[发明专利]一种无人机位姿计算方法、电子设备及存储介质

说明书

本发明提供了一种无人机位姿计算方法，包括以下步骤：步骤1、提取卫星地图中与无人机航拍图像相匹配的特征点；步骤2、根据相匹配的特征点及坐标系变换关系，建立无人机的位姿与特征点高度的求解方程，即可求解得到无人机位姿与地面特征点高度。本发明能够根据单张航拍图像计算飞机位姿，同时求解出卫星地图上特征点的高度，从而消除卫星地图上特征点高度不同对无人机位姿估计精度的影响。

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及一种无人机位姿计算方法、电子设备及存储介质。

背景技术

无人机视觉定位是无人机通过机载相机的图像数据进行自身定位的技术，这项技术在GPS失效的情况下，对无人机的安全作业具有十分重要的价值。无人机的视觉定位系统在无人机飞行的过程中不断地递推飞机当前时刻的位置，但这种递推得到的位置会随着时间的推移而产生累积误差。为了消除累积误差，需要每隔一段时间进行一次校准，也就是计算飞机在世界坐标系下的绝对位置。

目前一种计算飞机绝对位置的方法是对飞机观测图像和卫星地图之间进行特征点匹配，然后根据匹配关系求解飞机位置。卫星地图只能得到特征点的经纬度坐标，而不能得到特征点的高度，传统方法在求解飞机位置时，假设所有特征点处在相同的高度上。当飞机飞行高度较高时，地面上点的高度差异可以忽略，但当飞机的飞行高度较低时，地面上特征点的高度差异比较明显(建筑、山地等突出的物体或起伏的地形遮挡飞机观测图像的画面)，高度一致的假设会导致无人机的位置求解产生较大误差，其中高度一致的假设为：假设地面上的所有物体处在同一水平面上，且是二维的。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提供了一种无人机位姿计算方法、电子设备及存储介质，在根据卫星地图与航拍图像特征点匹配求解飞机位置时，可以同时求解出卫星地图上特征点的高度，从而消除卫星地图上特征点高度不同对无人机位姿估计精度的影响。该方案主要针对无人机飞行高度较低的情况，此时特征点的高度不同对无人机位姿的估计影响较大。

本发明采用的技术方案如下：一种无人机位姿计算方法，包括以下步骤：

步骤1、提取卫星地图中与无人机航拍图像相匹配特征点；

步骤2、根据相匹配的特征点及坐标系变换关系，建立无人机的位姿与特征点高度的求解方程，即可求解得到无人机位姿与特征点高度；

其中，步骤2中求解方程的建立过程为：将卫星地图中特征点的坐标依次变换到地心直角坐标系、东北天坐标系，再通过东北天坐标系到相机坐标系的相对变换关系，将坐标变换到相机坐标系下；无人机航拍图像中的特征点投影到相机坐标系的深度归一化平面上，投影点与相机光心连线构成一个三维方向向量，在零空间中得到两个与所述三维方向向量正交的方向向量r和s；相机坐标系下的卫星地图中特征点与相机光心连线构成的方向向量，满足分别与两个正交方向向量r和s的内积为零，从而建立求解方程。

进一步的，所述步骤2中，东北天坐标系以飞机起飞点为站点建立。

进一步的，所述步骤2中，东北天坐标系下的卫星地图中特征点坐标为：

其中，为卫星地图中特征点在地心直角坐标系下的坐标，为特征点p_i在卫星地图中获取的经纬高坐标，经纬度坐标由卫星地图像素坐标计算得到，是地面上特征点的高度，为待求解的变量；N是在处的地球基准椭球高度，a和b分别是地球经度切平面椭圆的长半轴和短半轴；R^enu和t^enu表示系地心直角坐标系到东北天坐标系的相对变换关系，由起飞点的经纬度高坐标计算得到，将其表示为：

。

进一步的，所述步骤2中，东北天坐标系到相机坐标系的相对变换关系为：