[发明专利]RTK与高速相机组合的交通标志杆姿态监测装置及方法

权利要求书

1.一种RTK与高速相机组合的交通标志杆姿态监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、高速相机在不同姿态下拍摄棋盘标定板像片，使用张正友棋盘标定法完成高速相机内参数的标定；

B、将交通标志杆姿态检测装置安装于移动载体上，同步开启高速相机、GNSS接收机，进行交通标志杆监测视频拍摄、高频实时GNSS-RTK测量；

C、按帧分解交通标志杆监测视频，使用自适应综合特征法提取视频的关键帧；

D、根据GNSS接收机与高速相机的空间位置关系，计算相应时刻拍摄站站心直角坐标；

E、选取三幅及以上关键帧，使用SIFT算法进行特征点匹配，利用多像相对定向稳健估计方法计算姿态矩阵；

F、利用三幅及以上关键帧模拟多目视觉成像的三角测量模型，建立附摄站坐标信息的多像单目视觉坐标测量模型，求解交通标志杆特征点坐标；

G、建立交通标志杆特征点序列的空间直线模型，利用SVD求解模型方程，通过空间直线方向向量计算拟合标志杆的倾斜角；

所述计算相应时刻拍摄站站心直角坐标具体步骤为：

A、读取RTK测量三个及以上连续历元的站心直角坐标、时间，建立时间与站心直角坐标多项式拟合方程模型，最小二乘法求解拟合方程；

B、由拟合方程，以插值方式求单个历元的测站站心直角坐标；

C、在测站站心直角坐标竖直方向增加ΔH即得到摄站站心直角坐标；

所述利用多像相对定向稳健估计方法计算姿态矩阵步骤为：

A、分别用i,j,k表示选取的三幅及以上关键帧，利用两幅像片的本质矩阵原理列出i,j与j,k相对定向平差模型，求解双像本质矩阵Eij,Ejk；

B、分别利用本质矩阵元素按照下式计算i,j与j,k的相对姿态矩阵初值：

其中，b＝(bX,bY,bZ)T为双像基线，||·||表示向量模，e为双像本质矩阵元素；

C、利用三个及以上摄站形成的基线向量闭合条件和姿态矩阵传递条件，使用i,j与j,k的两个双像本质矩阵表示i,k双像本质矩阵，导出i,k的本质矩阵关系式，建立顾及i,j与j,k本质矩阵相关的多像相对定向平差模型；

D、利用i,j与j,k的相对姿态矩阵初值，建立多像相对定向平差模型，进而利用稳健最小二乘方法迭代计算本质矩阵，收敛后再次计算i,j与j,k的相对姿态矩阵，重复以上步骤，直至i,j与j,k的相对姿态矩阵收敛，多像相对定向平差模型稳健估计方法为：

其中，表示待求的本质矩阵拉直向量，分别表示系数阵，为观测值，为约束向量，表示稳健等价权阵，表示约束向量的无限权，

所述F步骤具体为：

A、以第j幅关键帧为左高速相机像片，第i幅关键帧为右高速相机像片，则由双目视觉测量原理列出同名像点的站心直角坐标与j摄站的站心直角坐标及j,i关键帧相对姿态矩阵相关的4个方程；

B、以第j幅关键帧为左高速相机像片，第k幅关键帧为右高速相机像片，则由双目视觉测量原理列出同名像点p的站心直角坐标与j摄站的站心直角坐标及j,k关键帧相对姿态矩阵相关的4个方程；

C、同时顾及j,i、j,k双像相对姿态矩阵和它们之间的相关性，采用i,j,k三幅关键帧进行视觉测量，则由双目视觉测量原理列出同名像点的站心直角坐标与j摄站的站心直角坐标及j,i、j,k关键帧相对姿态矩阵相关的6个方程，求解方程获得像点三维坐标。