本發(fā)明涉及無人機(jī)定位，具體而言，涉及一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法。

背景技術(shù)：

1、高效準(zhǔn)確的定位坐標(biāo)方法是影響無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的重要因素，目前通常使用衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、慣性導(dǎo)航技術(shù)，又或者是兩者的結(jié)合來作為無人機(jī)導(dǎo)航及定位的方法，其中，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全球覆蓋、全天候工作，無地域限制且不受天氣影響；慣性導(dǎo)航技術(shù)則能夠做到短期內(nèi)的高精度定位。

2、然而，從定位精度的角度考慮，民用gps接收機(jī)在開放環(huán)境下的水平定位精度通常在5-10米左右，所以基于衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的高精度作業(yè)；慣性導(dǎo)航技術(shù)是一種利用慣性傳感器(如加速度計(jì)和陀螺儀)來測量物體的運(yùn)動狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對物體位置、速度和姿態(tài)進(jìn)行連續(xù)測量和推算的導(dǎo)航技術(shù)，但由于累積誤差、漂移等情況，使得無人機(jī)在長時間作業(yè)的情況下，也無法具備較高的精度。

3、因此，如何設(shè)計(jì)一種高精度的定位坐標(biāo)方法尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，旨在解決當(dāng)前技術(shù)中無人機(jī)長時間作業(yè)的情況下，定位精度較差的問題。

2、本發(fā)明提出的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，包括：

3、基于衛(wèi)星定位技術(shù)，獲取無人機(jī)的坐標(biāo)并記為第一模糊定位坐標(biāo)，對所述第一模糊定位坐標(biāo)進(jìn)行第一精確化處理，得到第一精確定位坐標(biāo)；

4、在無人機(jī)側(cè)面設(shè)置角度固定的攝像采集裝置，無人機(jī)勻速移動，并在開始移動與結(jié)束移動時，分別通過攝像采集裝置獲取起始立面圖與結(jié)束立面圖；

5、將所述起始立面圖與結(jié)束立面圖分別轉(zhuǎn)換為灰度圖并基于si?ft算法選取所述灰度圖中的一個關(guān)鍵點(diǎn)；根據(jù)無人機(jī)的移動距離與兩個灰度圖中關(guān)鍵點(diǎn)的移動距離獲取無人機(jī)的計(jì)算高度；

6、根據(jù)無人機(jī)的精確定位坐標(biāo)與航向角獲取計(jì)算經(jīng)度與計(jì)算緯度；

7、基于衛(wèi)星定位技術(shù)，再次獲取無人機(jī)的坐標(biāo)并記為第二模糊定位坐標(biāo)，對所述第二模糊定位坐標(biāo)進(jìn)行第二精確化處理，得到第二精確定位坐標(biāo)；

8、根據(jù)無人機(jī)的計(jì)算高度、計(jì)算經(jīng)度、計(jì)算緯度與第二精確定位坐標(biāo)中高度、經(jīng)度與緯度關(guān)系分別確定高度調(diào)整系數(shù)、經(jīng)度調(diào)整系數(shù)與緯度調(diào)整系數(shù)；則所述無人機(jī)的實(shí)際坐標(biāo)為實(shí)時獲取的精確定位坐標(biāo)與與對應(yīng)調(diào)整系數(shù)的乘積。

9、進(jìn)一步地，所述第一精確化處理包括：

10、通過至少兩種不同的衛(wèi)星定位，獲取若干個所述模糊定位坐標(biāo)以及每個所述模糊定位坐標(biāo)對應(yīng)的精確度信任因子，根據(jù)所述模糊定位坐標(biāo)和所述精確度信任因子處理，得到所述第一精確定位坐標(biāo)；

11、所述精確定位坐標(biāo)滿足以下關(guān)系：

12、

13、其中，x、y、z分別表示無人機(jī)的精確定位坐標(biāo)的經(jīng)度、緯度與高度；xi、y?i、z?i分別表示無人機(jī)在第i個衛(wèi)星系統(tǒng)中給出的經(jīng)度、緯度與高度。

14、進(jìn)一步地，所述精確度信任因子根據(jù)信噪比、定位誤差估計(jì)值以及無人機(jī)當(dāng)前位置下能夠接收到并使用的衛(wèi)星數(shù)量獲得；

15、所述精確度信任因子通過以下關(guān)系獲得：

16、

17、其中，ωi表示第i個衛(wèi)星系統(tǒng)的精確度信任因子，σi表示第i個衛(wèi)星系統(tǒng)的定位誤差估計(jì)值；snri表示第i個衛(wèi)星系統(tǒng)的信噪比；snrmax表示所有衛(wèi)星系統(tǒng)中最高的信噪比；ni表示第i個衛(wèi)星系統(tǒng)的可見衛(wèi)星數(shù)量；nmax表示是所有衛(wèi)星系統(tǒng)中可見衛(wèi)星數(shù)量的最大值。

18、進(jìn)一步地，當(dāng)基于s?i?ft算法選取所述灰度圖中的一個關(guān)鍵點(diǎn)時，包括：

19、獲取所有所述灰度圖中的特征點(diǎn)的對比度，分別計(jì)算不同灰度圖中的同一特征點(diǎn)的對比度平均值與對比度均方誤差值，并根據(jù)每個特征點(diǎn)的所述對比度平均值與對比度均方誤差值選取一個關(guān)鍵點(diǎn)。

20、進(jìn)一步地，根據(jù)每個特征點(diǎn)的所述對比度平均值與對比度均方誤差值選取一個關(guān)鍵點(diǎn)時，選取可靠性評估值最大的特征點(diǎn)作為關(guān)鍵點(diǎn)，所述可靠性評估值滿足以下關(guān)系：

21、

22、其中，f為可靠性評估值，α、β為常數(shù)，為對比度平均值，m2為對比度均方誤差值。

23、進(jìn)一步地，根據(jù)無人機(jī)的移動距離與兩個灰度圖中關(guān)鍵點(diǎn)的移動距離獲取無人機(jī)的計(jì)算高度，包括：

24、對兩個灰度圖分別以相同位置為原點(diǎn)、以相同方向?yàn)閤軸與y軸，建立直角坐標(biāo)系，分別獲取兩個灰度圖中關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)所述坐標(biāo)計(jì)算兩個灰度圖中關(guān)鍵點(diǎn)的距離；

25、獲取無人機(jī)的運(yùn)動時間與航向角，計(jì)算無人機(jī)的位移距離，所述無人機(jī)的運(yùn)動距離滿足以下關(guān)系：

26、x＝v·t·cosθ；

27、其中，x為無人機(jī)的位移距離，表示與拍攝面平行方向上的位移值；v為無人機(jī)運(yùn)動速度，t為無人機(jī)運(yùn)動時間。

28、根據(jù)兩個灰度圖中關(guān)鍵點(diǎn)的距離與無人機(jī)的運(yùn)動距離獲取比例尺的大??；獲取任一灰度圖中關(guān)鍵點(diǎn)與地面的距離，并根據(jù)比例尺計(jì)算得到無人機(jī)的計(jì)算高度。

29、進(jìn)一步地，根據(jù)無人機(jī)的精確定位坐標(biāo)與航向角獲取計(jì)算經(jīng)度與計(jì)算緯度，包括：

30、所述計(jì)算緯度滿足以下關(guān)系：

31、

32、其中，φ為計(jì)算緯度，r為地球半徑。

33、進(jìn)一步地，根據(jù)無人機(jī)的精確定位坐標(biāo)與航向角獲取計(jì)算經(jīng)度與計(jì)算緯度，還包括：

34、所述計(jì)算緯度滿足以下關(guān)系：

35、

36、其中，λ為計(jì)算經(jīng)度。

37、進(jìn)一步地，所述高度調(diào)整系數(shù)為所述計(jì)算高度與第二精確定位坐標(biāo)中高度之比；所述經(jīng)度調(diào)整系數(shù)為所述計(jì)算經(jīng)度與第二精確定位坐標(biāo)中經(jīng)度之比；所述緯度調(diào)整系數(shù)為所述計(jì)算緯度與第二精確定位坐標(biāo)中緯度之比。

38、進(jìn)一步地，所述第二精確化處理中，所述精確定位坐標(biāo)滿足以下關(guān)系：

39、

40、其中，x、y、z分別表示無人機(jī)的精確定位坐標(biāo)的經(jīng)度、緯度與高度；xi、y?i、z?i分別表示無人機(jī)在第i個衛(wèi)星系統(tǒng)中給出的經(jīng)度、緯度與高度。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

42、通過將衛(wèi)星定位和視覺定位技術(shù)結(jié)合，提供了一種高精度的無人機(jī)定位方法。首先，衛(wèi)星定位技術(shù)為無人機(jī)提供了初步的坐標(biāo)信息，但由于其精度受限，該方案通過對這些模糊坐標(biāo)進(jìn)行精確化處理，得到更準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)。然后，無人機(jī)側(cè)裝的攝像頭在無人機(jī)移動過程中采集的立面圖像，結(jié)合s?ift算法提取的關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)一步提高了定位精度。通過將視覺數(shù)據(jù)與衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合，即使在衛(wèi)星信號較弱的環(huán)境下，視覺定位仍能提供重要的輔助信息，確保定位結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。無人機(jī)的移動高度、經(jīng)緯度等多維度數(shù)據(jù)都能被精準(zhǔn)計(jì)算，并通過調(diào)整系數(shù)進(jìn)一步修正定位誤差。此外，方案中還包括對關(guān)鍵點(diǎn)的可靠性評估，確保選擇的特征點(diǎn)能夠穩(wěn)定可靠地匹配。通過動態(tài)調(diào)整和多次精確化處理，該方法能實(shí)時、準(zhǔn)確地提供無人機(jī)的精確定位坐標(biāo)，適用于長時間作業(yè)和各種復(fù)雜環(huán)境中的無人機(jī)任務(wù)。

技術(shù)特征：

1.一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，所述第一精確化處理包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，所述精確度信任因子根據(jù)信噪比、定位誤差估計(jì)值以及無人機(jī)當(dāng)前位置下能夠接收到并使用的衛(wèi)星數(shù)量獲得；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，當(dāng)基于sift算法選取所述灰度圖中的一個關(guān)鍵點(diǎn)時，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，根據(jù)每個特征點(diǎn)的所述對比度平均值與對比度均方誤差值選取一個關(guān)鍵點(diǎn)時，選取可靠性評估值最大的特征點(diǎn)作為關(guān)鍵點(diǎn)，所述可靠性評估值滿足以下關(guān)系：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，根據(jù)無人機(jī)的移動距離與兩個灰度圖中關(guān)鍵點(diǎn)的移動距離獲取無人機(jī)的計(jì)算高度，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，根據(jù)無人機(jī)的精確定位坐標(biāo)與航向角獲取計(jì)算經(jīng)度與計(jì)算緯度，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，根據(jù)無人機(jī)的精確定位坐標(biāo)與航向角獲取計(jì)算經(jīng)度與計(jì)算緯度，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，所述高度調(diào)整系數(shù)為所述計(jì)算高度與第二精確定位坐標(biāo)中高度之比；所述經(jīng)度調(diào)整系數(shù)為所述計(jì)算經(jīng)度與第二精確定位坐標(biāo)中經(jīng)度之比；所述緯度調(diào)整系數(shù)為所述計(jì)算緯度與第二精確定位坐標(biāo)中緯度之比。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭的采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，其特征在于，所述第二精確化處理中，所述精確定位坐標(biāo)滿足以下關(guān)系：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及無人機(jī)定位技術(shù)領(lǐng)域，公開了基于無人機(jī)側(cè)裝攝像頭采集立面參照物視覺定位坐標(biāo)方法，包括：基于衛(wèi)星定位技術(shù)，獲取無人機(jī)的坐標(biāo)并記為第一模糊定位坐標(biāo)，對所述第一模糊定位坐標(biāo)進(jìn)行第一精確化處理，得到第一精確定位坐標(biāo)；通過攝像采集裝置獲取起始立面圖與結(jié)束立面圖；將所述起始立面圖與結(jié)束立面圖分別轉(zhuǎn)換為灰度圖并一個關(guān)鍵點(diǎn)；獲取無人機(jī)的計(jì)算高度；獲取計(jì)算經(jīng)度與計(jì)算緯度；基于衛(wèi)星定位技術(shù)，再次獲取第二精確定位坐標(biāo)；確定高度調(diào)整系數(shù)、經(jīng)度調(diào)整系數(shù)與緯度調(diào)整系數(shù)；則所述無人機(jī)的實(shí)際坐標(biāo)為實(shí)時獲取的精確定位坐標(biāo)與與對應(yīng)調(diào)整系數(shù)的乘積。本發(fā)明結(jié)合衛(wèi)星定位和視覺定位技術(shù)，在各種環(huán)境下保持了高精度的定位性能。

技術(shù)研發(fā)人員：楊肖坤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鄂爾多斯市翔天飛宇無人飛行器科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23