[发明专利]通过单张航拍观测图像计算飞行器六自由度位姿的方法

权利要求书

1.一种通过单张航拍观测图像计算飞行器六自由度位姿的方法，其特征在于，包括步骤：通过在单张飞行器航拍观测图像与卫星地图之间提取并匹配特征点，然后根据匹配结果计算飞行器的六自由度位姿，从而计算出飞行器的位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的通过单张航拍观测图像计算飞行器六自由度位姿的方法，其特征在于，包括子步骤：

S1，根据视觉里程计或惯性测量单元计算出飞行器的第一位置，根据第一位置的GPS提取第一位置的卫星地图，然后分别提取并匹配卫星地图与观测图像的特征点；

S2，基于步骤S1得到飞行器观测图像与卫星地图之间的特征点匹配后，根据卫星地图上特征点的像素坐标按照如下公式计算出卫星地图上每个特征点的经纬度坐标

其中，w和h分别是局部卫星地图图像的宽度和高度，C_lon和C_lat是局部卫星地图中心点像素的经度和纬度；ρ_lon和ρ_lat分别是卫星地图上每个像素的经度和纬度跨度；

S3，将特征点的经纬度坐标变换到地心坐标系下，再由地心坐标系变换到以飞行器起飞点为站点的东北天坐标系下，特征点的东北天坐标系坐标表示为：

其中，N是匹配特征点的数量；

S4，将旋转矩阵R和三维平移t作为待求解的未知量，得到卫星地图上特征点在相机坐标系下的坐标，表示为：

相机观测图像上的匹配特征点通过相机内参矩阵K变换到相机坐标系下，表示为：

观测图像上的匹配特征点与相机中心的连线形成向量，向量与的方向相同，以此构造线性方程，并采用求解线性方程组的方法求解出飞行器在东北天坐标系下的位置和姿态。

3.根据权利要求2所述的通过单张航拍观测图像计算飞行器六自由度位姿的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述以此构造线性方程，并采用求解线性方程组的方法求解出飞行器在东北天坐标系下的位置和姿态包括子步骤：

是一个三自由度向量，存在两个与之正交的方向向量，这两个与之正交的方向向量存在于的零空间中，则记为：

其中，r和s是与相正交的两个方向向量，则存在：

在与的方向相同的条件下，则存在：

上式中，共包含R和t的12个未知量，每对匹配特征点提供两条等式约束，使用至少6对匹配特征点即能求解出相机坐标，然后采用一般求解线性方程组的方法求解出飞行器在东北天坐标系下的位置和姿态。

4.根据权利要求3述的通过单张航拍观测图像计算飞行器六自由度位姿的方法，其特征在于，在步骤S4中，包括子步骤：将旋转矩阵R设为：

5.根据权利要求1所述的通过单张航拍观测图像计算飞行器六自由度位姿的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述特征点包括SURF特征点。

6.根据权利要求1～5任一项所述的通过单张航拍观测图像计算飞行器六自由度位姿的方法，其特征在于，所述飞行器包括无人机。