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； 所述吻合度根据如下第一公式计算， 所述第一公式如下所示：其中，所述F为所述吻合度，所述P11为所述投影的二维轮廓中的任一离散点，所述P21为 所述成像的二维轮廓中与所述Pli距离最近的离散点，所述〇131曰]1[6(口11，口2〇为所述口11与所 述P21之间的距离，所述Μ为所述投影的二维轮廓中离散点的个数。3. 根据权利要求2所述一种倾斜摄影定位定姿方法，其特征在于，所述生成所述Ξ维模 型在所述像幅内的投影的具体实现包括如下步骤： 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W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； 步骤b，设所述Ξ维模型的参考坐标系o-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Ξ维模型的多个任一点在所述像幅内的像点，获 取所述Ξ维模型在所述像幅内的投影； 所述第一公式组如下所示：其中，所述xo、yo、fχ、fy、kl、k2、pl和p2为所述内方位元素，所述:rll、:rl2、:rl3、r2l、r22、r23、 Γ31、Γ32、Γ33、Xs、Ys和Zs为所述外方位元素，所娃所述(X，Y，Z )为所 述Ξ维模型的任一点在所述参考坐标系0-xyz中的坐标，所述(x，y)为所述Ξ维模型在所述 参考坐标系o-xyz中坐标为(Χ,Υ,Ζ)的点在所述像幅内的像点的坐标，所述（Δ X, Δ y)为坐 标为(X，y)的像点的崎变量； 根据如下第二公式组求解任一位姿参数对应的所述Ξ维模型的任一点在所述参考坐 标系o-xyz中的坐标； 所述第二公式组如下所示：其中，所述(x"，r，z")为所述Ξ维模型的位姿参数为(0,0,0)时，所述Ξ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Ξ维模型的位姿参数设置为(0，0， 0)，对所述Ξ维模型进行扫描，并将扫描获取的坐标乘W所述待定位定姿物体与所述Ξ维 模型的比例因子获得;所述化nit，Yinit，0init)为所述S维模型的任一位姿参数;所述(χ/， γ/，Ζ/ )为所述Ξ维模型的位姿参数为(0,0,0)时所述Ξ维模型在所述参考坐标系0-xyz中 坐标为(r，r，Z")的点在所述Ξ维模型的位姿参数为(Xinit，Yinit，0init)时在所述参考坐标 系0-xyz中的坐标。4. 根据权利要求2至3任一所述一种倾斜摄影定位定姿方法，其特征在于，所述倾斜摄 影定位定姿方法还包括步骤4,将当前帖图像对应的求解的所述待定位定姿物体的位姿参 数作为下一帖图像对应的所述待定位定姿物体的Ξ维模型的初始位姿参数，返回执行步骤 1至3求解所述下一帖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 像中每一帖图像对应的所述待定位定姿物体的位姿参数的求解。5. -种飞机定位定姿方法，其特征在于，采用权利要求1至4任一所述一种倾斜摄影定 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。6. -种倾斜摄影定位定姿系统，其特征在于，包括摄影设备、吻合位姿参数求解模块和 赋值模块； 所述摄影设备，其用于W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； 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Ξ维模型的位姿参 数，使所述Ξ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Ξ维模型的位姿参数； 所述赋值模块，其用于将吻合时所述Ξ维模型的位姿参数作为所述待定位定姿物体的 位姿参数。7. 根据权利要求6所述一种倾斜摄影定位定姿系统，其特征在于，所述吻合位姿参数求 解模块包括初始单元、第一判断单元、粗调单元、第二判断单元、优化单元和投影生成单元； 所述初始单元，其用于预设所述Ξ维模型的位姿参数，并驱动所述投影生成单元工作； 所述第一判断单元，其用于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，则驱动所述优化单元工作；否，则在所述初始位姿参数的基础上 驱动所述粗调单元工作； 所述粗调单元，其用于粗调所述Ξ维模型的位姿参数，并驱动所述投影生成单元工作； 所述第二判断单元，其用于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，则驱动所述优化单元工作，否，则在当前粗调位姿参数的基础上 驱动所述粗调单元工作； 所述优化单元，其用于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Ξ 维模型的位姿参数，并驱动所述投影生成单元工作，捜索吻合度极小值点，所述极小值点对 应的所述Ξ维模型的位姿参数即为所述Ξ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Ξ维模型的位姿参数； 所述投影生成单元，其用于根据接收的所述Ξ维模型的位姿参数生成所述Ξ维模型在 所述像幅内的投影； 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； 所述吻合度根据如下第一公式计算， 所述第一公式如下所示：其中，所述F为所述吻合度，所述Ρ11为所述投影的二维轮廓中的任一离散点，所述Ρ21为 所述成像的二维轮廓中与所述Pli距离最近的离散点，所述〇131曰11[6(口11，口2〇为所述口11与所 述P21之间的距离，所述Μ为所述投影的二维轮廓中离散点的个数。8. 根据权利要求7所述一种倾斜摄影定位定姿系统，其特征在于， 所述投影生成单元具体功能包括如下步骤： 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W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； 步骤b，设所述Ξ维模型的参考坐标系o-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Ξ维模型的多个任一点在所述像幅内的像点，获 取所述Ξ维模型在所述像幅内的投影； 所述第一公式组如下所示：其中，所述xo、yo、fχ、fy、kl、k2、pl和p2为所述内方位元素，所述:rll、:rl2、:rl3、r2l、r22、r23、 Γ31、Γ32、Γ33、Xs、Ys和Zs为所述外方位元素，所娃所述(X，Y，Z )为所 述Ξ维模型的任一点在所述参考坐标系0-xyz中的坐标，所述(x，y)为所述Ξ维模型在所述 参考坐标系o-xyz中坐标为(Χ,Υ,Ζ)的点在所述像幅内的像点的坐标，所述（Δ X, Δ y)为坐 标为(X，y)的像点的崎变量； 根据如下第二公式组求解任一位姿参数对应的所述Ξ维模型的任一点在所述参考坐 标系o-xyz中的坐标； 所述第二公式组如下所示：其中，所述(x"，r，z")为所述Ξ维模型的位姿参数为(0,0,0)时，所述Ξ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Ξ维模型的位姿参数设置为(0，0， 0)，对所述Ξ维模型进行扫描，并将扫描获取的坐标乘W所述待定位定姿物体与所述Ξ维 模型的比例因子获得;所述化nit，Yinit，0init)为所述S维模型的任一位姿参数;所述(χ/， γ/，Ζ/ )为所述Ξ维模型的位姿参数为(0,0,0)时所述Ξ维模型在所述参考坐标系0-xyz中 坐标为(r，r，Z")的点在所述Ξ维模型的位姿参数为(Xinit，Yinit，0init)时在所述参考坐标 系0-xyz中的坐标。9. 根据权利要求7至8任一所述一种倾斜摄影定位定姿系统，其特征在于，所述倾斜摄 影定位定姿系统还包括驱动模块，其用于将当前帖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帖图像对应的所述待定位定姿物体的Ξ维模型的初始位姿参数，驱动 所述摄影设备、吻合位姿参数求解模块和赋值模块工作，求解所述下一帖图像对应的所述 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帖图像对应的所述待定位定 姿物体的位姿参数的求解。10. -种飞机定位定姿系统，其特征在于，采用权利要求6至9任一所述一种倾斜摄影定 位定系统实现飞机的定位定姿，所述待定位定姿物体为飞机。
【专利摘要】本发明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，包括摄影设备以预设倾斜角度拍摄待定位定姿物体，获取包含待定位定姿物体的成像的图像；调整待定位定姿物体的三维模型的位姿参数，获取三维模型在图像对应的像幅内的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；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。本发明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。
【IPC分类】G01C11/12
【公开号】CN105571573
【申请号】CN201511018614
【发明人】王晓南, 赵丽科, 郑顺义, 朱中尉, 王建亮
【申请人】南京中观软件技术有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月29日