申请/专利权人：南京理工大学

申请日：2023-12-25

公开（公告）日：2024-06-07

公开（公告）号：CN117519256B

主分类号：G05D1/46

分类号：G05D1/46;G05D1/495;G05D101/10;G05D109/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.07#授权;2024.02.27#实质审查的生效;2024.02.06#公开

摘要：本发明的无人机平台单目轨迹重构方法，通过基于飞行轨迹的轨迹重构理论，使用轨迹约束与视线约束相结合的方法来实现距离测量，并结合场景特点，对被动轨迹重构系统架构进行设计，建立包含数据转换、数据传输、参数获取、图像处理、数据计算等功能的信号处理流程与方法，通过一系列处理后，可以实现一定距离的高精度移动目标物轨迹重构。本发明所采用的基于飞行轨迹的单目被动轨迹重构是对运动目标物进行定位和轨迹重建的有效方法。

主权项：1.一种无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将摄像机固定在无人机平台上，对摄像机进行标定，得到摄像机的内参数和畸变系数，用于进行后续的图像校正和目标物追踪；步骤2、利用标定后的摄像机获取包含目标物信息的图像，对上述图像进行校正、阈值化处理，去除无关信息的干扰，获得目标物的图像像素坐标，并记录摄像机坐标系下的视线角度；步骤3、获取100帧以上带数据标签的图像信息，所述带数据标签的图像信息包括数据标签与步骤二中获取的包含目标物信息的图像，所述数据标签包括无人机平台位置姿态、无人机组合导航信息以及摄像机相对地理坐标系的位置姿态信息，对包含目标物信息的图像进行坐标变换，获得世界坐标系下摄像机至目标物的视线角数据，同时对数据进行缓存，结合无人机组合导航信息数据对带数据标签的图像信息进行置信度判断，保留有效的带数据标签的图像信息；具体如下：当目标物在图像中，且已获得100帧以上的带数据标签的图像信息时，利用数据健康度检测算法根据目标物所在图像位置、信息刷新间隔、组合导航信息对步骤二中提取到的目标物的图像像素坐标信息的置信度进行评估，得到单帧数据的置信度结果，舍去置信度较低的数据保留剩余数据作为有效数据，且有效数据大于100帧，降低传感器噪声、通讯延时、飞行平台抖动对轨迹重构带来的干扰；步骤4、利用轨迹重构算法对100帧以上的有效的带数据标签的图像信息进行处理，得到轨迹重构结果，同时依据无人机平台在空间中的运动方式以及步骤2中目标物在图像中的位置闭环执行目标物追踪，具体如下：当目标物在图像中，且已占据大于八个像素点时，机载控制器结合当前的目标物像素尺寸动态调节变焦倍率，使得目标物在图像中占据合理的大小，进行目标物跟踪，并计算得到目标物中心点；依据无人机平台在空间中的运动方式以及步骤2中目标物在图像中的位置闭环执行目标物追踪，具体如下：当获取F帧的有效数据后，F≥100，结合成像模型 令令得到针孔成像模型下各点的坐标关系QiXi＝si；积累100帧以上的有效数据后，记F帧有效数据下运动目标物三维轨迹记F次有效数据下构成的矩阵为s,得到QX＝s，其中1iF，计算代价函数关于运动目标物三维轨迹X的梯度，并令其等于0，得到目标物三维轨迹的解进而求得目标物的运行轨迹，同时依据目标物在图像中的位置以及无人机平台在空间中的运动方式闭环执行目标物追踪；其中，mi为第i帧有效数据中目标物在图像坐标系下的横坐标，ni为第i帧有效数据中目标物在图像坐标系中的纵坐标，δi为目标物相对于摄像机镜头的待求深度，Xi为第i帧有效数据中目标物的NED坐标系下的三维坐标，为第i帧有效数据中目标物的NED坐标系下的三维齐次坐标，Qi为已知量，si为已知量，Xi为目标物三维轨迹，矩阵Q为δ为平滑参数，H为平滑矩阵，Pi为第i帧摄像机的投影矩阵，为第i帧图像数据中投影矩阵的第一行的前三列，为第i帧图像数据投影矩阵的第三行的前三列，为第i帧图像数据投影矩阵的第三行的第四列，为矩阵QTQ+δHTH的伪逆；F次观测数据下，平滑矩阵其中，i表示矩阵的第i列，j表示矩阵的第j列。

全文数据：

权利要求：

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