倾斜摄影定位定姿方法及系统和飞机定位定姿方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及摄影测量技术领域，特别涉及倾斜摄影定位定姿方法及系统和飞机定 位定姿方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在机场飞机调度中，希望在指挥中心实时获取每一架飞机的位置和方向，可以采 用的方法包括摄影测量方法、雷达测距方法、卫星导航定位方法、电信基站定位方法等。其 中，摄影测量方法利用相机拍照技术，对图像上的目标进行提取和分析，对目标进行定位定 姿，是一种高精度的定位定姿方法。
[0003] 传统的摄影测量方法中，包括一种垂直下视摄影测量方法，其要求相机拍摄地面 时，镜头的方向垂直向下，以保证相机的成像平面与地面平行或近似平行。但此方法在机场 环境中并不适用，因为，相机必须固定在机场的建筑上，而机场建筑相对于机场跑道的长度 来说显得过于矮小，相机为了观测到全部或者部分跑道，只能选择倾斜摄影，倾斜的角度以 与地面的夹角为15度到30度为宜，故需采用倾斜摄影测量方法。而传统的倾斜摄影测量方 法，如一种基于大重叠度多航带图像的方法，其重叠度以航带内55%以上、航带间15%以上 为基本要求，其中航带，指的是左右或者上下相邻的多张序列图像。而在机场环境中，分布 式布设的多个相机之间的重叠度小于10%，相机的数量以刚好覆盖整个机场为宜，飞机只 会至多出现在一个相机的视野范围之内，因此，传统的倾斜摄影测量方法也不适用。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是提供一种倾斜摄影定位定姿方法及系统和飞机定位定姿方法及系 统，解决现有技术中存在的上述问题。
[0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006] -种倾斜摄影定位定姿方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1，摄影设备以预设倾斜角度拍摄待定位定姿物体，获取包含所述待定位定姿 物体的成像的图像；
[0008] 步骤2,调整所述待定位定姿物体的三维模型的位姿参数，使所述三维模型在所述 图像对应的像幅内的投影的二维轮廓与所述成像的二维轮廓吻合，提取吻合时所述三维模 型的位姿参数；
[0009] 步骤3,将吻合时所述三维模型的位姿参数作为所述待定位定姿物体的位姿参数。 [0010]本发明的有益效果是：调整待定位定姿物体的三维模型的位姿参数，将吻合时三 维模型的位姿参数作为待定位定姿物体的位姿参数，其能高精度实现待定位定姿物体的位 姿参数测量，并且仅需采集单幅图像，操作简单，能够有效实现待定位定姿物体只会至多出 现在一个摄影设备的视场范围之内的位姿参数测量。
[0011] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0012] 进一步，所述步骤2的具体实现包括如下步骤：
[0013] 步骤21，预设所述三维模型的位姿参数，并生成所述三维模型在所述像幅内的投 影；
[0014] 步骤22,判断初始位姿参数对应的所述投影的二维轮廓是否与所述成像的二维轮 廓套合;是，则执行步骤25;否，则在所述初始位姿参数的基础上执行步骤23;
[0015] 步骤23,粗调所述三维模型的位姿参数，并生成所述三维模型在所述像幅内的投 影；
[0016] 步骤24,判断粗调位姿参数对应的所述投影的二维轮廓是否与所述成像的二维轮 廓套合;是，则执行步骤25，否，则在当前粗调位姿参数的基础上返回执行步骤23;
[0017] 步骤25,使用非线性最优化方法，在预设空间范围内修改套合时所述三维模型的 位姿参数，并生成所述三维模型在所述像幅内的投影，搜索吻合度极小值点，所述极小值点 对应的所述三维模型的位姿参数即为所述三维模型在所述图像对应的像幅内的投影的二 维轮廓与所述成像的二维轮廓吻合时所述三维模型的位姿参数；
[0018] 其中，所述套合为所述投影的二维轮廓与所述成像的二维轮廓的重合度在预设重 合范围内；
[0019] 所述吻合度根据如下第一公式计算，
[0020] 所述第一公式如下所示：
[0022] 其中，所述F为所述吻合度，所述Pll为所述投影的二维轮廓中的任一离散点，所述 P2i为所述成像的二维轮廓中与所述pii距离最近的离散点，所述Distance (pu，p2i)为所述 Pll与所述p2l之间的距离，所述M为所述投影的二维轮廓中离散点的个数。
[0023] 采用上述进一步方案的有益效果是，只有当投影的二维轮廓与成像的二维轮廓套 合后，才采用非线性最优化方法搜索吻合度极小值点，将极小值点对应的三维模型的位姿 参数作为投影的二维轮廓与成像的二维轮廓吻合时三维模型的位姿参数;降低非线性最优 化方法的计算量，且提高投影的二维轮廓与成像的二维轮廓的吻合程度，进一步提高待定 位定姿物体的位姿参数测量的精度。
[0024]进一步，所述生成所述三维模型在所述像幅内的投影的具体实现包括如下步骤： [0025]步骤a，用所述摄影设备拍摄平面标定板，解算所述摄影设备的内方位元素；用所 述摄影设备以所述预设倾斜角度拍摄具有控制点的目标，并量测所述控制点的像点的坐 标，根据所述控制点的坐标和所述像点的坐标，解算所述摄影设备的外方位元素；
[0026]步骤b，设所述三维模型的参考坐标系ο-xyz的xoy平面与所述待定位定姿物体所 在的地面重合;根据如下第一公式组计算所述三维模型的多个任一点在所述像幅内的像 点，获取所述三维模型在所述像幅内的投影；
[0027] 所述第一公式组如下所示：
[0029] 其中，所述1〇、}^、；|^4、1^1、1?、口1和口2为所述内方位元素，所述1'11、1'12、1'13、121、『22、 1'23、1'31山2、1'33、乂5、￥5和25为所述外方位兀素，
，所述(X，Y，Z)为 所述三维模型的任一点在所述参考坐标系〇-xyz中的坐标，所述(x，y)为所述三维模型在所 述参考坐标系ο-xyz中坐标为(X，Y，Z)的点在所述像幅内的像点的坐标，所述（Δχ，Ay)为 坐标为(X，y)的像点的畸变量；
[0030] 根据如下第二公式组求解任一位姿参数对应的所述三维模型的任一点在所述参 考坐标系ο-xyz中的坐标；
[0031] 所述第二公式组如下所示：
[0033] 其中，所述(X"，Y"，Z"）为所述三维模型的位姿参数为(0,0,0)时，所述三维模型的 任一点在所述参考坐标系o-xyz中的坐标，其可通过将所述三维模型的位姿参数设置为(0， 〇,〇)，对所述三维模型进行扫描，并将扫描获取的坐标乘以所述待定位定姿物体与所述三 维模型的比例因子获得;所述0 11^，￥1也，011^)为所述三维模型的任一位姿参数;所述(乂/， 疒，Z')为所述三维模型的位姿参数为(0,0,0)时所述三维模型在所述参考坐标系o-xyz中 坐标为(X"，Y"，z"）的点在所述三维模型的位姿参数为〇^^，￥^^，0^^)时在所述参考坐标 系o-xyz中的坐标。
[0034] 进一步，所述倾斜摄影定位定姿方法还包括步骤4,将当前帧图像对应的求解的所 述待定位定姿物体的位姿参数作为下一帧图像对应的所述待定位定姿物体的三维模型的 初始位姿参数，返回执行步骤1至3求解所述下一帧图像对应的所述待定位定姿物体的位姿 参数，依次迭代，实现视频图像中每一帧图像对应的所述待定位定姿物体的位姿参数的求 解。
[0035] 采用上述进一步方案的有益效果是，将当前帧图像对应的求解的待定位定姿物体 的位姿参数作为下一帧图像对应的待定位定姿物体的三维模型的初始位姿参数，提高初始 位姿参数的准确性，降低下一帧图像对应的待定位定姿物体的位姿参数求解过程中粗调和 非线性最优化方法的计算量，且提高投影的二维轮廓与成像的二维轮廓的吻合程度，进一 步提高下一帧图像对应的待定位定姿物体的位姿参数测量的精度;并且依次迭代，实现视 频图像中每一帧图像对应的待定位定姿物体的位姿参数的求解，实现待定位定姿物体的实 时定位定姿。
[0036]本发明的另一技术方案如下：
[0037] -种飞机定位定姿方法，采用上述一种倾斜摄影定位定姿方法实现飞机的定位定 姿，所述待定位定姿物体为飞机。
[0038] 本发明的有益效果是:实现了由于机场环境限制，飞机只会至多出现在一个摄影 设备的视场范围之内的位姿参数测量。
[0039]本发明的另一技术方案如下：
[0040] -种倾斜摄影定位定姿系统，包括摄影设备、吻合位姿参数求解模块和赋值模块；
[0041] 所述摄影设备，其用于以预设倾斜角度拍摄待定位定姿物体，获取包含所述待定 位定姿物体的成像的图像；
[0042] 所述吻合位姿参数求解模块，其用于调整所述待定位定姿物体的三维模型的位姿 参数，使所述三维模型在所述图像对应的像幅内的投影的二维轮廓与所述成像的二维轮廓 吻合，提取吻合时所述三维模型的位姿参数；
[0043]所述赋值模块，其用于将吻合时所述三维模型的位姿参数作为所述待定位定姿物 体的位姿参数。
[0044]