[发明专利]一种基于ESP的飞行相机构图调整问题的建模与求解方法

说明书

本发明公开了一种基于ESP的飞行相机构图调整问题建模与求解方法，属于路径规划领域。自动调整飞行相机位置以使得现实世界中的感兴趣对象能够成像至照片的特定位置是一个复杂且具有挑战性的问题。针对该问题尚无完全解决的通用方法，目前一般采用基于非线性优化的建模与求解方法，通过迭代算法给出目标位置的近似解，或通过非迭代算法给出目标位置的范围解，均未能有效给出精确闭式解。本发明针对典型情形下面向两个感兴趣对象的构图调整问题，通过分析飞行相机目标位置解空间的几何性质，将原问题建模为计算几何领域中的欧氏最短路径(Euclidean Shortest Path，ESP)问题，并提出一种全新的基于ESP的求解方法，以此可以不做迭代地给出飞行相机目标位置的精确闭式解。

技术领域

本发明属于路径规划技术领域，更具体地，涉及一种基于ESP的飞行相机构图调整问题的建模与求解方法。

背景技术

自动调整飞行相机位置以使得现实世界中的感兴趣对象能够成像至照片的特定位置是一个复杂且具有挑战性的问题。为表述方便，将该问题简称为“构图调整”问题。

考虑到构图调整问题本身的复杂性及相机投影方程的非线性，几乎所有的现有方法都将原问题建模为一个非线性优化问题，同时将待解的飞行相机目标位置内嵌至优化问题中的目标函数或约束函数内部，从而在物理意义上将原问题表达为在目标位置解空间中的搜索问题。于是，现有方法均围绕着如何改进解空间的搜索算法展开讨论。

截至目前，尚无完全解决构图调整问题的通用方法：这些现有方法要么通过迭代算法给出了目标位置的近似解(往往耗费大量计算时间)，要么通过非迭代算法给出了目标位置的范围解(多解给实际应用带来麻烦)，均未能有效给出目标位置的精确闭式解。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于ESP的飞行相机构图调整问题的建模与求解方法，其目的在于得到飞行相机目标位置的精确闭式解。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于ESP的飞行相机构图调整问题建模方法，包括：

S1.确定球体障碍物i的球心在世界坐标系中的三维坐标Q_i、球半径r_i、飞行相机的初始位置C₀，以及由Q₁、Q₂和ω确定的目标圆环面Ω；其中，ω为飞行相机在目标位置C^*调整姿态后感兴趣对象Q_i所成像能落于图像中的期望位置P_i时对应的飞行相机的期望视线张角；i＝1，2；

S2.在具有两个球体障碍物i的三维欧氏空间中，求解飞行相机从初始位置C₀通往目标圆环面Ω、并且与任何球体障碍物内部都不相交的最短路径；所述最短路径终点位于由Q₁、Q₂和C₀三点共同确定的半平面∏与目标圆环面Ω的相交圆弧A上。

本发明还提供了一种基于上述建模方法的求解方法，包括：

S1.判断飞行相机初始位置C₀所处区域：