傾斜攝影定位定姿方法及系統(tǒng)和飛機定位定姿方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及攝影測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及傾斜攝影定位定姿方法及系統(tǒng)和飛機定 位定姿方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機場飛機調(diào)度中，希望在指揮中心實時獲取每一架飛機的位置和方向，可以采 用的方法包括攝影測量方法、雷達測距方法、衛(wèi)星導(dǎo)航定位方法、電信基站定位方法等。其 中，攝影測量方法利用相機拍照技術(shù)，對圖像上的目標進行提取和分析，對目標進行定位定 姿，是一種高精度的定位定姿方法。
[0003] 傳統(tǒng)的攝影測量方法中，包括一種垂直下視攝影測量方法，其要求相機拍攝地面 時，鏡頭的方向垂直向下，以保證相機的成像平面與地面平行或近似平行。但此方法在機場 環(huán)境中并不適用，因為，相機必須固定在機場的建筑上，而機場建筑相對于機場跑道的長度 來說顯得過于矮小，相機為了觀測到全部或者部分跑道，只能選擇傾斜攝影，傾斜的角度以 與地面的夾角為15度到30度為宜，故需采用傾斜攝影測量方法。而傳統(tǒng)的傾斜攝影測量方 法，如一種基于大重疊度多航帶圖像的方法，其重疊度以航帶內(nèi)55%以上、航帶間15%以上 為基本要求，其中航帶，指的是左右或者上下相鄰的多張序列圖像。而在機場環(huán)境中，分布 式布設(shè)的多個相機之間的重疊度小于10%，相機的數(shù)量以剛好覆蓋整個機場為宜，飛機只 會至多出現(xiàn)在一個相機的視野范圍之內(nèi)，因此，傳統(tǒng)的傾斜攝影測量方法也不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是提供一種傾斜攝影定位定姿方法及系統(tǒng)和飛機定位定姿方法及系 統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：
[0006] -種傾斜攝影定位定姿方法，包括如下步驟：
[0007]步驟1，攝影設(shè)備以預(yù)設(shè)傾斜角度拍攝待定位定姿物體，獲取包含所述待定位定姿 物體的成像的圖像；
[0008] 步驟2,調(diào)整所述待定位定姿物體的三維模型的位姿參數(shù)，使所述三維模型在所述 圖像對應(yīng)的像幅內(nèi)的投影的二維輪廓與所述成像的二維輪廓吻合，提取吻合時所述三維模 型的位姿參數(shù)；
[0009] 步驟3,將吻合時所述三維模型的位姿參數(shù)作為所述待定位定姿物體的位姿參數(shù)。 [0010]本發(fā)明的有益效果是：調(diào)整待定位定姿物體的三維模型的位姿參數(shù)，將吻合時三 維模型的位姿參數(shù)作為待定位定姿物體的位姿參數(shù)，其能高精度實現(xiàn)待定位定姿物體的位 姿參數(shù)測量，并且僅需采集單幅圖像，操作簡單，能夠有效實現(xiàn)待定位定姿物體只會至多出 現(xiàn)在一個攝影設(shè)備的視場范圍之內(nèi)的位姿參數(shù)測量。
[0011] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進。
[0012] 進一步，所述步驟2的具體實現(xiàn)包括如下步驟：
[0013] 步驟21，預(yù)設(shè)所述三維模型的位姿參數(shù)，并生成所述三維模型在所述像幅內(nèi)的投 影；
[0014] 步驟22,判斷初始位姿參數(shù)對應(yīng)的所述投影的二維輪廓是否與所述成像的二維輪 廓套合;是，則執(zhí)行步驟25;否，則在所述初始位姿參數(shù)的基礎(chǔ)上執(zhí)行步驟23;
[0015] 步驟23,粗調(diào)所述三維模型的位姿參數(shù)，并生成所述三維模型在所述像幅內(nèi)的投 影；
[0016] 步驟24,判斷粗調(diào)位姿參數(shù)對應(yīng)的所述投影的二維輪廓是否與所述成像的二維輪 廓套合;是，則執(zhí)行步驟25，否，則在當(dāng)前粗調(diào)位姿參數(shù)的基礎(chǔ)上返回執(zhí)行步驟23;
[0017] 步驟25,使用非線性最優(yōu)化方法，在預(yù)設(shè)空間范圍內(nèi)修改套合時所述三維模型的 位姿參數(shù)，并生成所述三維模型在所述像幅內(nèi)的投影，搜索吻合度極小值點，所述極小值點 對應(yīng)的所述三維模型的位姿參數(shù)即為所述三維模型在所述圖像對應(yīng)的像幅內(nèi)的投影的二 維輪廓與所述成像的二維輪廓吻合時所述三維模型的位姿參數(shù)；
[0018] 其中，所述套合為所述投影的二維輪廓與所述成像的二維輪廓的重合度在預(yù)設(shè)重 合范圍內(nèi)；
[0019] 所述吻合度根據(jù)如下第一公式計算，
[0020] 所述第一公式如下所示：
[0022] 其中，所述F為所述吻合度，所述Pll為所述投影的二維輪廓中的任一離散點，所述 P2i為所述成像的二維輪廓中與所述pii距離最近的離散點，所述Distance (pu，p2i)為所述 Pll與所述p2l之間的距離，所述M為所述投影的二維輪廓中離散點的個數(shù)。
[0023] 采用上述進一步方案的有益效果是，只有當(dāng)投影的二維輪廓與成像的二維輪廓套 合后，才采用非線性最優(yōu)化方法搜索吻合度極小值點，將極小值點對應(yīng)的三維模型的位姿 參數(shù)作為投影的二維輪廓與成像的二維輪廓吻合時三維模型的位姿參數(shù);降低非線性最優(yōu) 化方法的計算量，且提高投影的二維輪廓與成像的二維輪廓的吻合程度，進一步提高待定 位定姿物體的位姿參數(shù)測量的精度。
[0024]進一步，所述生成所述三維模型在所述像幅內(nèi)的投影的具體實現(xiàn)包括如下步驟： [0025]步驟a，用所述攝影設(shè)備拍攝平面標定板，解算所述攝影設(shè)備的內(nèi)方位元素；用所 述攝影設(shè)備以所述預(yù)設(shè)傾斜角度拍攝具有控制點的目標，并量測所述控制點的像點的坐 標，根據(jù)所述控制點的坐標和所述像點的坐標，解算所述攝影設(shè)備的外方位元素；
[0026]步驟b，設(shè)所述三維模型的參考坐標系ο-xyz的xoy平面與所述待定位定姿物體所 在的地面重合;根據(jù)如下第一公式組計算所述三維模型的多個任一點在所述像幅內(nèi)的像 點，獲取所述三維模型在所述像幅內(nèi)的投影；
[0027] 所述第一公式組如下所示：
[0029] 其中，所述1〇、}^、；|^4、1^1、1?、口1和口2為所述內(nèi)方位元素，所述1'11、1'12、1'13、121、『22、 1'23、1'31山2、1'33、乂5、￥5和25為所述外方位兀素，
，所述(X，Y，Z)為 所述三維模型的任一點在所述參考坐標系〇-xyz中的坐標，所述(x，y)為所述三維模型在所 述參考坐標系ο-xyz中坐標為(X，Y，Z)的點在所述像幅內(nèi)的像點的坐標，所述（Δχ，Ay)為 坐標為(X，y)的像點的畸變量；
[0030] 根據(jù)如下第二公式組求解任一位姿參數(shù)對應(yīng)的所述三維模型的任一點在所述參 考坐標系ο-xyz中的坐標；
[0031] 所述第二公式組如下所示：
[0033] 其中，所述(X"，Y"，Z"）為所述三維模型的位姿參數(shù)為(0,0,0)時，所述三維模型的 任一點在所述參考坐標系o-xyz中的坐標，其可通過將所述三維模型的位姿參數(shù)設(shè)置為(0， 〇,〇)，對所述三維模型進行掃描，并將掃描獲取的坐標乘以所述待定位定姿物體與所述三 維模型的比例因子獲得;所述0 11^，￥1也，011^)為所述三維模型的任一位姿參數(shù);所述(乂/， 疒，Z')為所述三維模型的位姿參數(shù)為(0,0,0)時所述三維模型在所述參考坐標系o-xyz中 坐標為(X"，Y"，z"）的點在所述三維模型的位姿參數(shù)為〇^^，￥^^，0^^)時在所述參考坐標 系o-xyz中的坐標。
[0034] 進一步，所述傾斜攝影定位定姿方法還包括步驟4,將當(dāng)前幀圖像對應(yīng)的求解的所 述待定位定姿物體的位姿參數(shù)作為下一幀圖像對應(yīng)的所述待定位定姿物體的三維模型的 初始位姿參數(shù)，返回執(zhí)行步驟1至3求解所述下一幀圖像對應(yīng)的所述待定位定姿物體的位姿 參數(shù)，依次迭代，實現(xiàn)視頻圖像中每一幀圖像對應(yīng)的所述待定位定姿物體的位姿參數(shù)的求 解。
[0035] 采用上述進一步方案的有益效果是，將當(dāng)前幀圖像對應(yīng)的求解的待定位定姿物體 的位姿參數(shù)作為下一幀圖像對應(yīng)的待定位定姿物體的三維模型的初始位姿參數(shù)，提高初始 位姿參數(shù)的準確性，降低下一幀圖像對應(yīng)的待定位定姿物體的位姿參數(shù)求解過程中粗調(diào)和 非線性最優(yōu)化方法的計算量，且提高投影的二維輪廓與成像的二維輪廓的吻合程度，進一 步提高下一幀圖像對應(yīng)的待定位定姿物體的位姿參數(shù)測量的精度;并且依次迭代，實現(xiàn)視 頻圖像中每一幀圖像對應(yīng)的待定位定姿物體的位姿參數(shù)的求解，實現(xiàn)待定位定姿物體的實 時定位定姿。
[0036]本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下：
[0037] -種飛機定位定姿方法，采用上述一種傾斜攝影定位定姿方法實現(xiàn)飛機的定位定 姿，所述待定位定姿物體為飛機。
[0038] 本發(fā)明的有益效果是:實現(xiàn)了由于機場環(huán)境限制，飛機只會至多出現(xiàn)在一個攝影 設(shè)備的視場范圍之內(nèi)的位姿參數(shù)測量。
[0039]本發(fā)明的另一技術(shù)方案如下：
[0040] -種傾斜攝影定位定姿系統(tǒng)，包括攝影設(shè)備、吻合位姿參數(shù)求解模塊和賦值模塊；
[0041] 所述攝影設(shè)備，其用于以預(yù)設(shè)傾斜角度拍攝待定位定姿物體，獲取包含所述待定 位定姿物體的成像的圖像；
[0042] 所述吻合位姿參數(shù)求解模塊，其用于調(diào)整所述待定位定姿物體的三維模型的位姿 參數(shù)，使所述三維模型在所述圖像對應(yīng)的像幅內(nèi)的投影的二維輪廓與所述成像的二維輪廓 吻合，提取吻合時所述三維模型的位姿參數(shù)；
[0043]所述賦值模塊，其用于將吻合時所述三維模型的位姿參數(shù)作為所述待定位定姿物 體的位姿參數(shù)。
[0044]