[发明专利]一种基于无人机采集点云与图像配准的巡检、测距方法

说明书

一种基于无人机采集点云与图像配准的巡检、测距方法，涉及激光雷达点云数据应用的技术领域。本发明通过所提出的相机内参获取以及位姿解算，实现无人机获取点云与拍摄图像的配准；通过所提出的配准可视化模块实现配准效果的可视化，通过所提出的隐患识别及定位，配准变换以及距离测算实现对监拍图像中隐患的识别、定位以及防护区与隐患之间实际距离的测量。

技术领域

本发明公开一种基于无人机采集点云与图像配准的巡检、测距方法，涉及激光雷达点云数据应用的技术领域。

背景技术

为提高对目标场景巡检效率，减少巡检成本，无人机在巡检领域具备广阔的发展前景，但由于无人机位姿解算太复杂，当前的隐患识别、测距一体化的方案仍多基于固定的监拍设备，本专利的提出解决了无人机、无人机搭载相机位姿解算的关键技术，将其用于三维点云与图像配准中，建立了三维到二维的映射关系，利用该关系，结合通用目标检测算法实现了对任意场景隐患的定位以及与防护区距离的测算功能。

在现有技术中，公开以下利用无人机测距的的方法：

中国专利文献CN115170745A公开《一种基于立体视觉的无人机测距方法》，但是该文献并未涉及利用位姿解算的方法来直接实现配准的相关技术，而是利用块匹配的方式间接的建立点云与图像之间的映射模型，该文献中涉及的技术方案不但可解释性差，而且需要大量的算力资源支撑，不适合针对大型复杂的应用场景。

除此之外，中国专利文献CN114140659A公开《一种基于无人机视角下人体检测的社交距离监控方法》，其方案是利用位姿解算方法进行点云与图像配准的技术实现，具体要求无人机搭载云台仅变换俯仰角度，这种解算实现难度较低。然而该方案却因为缺失对横滚角和偏航角的变换的技术环节导致无法达到对复杂应用场景可观的配准效果。

综上，当前无人机巡检的发展受其空中位姿解算复杂的制约，而现有的公开的解算技术多以限制无人机或云台某方向的飞行自由度为前提来解决这一问题，但这种限制是不合理的，在对某些复杂、保密场景中进行巡检时，限制其某方向的自由度是致命的，本发明通过对无人机起飞前初始状态的记录，利用三维旋转技术梳理点云到无人机惯导的转换关系，解决了无人机位姿解算这一难点，并且在此基础上，本发明结合识别技术，实现了对巡检场景的进一步分析。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开一种基于无人机采集点云与图像配准的巡检方法。

本发明还公开一种基于无人机采集点云与图像配准的测距方法。

发明概述：

本发明通过所提出的相机内参获取以及位姿解算，实现无人机获取点云与拍摄图像的配准；通过所提出的配准可视化模块实现配准效果的可视化，通过所提出的隐患识别及定位，配准变换以及距离测算实现对监拍图像中隐患的识别、定位以及防护区与隐患之间实际距离的测量。

本发明详细的技术方案：

一种基于无人机采集点云与图像配准的巡检方法，其特征在于，包括：

步骤S0：获取目标场景点云与图像数据，利用搭载激光雷达的无人机扫描目标场景，获取所需的点云与图像数据；

步骤S1：对所述点云与图像数据预处理，以剔除点云数据中的噪声点、以剔除图像数据中的模糊图像；

步骤S2：计算相机内参矩阵M，利用相机焦距、像素坐标系下的光心位置、相机底片大小以及相机成像尺寸计算相机内参矩阵M，计算过程如下：

在公式(1)中，f_x＝(f×U)/w，f_y＝(f×V)/h；相机焦距f，单位为mm；像素坐标系下的光心位置(c_x,c_y)；相机底片大小宽*高为w*h，单位分别为mm；相机成像尺寸宽*高为U*V，以像素为单位，上述参数均为常数；