[发明专利]一种基于视差法的近距飞机位姿测量方法

说明书

本发明涉及一种基于视差法的近距飞机位姿测量方法，用于高空近距条件下飞机位置定位及姿态求解，可用于空中加油过程中受油机的位姿解算,包括：平行两个相机内外参的标定及图像校正；通过检测跟踪算法获得飞机初始定位区域后，进行立体匹配，求解三维点云；通过边缘特征等方法分类标识二维特征点，结合三维点云，形成若干三维特征点集，求解三维点集的平面方程。滤除背景点及噪声点后，平面方程结合飞机的形状特征求解飞机的空间姿态；本方法采用图像特征与形貌特征相结合的方式，能够有效的实现近距飞机位姿测量，减少了立体视觉匹配算法耗费的时间，并无需在飞机上增添合作标识，具有快速有效、实现便捷、实用性强、算法便于移植等特点，易在实际项目中使用。

技术领域

本方法涉及飞机位姿测量方法，具体涉及一种基于视差法，且二维图像与三维点云相结合的飞机位姿测量方法。

背景技术

视差法是立体视觉较为常用的算法之一。视差法实是模拟人类视觉原理，使用计算机被动感知距离的方法。从两个或者多个点观察一个物体，获取在不同视角下的图像，根据图像之间像素的匹配关系，通过三角测量原理计算出像素之间的偏移来获取物体的三维信息。

视差法的对应像素匹配的过程中，由于视差搜索范围不易确定，使匹配极易出现错误。不合适的视差搜索范围容易使立体匹配算法陷入局部最小值。预先设定的视差搜索范围过大或者过小都可能导致视差法中匹配的错误。以最大视差为例,若给定的最大视差过大,则可能增大误匹配。并且消耗更多的计算时间和内存空间；若过小,则计算不出正确的视差。同时在很多应用中，无法预先知道场景的视差范围,需要人工的标定和预估。但是这种方法并不能适用于实际的立体视觉系统。

通过视差图获得三维点云后，没有快速有效的点云匹配方法实现飞机的实时位姿结算。Besl和Mckay提出的ICP(迭代最近点法)虽经过多年的发展，不断地得到了完善和补充，有了很大的提升，也是解决基于自由形态曲面的配准问题主要手段之一，但是仍需要较大的计算量及多次的迭代过程，在计算时间上并不具有优势。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于视差法的近距飞机位姿测量方法，能够在实际复杂背景环境的情况下，实现较为准确且能保证实时性的飞机位姿测量。

为达到上述目的，本方法的技术方案是这样实现的：

1、基于视差法的近距飞机位姿测量方法，该方法包括：

a、对平行放置的两个相机，定义以左相机光心为坐标轴原点的相机坐标系。通过标定获得两个相机的内部参数与两个相机的外部参数(即旋转矩阵和平移向量)。使用内外参数和相机之间的外部参数对两个相机拍摄到的二维图像进行校正。

b、预先拍摄上千张(数量可根据实际需求调整，本发明经过试验确定为三千张)实际使用且含有飞机的二维图像，标注出仅含飞机区域的二维图像作为正样本集，同时标注出非飞机区域的二维图像作为负样本集。通过正负样本集训练出飞机分类器。使用飞机分类器分别在两个相机的校正后的二维图像中检测出飞机区域。将二维图像中检测出的飞机区域代入跟踪算法，在二维图像中对飞机区域进行跟踪，结合检测算法和跟踪算法分别获得的飞机区域及算法对应权重，获得在两个相机中的二维图像中飞机初始定位区域；

c、将两个相机中的二维图像中飞机初始定位区域进行立体匹配，获得视差图，对视差图进行求解得到左相机的二维图像中飞机初始定位区域的三维点云；

d、在左相机的二维图像中飞机初始定位区域进行点筛选，结合步骤c中的三维点云，获得飞机头部及尾翼所在平面中关键点的三维点集的和飞机机翼平面中关键点的三维点集，使用RANSAC求解每个三维点集的平面方程，获得飞机头部及尾翼所在平面和飞机机翼平面的平面方程；