[发明专利]一种无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法

权利要求书

1.一种无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法，其特征在于，所述无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法包括以下步骤：

步骤(1)：使用无人机搭载的双目相机获取待测关键目标的双目视觉信息，利用无人机的GPS获得无人机实时飞行的经纬度信息和高度信息；

步骤(2)：根据双目视觉模型计算待测目标在世界坐标系中的三维坐标，构建双目视觉针孔模型，实现世界坐标、相机坐标、物理坐标和像素坐标之间的转换；

步骤(3)：基于双目视觉空间定位原理实现双目标定，然后根据标定结果对图像进行畸变矫正和双目立体矫正，最后将双目图像中的对应点进行稀疏立体匹配，获取双目图像之间的位置对应关系；

步骤(4)：根据目标空间信息和无人机实时飞行数据，构建一个目标三维空间定位坐标系转换关系模型，推导出关键目标的高度；

步骤(5)：通过无人机地理经纬度、高度、方位角以及无人机和关键目标在基准世界坐标系下的坐标，构建无人机地理经纬度、高度、方位角和关键目标的转化模型，计算关键目标的地理坐标即经纬度；

步骤(6)：利用关键目标的经纬度信息和高度信息指引无人机巡检飞行，使无人机在输电线-路巡检过程中能够直接飞到异常发热、损坏部件和关键部件位置进行输电线路的异常检测或损坏检测。

2.根据权利要求1所述的一种无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法，其特征在于，步骤(2)中，利用双目视觉模型计算待测目标在世界坐标系中的三维坐标的具体步骤为：

21)首先使用旋转矩阵R和平移矩阵T处理待测目标在世界坐标系的坐标，得到对应的相机坐标中的坐标，将世界坐标系中的三维坐标记为[X_w,Y_w,Z_w]，得到的相机坐标系坐标记为[X_c,Y_c,Z_c]，转换公式为其中R代表旋转矩阵，T代表平移矩阵，r₁₁～r₃₃是旋转矩阵R中的元素，t₁～t₃是平移矩阵T的元素；

22)在理想的针孔成像模型下，根据步骤21)中相机坐标系中的坐标和三角形相似原理能够计算出图像坐标系中的坐标：其中f代表双目相机的焦距；

23)步骤22)中图像坐标代表了三维物体在二维图像上的位置信息，在不考虑镜头畸变因素影响情况下，根据相机的像元尺寸将图像坐标进行离散化，得到像素坐标系中的坐标其中d_x和d_y分别代表像素在x轴和y轴方向上的物理尺寸，即像素坐标u和v；

24)结合双目视觉模型在各个坐标系之间的转换关系，求出世界坐标系和像素坐标系之间的直接转换关系其中u₀和v₀代表主点坐标，M₁是相机内参矩阵，M₂是相机外参矩阵，P为内参矩阵和外参矩阵的乘积，从而根据待测目标的像素坐标直接计算出与之对应的三维世界坐标。

3.根据权利要求1所述的一种无人机输电线路巡检中关键目标空间定位方法，其特征在于，步骤(3)中，实现双目标定、立体矫正和稀疏立体匹配的具体步骤为：

31)根据无人机搭载双目相机拍摄的待测目标图像，拍摄多组包含不同位置的清盘个标定板图像，根据提取到的角点间的关系求解所需要的参数；

32)根据步骤31)的双目相机标定结果，对无人机搭载的双目相机拍摄到的双目图像进行矫正，包括图像畸变矫正和双目立体矫正；

33)对矫正后的双目图像I₁进行基于改进SURF算法的稀疏立体匹配。