體在所述本地平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)值,確定為平面位置坐標(biāo);定位裝置,固定于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)并與所述數(shù)據(jù)處理器通訊連接,用于定位獲取所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)的地理坐標(biāo);及定位處理器,與所述數(shù)據(jù)處理器通訊連接,用于根據(jù)所述平面位置坐標(biāo)以及所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)的地理坐標(biāo),計(jì)算得到所述被測(cè)物體的地理坐標(biāo)。
優(yōu)選的,所述飛行器還包括固定于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)的云臺(tái),所述相機(jī)通過(guò)所述云臺(tái)固定于所述無(wú)人飛行平臺(tái);所述數(shù)據(jù)處理器還用于為所述相機(jī)建立相機(jī)載體坐標(biāo)系,以及為所述云臺(tái)建立云臺(tái)載體坐標(biāo)系,并根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為第一位置坐標(biāo)式;并根據(jù)所述第一位置坐標(biāo)式、所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系到所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣以及所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)到所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)的平移向量,計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為第二位置坐標(biāo)式;所述數(shù)據(jù)處理器通過(guò)所述第二位置坐標(biāo)式、所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系到所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣及所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)到所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)的平移向量,計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述飛行平臺(tái)載體坐標(biāo)系的所述相對(duì)位置坐標(biāo)式。
與相關(guān)技術(shù)相比,本發(fā)明的遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法、裝置及飛行器通過(guò)獲取參考面上的被測(cè)物體的目標(biāo)圖像,并建立所述移動(dòng)平臺(tái)的所述載體坐標(biāo)系及本地平面坐標(biāo)系,通過(guò)所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像的位置的數(shù)據(jù)參數(shù)獲取所述被測(cè)物體在所述載體坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)式,再通過(guò)獲取所述本地平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述參考面的參考點(diǎn)的距離測(cè)量值以計(jì)算所述被測(cè)物體的平面位置坐標(biāo),通過(guò)獲取所述移動(dòng)平臺(tái)的地理坐標(biāo)后,結(jié)合所述被測(cè)物體的所述平面位置坐標(biāo),獲取所述被測(cè)物體的地理坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)快速且準(zhǔn)確的遠(yuǎn)程測(cè)量物體的坐標(biāo)的目的。
【附圖說(shuō)明】
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見(jiàn)地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖,其中:
圖1為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的流程框圖;
圖2為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s40的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s50結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s60結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s70結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s80結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7為圖6中步驟s80的流程框圖;
圖8為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的裝置的結(jié)構(gòu)框圖;
圖9為本發(fā)明飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例?;诒景l(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請(qǐng)參閱圖1-2,其中,圖1為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的流程框圖;圖2為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s40的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明提供了一種遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法,該方法包括如下步驟:
步驟s10、獲取目標(biāo)圖像。
利用移動(dòng)平臺(tái)100的相機(jī)101拍攝參考面以獲取目標(biāo)圖像,并使被測(cè)物體200在所述目標(biāo)圖像中。
本實(shí)施方式中,所述移動(dòng)平臺(tái)100包括相機(jī)101、云臺(tái)102、測(cè)距傳感器103和位置估測(cè)系統(tǒng)104。所述相機(jī)101通過(guò)所述云臺(tái)102固定于所述移動(dòng)平臺(tái)100,所述測(cè)距傳感器103固定于所述移動(dòng)平臺(tái)100的下方,所述位置估測(cè)系統(tǒng)104用于測(cè)出所述移動(dòng)平臺(tái)100的地理坐標(biāo)。需要說(shuō)明的是,本實(shí)施方式中,所述地理坐標(biāo)包括經(jīng)度和緯度。
需要說(shuō)明的是,所述參考面為一平面(如水面)或平坦地區(qū)的地面。測(cè)量時(shí),所述被測(cè)物體200在該參考面上,且所述移動(dòng)平臺(tái)100同樣以該參考面為基準(zhǔn)。也就是說(shuō),本發(fā)明的遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法僅適用于測(cè)量在平坦區(qū)上的物體的二維坐標(biāo),當(dāng)然,當(dāng)參考面為高低起伏時(shí),用于測(cè)量的所述移動(dòng)平臺(tái)100的高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于該參考面時(shí),對(duì)所述參考面的高低起伏可忽略不計(jì),視為平面,這種情況也是適用的。
步驟s20、對(duì)所述目標(biāo)圖像進(jìn)行去畸變化處理。
通過(guò)所述相機(jī)101獲取所述目標(biāo)圖像后直接對(duì)其進(jìn)行去畸變化處理,得到無(wú)畸變的所述目標(biāo)圖像。
本實(shí)施方式中,當(dāng)所述相機(jī)101的鏡頭本身畸變量很小,所述步驟s10中的所述相機(jī)101可直接獲取無(wú)畸變的圖像時(shí),本步驟s20可省略。
步驟s30、獲取所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的數(shù)據(jù)參數(shù)。
根據(jù)無(wú)畸變的所述目標(biāo)圖像獲取所述被測(cè)物體200在所述目標(biāo)圖像中的位置參數(shù)以及獲取所述相機(jī)101的視角參數(shù),將所述位置參數(shù)和所述視角參數(shù)確定為數(shù)據(jù)參數(shù)。
本實(shí)施方式中,所述位置參數(shù)為所述被測(cè)物體200在所述目標(biāo)圖像中的像素位置。
具體的,將所述位置參數(shù)設(shè)為iyiz,其中,iy為所述被測(cè)物體200在所述目標(biāo)圖像的長(zhǎng)度方向上與所述目標(biāo)圖像中心點(diǎn)之間相隔的像素?cái)?shù)量,所述目標(biāo)圖像的畫(huà)面右方為正方向;iz為所述被測(cè)物體200在所述目標(biāo)圖像的寬度方向上與所述目標(biāo)圖像中心點(diǎn)之間相隔的像素?cái)?shù)量,所述目標(biāo)圖像的畫(huà)面上方為正方向。
請(qǐng)結(jié)合參閱圖2,為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s40的結(jié)構(gòu)示意圖。
步驟s40、獲取所述被測(cè)物體的第一位置坐標(biāo)式。
為所述相機(jī)101建立相機(jī)載體坐標(biāo)系,根據(jù)所述位置參數(shù)和所述視角參數(shù)計(jì)算獲取所述被測(cè)物體200在所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為第一位置坐標(biāo)式,設(shè)為
其中,iymax為無(wú)畸變的所述目標(biāo)圖像的長(zhǎng)度方向上的像素?cái)?shù),θymax為無(wú)畸變的所述目標(biāo)圖像的長(zhǎng)方向上的視角,izmax為無(wú)畸變的所述目標(biāo)圖像的高度方向上的像素?cái)?shù),θzmax為無(wú)畸變的所述目標(biāo)圖像的高方向上的視角。
所述iymax、izmax、θymax和θzmax可通過(guò)所述相機(jī)101獲得。
本步驟中,因所述相機(jī)101與所述被測(cè)物體200的距離未知,因此所述第一位置坐標(biāo)為代數(shù)表達(dá)式,在此確定為所述第一位置坐標(biāo)式。
請(qǐng)結(jié)合參圖3,為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s50結(jié)構(gòu)示意圖。
步驟s50、獲取所述被測(cè)物體的第二位置坐標(biāo)式。
為所述云臺(tái)102建立云臺(tái)載體坐標(biāo)系,根據(jù)所述第一位置坐標(biāo)式、所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系到所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣以及所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)到所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)的平移向量,計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為第二位置坐標(biāo)式,設(shè)為
本步驟中,所述云臺(tái)102的roll、pitch、yaw三軸在同一點(diǎn)形成交叉點(diǎn),并且所述相機(jī)101中心點(diǎn)(所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn))在該交叉點(diǎn)上。則被測(cè)物體200在所述云臺(tái)坐標(biāo)系的位置坐標(biāo),即所述第二位置坐標(biāo)式為:
其中,
請(qǐng)結(jié)合參圖4,為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s60結(jié)構(gòu)示意圖。
步驟s60、獲取所述被測(cè)物體的相對(duì)位置坐標(biāo)式。
為所述移動(dòng)平臺(tái)100建立移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系,獲取所述被測(cè)物體200在所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為相對(duì)位置坐標(biāo)式,設(shè)為
具體的,根據(jù)所述第二位置坐標(biāo)式、所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系到所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣以及所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)到所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)的平移向量,計(jì)算獲取所述被測(cè)物體200在所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為所述相對(duì)位置坐標(biāo)式。
因此,所述被測(cè)物體200在所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系上的坐標(biāo)式為:
其中,
本步驟中,所述云臺(tái)102與所述移動(dòng)平臺(tái)100為剛性連接,所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系與所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系只存在平移關(guān)系,沒(méi)有旋轉(zhuǎn)關(guān)系。需要說(shuō)明的是,本實(shí)施試中,所述云臺(tái)102通過(guò)緩沖機(jī)構(gòu)連接到所述移動(dòng)平臺(tái),形成剛性連接,以在拍攝中濾除掉不必要的震動(dòng)。
請(qǐng)結(jié)合參圖5,為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s70結(jié)構(gòu)示意圖。
步驟s70、獲取所述被測(cè)物體的平面位置坐標(biāo)式。
具體的,為所述移動(dòng)平臺(tái)100建立本地平面坐標(biāo)系,根據(jù)所述相對(duì)位置坐標(biāo)獲取所述被測(cè)物體200在所述本地平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為平面位置坐標(biāo)式,設(shè)為
其中,
需要說(shuō)明的是,本步驟中,所述本地平面坐標(biāo)系以本地北東地坐標(biāo)系為例進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)然,所述本地平面坐標(biāo)系并不限于此,其原理都一樣。
請(qǐng)參合參閱圖6,為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法的步驟s80結(jié)構(gòu)示意圖。
步驟s80、獲取所述本地平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述參考面的參考點(diǎn)之間的距離。具體包括如下步驟:
請(qǐng)結(jié)合參閱圖7,為步驟s80的流程框圖。
步驟s801、獲取參考點(diǎn)的測(cè)距傳感器相對(duì)位置坐標(biāo)。
本實(shí)施方式中,通過(guò)所述測(cè)距傳感器103測(cè)量所述參考點(diǎn)到所述測(cè)距傳感器103間距離數(shù)據(jù),所述測(cè)距傳感器103可以為測(cè)距儀或氣壓計(jì)等,只要能夠完成測(cè)距即可。本實(shí)施方式中,所述測(cè)距傳感器103具體選用激光測(cè)距儀進(jìn)行說(shuō)明:使所述激光測(cè)距儀固定于所述移動(dòng)平臺(tái)100的正下方并形成剛性連接,將激光束垂直于所述參考面射出,則所述激光打到所述參考面上的位置為所述參考點(diǎn),所述激光返回?cái)?shù)據(jù)即為所述距離數(shù)據(jù)。
需要說(shuō)明的是,本實(shí)施方式中,非并限于激光束垂直于所述參考面,也可存在一定夾角,此時(shí)可通過(guò)三角函數(shù)換算出參考點(diǎn)到所述測(cè)距傳感器103的所述距離數(shù)據(jù),這也是可行的。
當(dāng)然,本實(shí)施方式中,所述測(cè)距傳感器103并不限于此,也可為紅外測(cè)距儀、超聲波測(cè)距儀等。
具體的,為所述測(cè)距傳感器103建立測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系,根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)計(jì)算獲得所述參考點(diǎn)在所述測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為測(cè)距傳感器相對(duì)位置坐標(biāo),設(shè)為
其中,gnd_alt為所述距離數(shù)據(jù),即所述測(cè)距傳感器103測(cè)得的數(shù)據(jù)。
步驟s802、獲取所述參考點(diǎn)的移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)位置坐標(biāo)。
根據(jù)所述測(cè)距傳感器相對(duì)位置坐標(biāo)、所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系到所述測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣以及所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)到所述測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)的平移向量,計(jì)算所述參考點(diǎn)在所述移動(dòng)平臺(tái)載體坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為參考點(diǎn)的移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)位置坐標(biāo),設(shè)為
其中,
步驟s803、獲取所述參考點(diǎn)的參考點(diǎn)平面位置坐標(biāo)。
根據(jù)所述參考點(diǎn)的移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)位置坐標(biāo)計(jì)算所述參考點(diǎn)在所述平面位置坐標(biāo)系上的參考點(diǎn)平面位置坐標(biāo),設(shè)為
所述
將所述參考點(diǎn)平面位置坐標(biāo)
步驟s90、計(jì)算所述被測(cè)物體的平面位置坐標(biāo)。
根據(jù)步驟s70中獲得的所述被測(cè)物體200的所述平面位置坐標(biāo)式和步驟s80中獲得的所述距離,計(jì)算出所述被測(cè)特體200在所述本地平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)值,確定為平面位置坐標(biāo)。即上述步驟中的坐標(biāo)式均為代數(shù)表達(dá)式表示,非具體值,而本步驟則根據(jù)所述距離計(jì)算出具體的所述平面位置坐標(biāo)。具體的,通過(guò)將步驟s803中獲取的所述移動(dòng)平臺(tái)離地間隙代入所述被測(cè)物體的平面位置坐標(biāo)式中的z軸分量式,計(jì)算出所述z軸分量式中的未知數(shù)的值,然后求出所述被測(cè)物體的平面位置坐標(biāo)式中的x與y軸分量,從而得到完整的坐標(biāo)數(shù)值。
步驟s100、獲取所述移動(dòng)平臺(tái)的位置。
利用所述移動(dòng)平臺(tái)100通過(guò)位置估測(cè)方式測(cè)出所述移動(dòng)平臺(tái)100的地理坐標(biāo),包括經(jīng)度和緯度。
本實(shí)施方式中,所述移動(dòng)平臺(tái)設(shè)置位置估測(cè)系統(tǒng)104,通過(guò)所述位置估測(cè)系統(tǒng)104獲取所述移動(dòng)平臺(tái)100的地理坐標(biāo)。比如,所述位置估測(cè)系統(tǒng)104為gps定位系統(tǒng)等。
步驟s110、計(jì)算所述被測(cè)物體的位置。
通過(guò)所述平面位置坐標(biāo)以及所述移動(dòng)平臺(tái)的地理坐標(biāo),計(jì)算所述被測(cè)物體的地理坐標(biāo)。即通過(guò)上述各坐標(biāo)系的之間的關(guān)系進(jìn)行反向推算得到所述被測(cè)物體的位置,包括其地理坐標(biāo),即包括經(jīng)度、緯度。在本實(shí)施例中,采用的本地平面坐標(biāo)系為本地北東地坐標(biāo)系。具體可通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算:
其中,latspot、lonspot分別為所述被測(cè)物體的緯度、經(jīng)度坐標(biāo),latbase、lonbase分別為所述移動(dòng)平臺(tái)的緯度、經(jīng)度,rearth為地球半徑,x、y分別為本實(shí)施例中所述被測(cè)物體在本地北東地坐標(biāo)系中的平面位置坐標(biāo)的x、y值。
需要說(shuō)明的是,本發(fā)明的遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法還可以通過(guò)上述步驟s10-s110測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體的具體位置,再計(jì)算出兩個(gè)物體之間的距離,這也是可行的。比如:
通過(guò)本發(fā)明的遠(yuǎn)程測(cè)量物物體坐標(biāo)的方法的步驟s10-s110分別獲得a和b兩點(diǎn)的地理坐標(biāo),則a和b兩點(diǎn)間的水平距離設(shè)為d,
d=r·cos-1c·π÷180
其中,r為地球半徑,c可通過(guò)下列式求得:
c=sinlata·sinlatb·cos(lona-lonb)+coslata·coslatb
其中,lata與lona分別是a點(diǎn)的緯度與經(jīng)度,latb與lonb分別是b點(diǎn)的緯度與經(jīng)度。
這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員參考本申請(qǐng)的技術(shù)方案是很容易想到的。而所述遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法可運(yùn)用于無(wú)人機(jī)、無(wú)人探測(cè)車、無(wú)人潛水器等設(shè)備中,這都是可行的。
本發(fā)明的遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法可實(shí)現(xiàn)快速且準(zhǔn)確的遠(yuǎn)程測(cè)量物體的坐標(biāo)的目的。
需要說(shuō)明的是,本發(fā)明中,所述被測(cè)物體200的位置坐標(biāo)是指其幾何中心位置,或者當(dāng)所述移動(dòng)平臺(tái)100所在的高度與所述被測(cè)物體200的距離足夠遠(yuǎn),使得所述被測(cè)物體可視為一點(diǎn)時(shí),則所述被測(cè)物體200的位置坐標(biāo)即所述被測(cè)物體200上的任意一點(diǎn)的位置坐標(biāo)。
請(qǐng)結(jié)合參閱圖8,為本發(fā)明遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明還提供一種遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的裝置800,包括相互通訊連接或電連接的拍攝模塊801、圖像處理模塊802、數(shù)據(jù)處理模塊803、測(cè)距模塊804、位置估測(cè)模塊805及定位處理模塊806。
所述拍攝模塊801,用于拍攝參考面以獲取目標(biāo)圖像,其中,被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中。所述拍攝模塊801可以為攝像機(jī)或高清攝像頭或相機(jī)等。
其中,所述拍攝模塊801可包括輸入模塊(未圖示),用于接收用戶對(duì)被測(cè)物體的抓取指令,以便按照指令進(jìn)行拍攝抓取。
所述像處理模塊802用于對(duì)所述目標(biāo)圖像進(jìn)行分析并獲取所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的位置參數(shù)以及用于獲取所述拍攝模塊的視角參數(shù),確定為數(shù)據(jù)參數(shù)。所述位置參數(shù)包括所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像的長(zhǎng)度方向上與所述目標(biāo)圖像中心點(diǎn)之間相隔的像素?cái)?shù)量和所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像的寬度方向上與所述目標(biāo)圖像中心點(diǎn)之間相隔的像素?cái)?shù)量。
數(shù)據(jù)處理模塊803用于為所述裝置800建立裝置載體坐標(biāo)系和本地平面坐標(biāo)系,并根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算所述被測(cè)物體在所述裝置載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為相對(duì)位置坐標(biāo)式,并用于根據(jù)所述相對(duì)位置坐標(biāo)式計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述本地平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為平面位置坐標(biāo)式。
所述測(cè)距模塊804用于獲取所述本地平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述參考面的參考點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)處理模塊803還用于根據(jù)所述被測(cè)物體的所述平面位置坐標(biāo)式和所述距離數(shù)據(jù)計(jì)算獲取所述被測(cè)特體在所述本地平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)值,確定為平面位置坐標(biāo)。
當(dāng)然,所述測(cè)距模塊804還可以通過(guò)相機(jī)或云臺(tái)等其它結(jié)構(gòu)連接到所述裝置800,此時(shí),所述數(shù)據(jù)處理模塊803還用于為所述相機(jī)建立相機(jī)載體坐標(biāo)系以及為所述云臺(tái)建立云臺(tái)載體坐標(biāo)系,將所述目標(biāo)距離值依次轉(zhuǎn)換為所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo)、所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo)、所述裝置載體坐標(biāo)系的坐標(biāo)及所述裝置的所述平面坐標(biāo)系的坐標(biāo),具體轉(zhuǎn)換原理在上述遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法中已詳細(xì)描述,在此不在贅述。
所述位置估測(cè)模塊805用于定位獲取所述裝置800的地理坐標(biāo),比如為gps定位系統(tǒng)等。
所述定位處理模塊806用于根據(jù)所述平面位置坐標(biāo)以及所述裝置800的地理坐標(biāo),計(jì)算得到所述被測(cè)物體的地理坐標(biāo),以獲得所述被測(cè)物體的位置。
需要說(shuō)明的是,上述各模塊中,也可為每個(gè)模塊即為一個(gè)單獨(dú)的功能芯片,也可以是同一個(gè)芯片同時(shí)具有幾個(gè)模塊的功能,這都是可行的,其原理一樣。
請(qǐng)結(jié)合參閱圖9,為本發(fā)明的飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明同時(shí)提供一種飛行器900,包括無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901、動(dòng)力裝置902、云臺(tái)903、相機(jī)904、圖像處理器(未圖示)、數(shù)據(jù)處理器(未圖示)、測(cè)距傳感器905、定位裝置906和定位處理器(未圖示)。
所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901即無(wú)人機(jī)機(jī)身。
所述動(dòng)力裝置902裝配于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901,為所述飛行器900提供飛行動(dòng)力。本實(shí)施方式中,所述動(dòng)力裝置902為電機(jī)與螺旋槳。
所述云臺(tái)903用于搭載其它協(xié)助結(jié)構(gòu)裝置,如攝像機(jī)等,可用于調(diào)節(jié)被搭載結(jié)構(gòu)的角度和位置。
所述相機(jī)904固定于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901,用于取景、對(duì)位及拍攝等。
本實(shí)施方式中,具體的,所述相機(jī)904通過(guò)所述云臺(tái)903固定于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901。
所述圖像處理器裝設(shè)于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901,用于對(duì)所述目標(biāo)圖像進(jìn)行分析以獲取所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像中的位置參數(shù)以及用于獲取所述拍攝模塊的視角參數(shù),確定為數(shù)據(jù)參數(shù)。
具體的,所述位置參數(shù)包括所述被測(cè)物體200在所述目標(biāo)圖像的長(zhǎng)度方向上與所述目標(biāo)圖像中心點(diǎn)之間相隔的像素?cái)?shù)量(其中所述目標(biāo)圖像的右方為正方向)和所述被測(cè)物體200在所述目標(biāo)圖像的寬度方向上與所述目標(biāo)圖像中心點(diǎn)之間相隔的像素?cái)?shù)量(其中所述目標(biāo)圖像上方為正方向)。
所述數(shù)據(jù)處理器與所述圖像處理器通訊連接或電連接,用于為所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901建立飛行平臺(tái)載體坐標(biāo)系和本地平面坐標(biāo)系,并根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算所述被測(cè)物體200在所述飛行平臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為相對(duì)位置坐標(biāo)式;并用于根據(jù)所述相對(duì)位置坐標(biāo)式計(jì)算獲取所述被測(cè)物體200在所述本地平面坐標(biāo)系上的坐標(biāo),確定為平面位置坐標(biāo)式。
所述測(cè)距傳感器905固定于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901正下方,形成剛性連接,并與所述數(shù)據(jù)處理器通訊連接或電連接,用于測(cè)量獲取所述本地平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述參考面的參考點(diǎn)的距離數(shù)據(jù)。
故,所述數(shù)據(jù)處理器還用于根據(jù)所述被測(cè)物體200的所述平面位置坐標(biāo)式和所述距離數(shù)據(jù),計(jì)算獲取所述被測(cè)特體200在所述本地平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)值,確定為平面位置坐標(biāo)。
當(dāng)然,為了更高的定位精確度,所述數(shù)據(jù)處理器還用于為所述相機(jī)建立相機(jī)載體坐標(biāo)系以及為所述云臺(tái)建立云臺(tái)載體坐標(biāo)系,將所述數(shù)據(jù)參數(shù)依次轉(zhuǎn)換為所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo)、所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo)、所述飛行平臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo)及所述飛行平臺(tái)的所述平面坐標(biāo)系的坐標(biāo)。
即,所述數(shù)據(jù)處理器根據(jù)所述數(shù)據(jù)參數(shù)計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為第一位置坐標(biāo)式;并根據(jù)所述第一位置坐標(biāo)式、所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系到所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣以及所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)到所述相機(jī)載體坐標(biāo)系的原點(diǎn)的平移向量,計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述云臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),確定為第二位置坐標(biāo)式,通過(guò)所述第二位置坐標(biāo)式計(jì)算獲取所述被測(cè)物體在所述飛行平臺(tái)載體坐標(biāo)系的所述相對(duì)位置坐標(biāo)式。具體坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理在上述遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法中已詳細(xì)描述,在此不在贅述。
所述數(shù)據(jù)處理器還用于根據(jù)參考點(diǎn)到所述測(cè)距傳感器905的距離數(shù)據(jù),為所述測(cè)距傳感器905建立測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系,并根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)計(jì)算所述參考點(diǎn)在所述測(cè)距傳感器載體坐標(biāo)系的坐標(biāo),以及所述參考點(diǎn)在所述飛行平臺(tái)載體坐標(biāo)系的坐標(biāo)。各坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理同上,在此也不在贅述。
所述定位裝置906固定于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901并與所述數(shù)據(jù)處理器通訊連接或電連接,比如所述定位裝置906為gps定位系統(tǒng)等,用于定位獲取所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901的地理坐標(biāo)。
所述定位處理器固定于所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)901并與所述數(shù)據(jù)處理器通訊連接或電連接,用于根據(jù)所述平面位置坐標(biāo)以及所述無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)的地理坐標(biāo),計(jì)算得到所述被測(cè)物體200的地理坐標(biāo)。
與相關(guān)技術(shù)相比,本發(fā)明的遠(yuǎn)程測(cè)量物體坐標(biāo)的方法、裝置及飛行器通過(guò)獲取參考面上的被測(cè)物體的目標(biāo)圖像,并建立所述移動(dòng)平臺(tái)的所述載體坐標(biāo)系及本地平面坐標(biāo)系,通過(guò)所述被測(cè)物體在所述目標(biāo)圖像的位置的數(shù)據(jù)參數(shù)獲取所述被測(cè)物體在所述載體坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)式,再通過(guò)獲取所述本地平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述參考面的參考點(diǎn)的距離測(cè)量值以計(jì)算所述被測(cè)物體的平面位置坐標(biāo),通過(guò)獲取所述移動(dòng)平臺(tái)的地理坐標(biāo)后,結(jié)合所述被測(cè)物體的所述平面位置坐標(biāo),獲取所述被測(cè)物體的地理坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)快速且準(zhǔn)確的遠(yuǎn)程測(cè)量物體的坐標(biāo)的目的。
以上所述的僅是本發(fā)明的實(shí)施方式,在此應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下,還可以做出改進(jìn),但這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。