[发明专利]一种无控制点下的单幅无人机影像定位方法

说明书

本发明提供一种无控制点下的单幅无人机影像定位方法，包括两个阶段定位，第一阶段是基于摄影测量的无人机影像粗定位阶段，第二个阶段是基于建筑物语义特征的无人机影像精校准阶段。在第二阶段中，提取建筑物中的语义特征信息，更符合人类感知世界的方式，语义信息较手工不变性特征的鲁棒性更强。同时在第二阶段中提出的加权的各向异性尺度迭代最近点方法可以解决尺度不一致的问题，通过误匹配点剔除、加权迭代的方法改进改善了配准效果。本发明不需要控制点信息，减少人工作业时间。本发明提出的摄影测量粗定位‑基于建筑物语义特征精配准的两阶段定位方法，实现了无人机影像的秒级、地物级定位。

技术领域

本发明属于无人机影像定位技术领域，具体地，涉及一种基于无控制点下的单幅无人机影像定位方法。

背景技术

无人机起源于军事应用，20世纪四五十年代开始应用于军事侦查领域。我国1970年之后开始自主研制无人机用于情报收集、通讯联络、目标跟踪等任务，以无人机为代表的无人作战系统在军事上具有不可比拟的优势。2010年以后在民用航空摄影等领域也蓬勃发展，创造了极为客观的经济效益，工业界称2015年为“无人机元年”，无人机成为快速发展的消费类电子产品。

定位无人机拍摄的影像，是无人机多种典型应用的基础，既是无人机影像理解的内在任务，也是后续完成目标打击、目标跟踪等任务的关键。现有的无人机影像定位方法仍沿用传统的航空影像定位流程，大致如下：首先，在接到某区域的定位任务后，进行相机检校、资料收集工作，规划无人机作业航线，派出专业测绘人员在测绘区域人工布设控制点并精确的记录控制点参数；然后根据既定航线进行无人机航拍作业，获取无人机拍摄的影像及拍摄时的无人机位姿信息；完成测绘区域的外场作业后，根据产品需求统一对获取的影像数据和无人机位姿信息进行空三加密、影像校正、三维建模等后处理，得到符合产品规范的地理信息产品。

当前，无人机影像定位任务开始受到世界各国研究人员的关注，在该领域进行了一些卓有成效的研究，在针对于同一无人机拍摄的同源、序列无人机影像的快速处理和分析，取得了一些可喜的研究成果。但是，现阶段该领域研究的主导思想和影像定位流程仍沿用传统航空影像的定位流程，作业流程复杂、需要专业人员人工布设控制点和后处理才能得到定位产品，没有考虑无人机航拍影像姿态多变、位姿信息不准确、影像失真等问题导致单幅无人机影像的定位误差大。传统的影像定位处理流程背离了无人机快速灵活的获取信息这一优势，且定位要求严格，对单幅无人机影像的定位误差大，无法满足紧急情况下的无人机影像定位需求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种无控制点下的单幅无人机影像定位方法，通过该方法不需要人工布设控制点即不需要控制点信息且无需拍摄多幅无人机序列影像，在只有单幅无人机原始影像、相机内外参数的情况下就能够实现无人机影像的秒级、地物级定位，有效提高了仅利用摄影测量方法对单幅无人机影像的定位精度。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案如下：

一种无控制点下的单幅无人机影像定位方法，包括：

(1)获取单幅原始无人机影像U、相机内参数I以及拍摄无人机影像U时的无人机位姿参数POS，解算无人机影像U在大地坐标系中的位置；

(2)将无人机影像U在大地坐标系中的坐标转换到Web Mercator投影坐标系下；从网络地图中爬取对应位置的卫星影像S；

(3)求解无人机影像U与卫星影像S在图像坐标系之间的位置变换关系T₁，将无人机影像U叠加在卫星影像S上显示，完成无人机影像U在卫星影像S的粗定位；

(4)基于训练好的卫星影像建筑物提取预训练模型和无人机影像建筑物提取预训练模型分别提取卫星影像S和无人机影像U中的建筑物，得到两幅二值图像；

(5)分别提取两幅二值图像中的所有建筑物对象，计算无人机影像U对应的二值图像中的建筑物对象与卫星影像S对应的二值图像中每个建筑物对象的相似度，确定候选建筑物匹配对象；