位姿测量方法、装置、设备及介质与流程

本发明一般涉及姿态估计，具体涉及一种位姿测量方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、随着无人机技术的不断发展，无人机作为一种灵活、高效、低风险、全天侯的态势感知平台，已经越来越多地应用在日常生活中，在无人机运行的过程中，自主着陆技术非常重要。其中，无人机自主着陆是指无人机在非人为操作的状态下，仅依靠机载设备完成着陆过程，在计算机视觉技术的快速发展过程中，基于计算机视觉算法实现自主着陆的应用也越来越广泛，通过提取跑道特征信息，估计出无人机的飞行状态和相对于着陆点的位置和方位信息，并结合其他机载传感器，实现飞机的自主、准确着陆控制。为了提高执行任务的成功率和安全性，对无人机的位姿测量进行研究显得尤为重要。

2、目前，相关技术中是采用基于线特征的方法，通过提取地平面或跑道合作标志线等特征实现位姿测量估计，然而该方案在无人机自主着陆末端，由于相机视野受限以及建筑物、植被遮挡等因素影响，使得地平面或者跑道合作标志线提取受限，导致无人机位姿测量的准确度较低。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种位姿测量方法、装置、设备及介质。

2、第一方面，本发明提供了一种位姿测量方法，该方法包括：

3、获取跑道位置信息、相机位置信息、相机参数信息和跑道图像；所述跑道为无人机待着陆的跑道，所述相机安装在所述无人机上；

4、根据所述跑道位置信息、所述相机位置信息、所述跑道图像和所述相机参数信息，建立世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系之间的坐标转换关系；所述坐标转换关系中包括所述世界坐标系与所述相机坐标系转换的平移向量和旋转矩阵；

5、确定所述旋转矩阵中各个元素与欧拉角之间的角度转换关系；

6、对所述跑道图像进行分析，构建各个跑道边缘线的跑道边缘线方程；

7、基于所述跑道边缘线方程、所述坐标转换关系和所述角度转换关系，确定所述相机相对所述跑道的姿态信息和位置信息。

8、在其中一个实施例中，根据所述跑道位置信息、所述相机位置信息、所述跑道图像和所述相机参数信息，建立世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系之间的坐标转换关系，包括：

9、根据所述跑道位置信息建立所述世界坐标系，并根据所述相机位置信息建立所述相机坐标系，根据所述跑道图像建立所述图像坐标系；所述图像坐标系包括图像主点坐标系和图像像素坐标系；

10、建立所述世界坐标系与所述相机坐标系之间的第一转换关系，并根据所述相机参数信息建立所述相机坐标系与所述图像坐标系之间的第二转换关系；

11、对所述第一转换关系和所述所述第二转换关系进行处理，建立所述坐标变换关系。

12、在其中一个实施例中，所述姿态信息包括俯仰角和航向角；基于所述跑道边缘线方程、所述坐标转换关系和所述角度转换关系，确定所述相机相对所述跑道的姿态信息，包括：

13、根据所述跑道边缘线方程，确定消影点；所述消影点为各个跑道边缘线之间的交点；

14、根据所述角度转换关系和所述坐标转换关系，确定所述消影点在所述图像像素坐标系中的消影点像素坐标；

15、根据所述消影点像素坐标，计算所述相机相对所述跑道的俯仰角和航向角。

16、在其中一个实施例中，所述位置信息包括高度和侧偏距；基于所述跑道边缘线方程、所述坐标转换关系和所述角度转换关系，确定所述相机相对所述跑道的位置信息，包括：

17、根据所述跑道边缘线方程计算各个跑道边缘线的斜率值；

18、获取所述跑道的跑道宽度值，并根据所述跑道宽度值，确定所述各个跑道边缘线上跑道边缘点在所述世界坐标系中的边缘点世界坐标；

19、根据所述边缘点世界坐标、所述坐标转换关系、所述角度转换关系，确定元素系数值；所述元素系数值用于表征所述旋转矩阵中各个元素的关系；

20、基于所述元素系数值和所述斜率值，计算所述相机在所述世界坐标系中的坐标值，并将各个所述坐标值作为所述高度和所述侧偏距。

21、在其中一个实施例中，根据所述边缘点世界坐标、所述坐标转换关系、所述角度转换关系，确定元素系数值，包括：

22、根据所述边缘点世界坐标和所述坐标转换关系，确定所述跑道边缘点在所述图像主点坐标系中的边缘点主点坐标；

23、根据所述角度转换关系、所述坐标转换关系、所述边缘点主点坐标，确定元素系数值。

24、在其中一个实施例中，对所述跑道图像进行分析，构建各个跑道边缘线的跑道边缘线方程，包括：

25、从所述跑道图像中提取各个跑道边缘线的跑道边缘线特征；

26、对各个所述跑道边缘线特征进行分析，得到各个跑道边缘线的跑道边缘线方程。

27、第二方面，本技术实施例提供了位姿测量装置，该装置包含：

28、获取模块，用于获取跑道位置信息、相机位置信息、相机参数信息和跑道图像；所述跑道为无人机待着陆的跑道，所述相机安装在所述无人机上；

29、建立模块，用于根据所述跑道位置信息、所述相机位置信息、所述跑道图像和所述相机参数信息，建立世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系之间的坐标转换关系；所述坐标转换关系中包括所述世界坐标系与所述相机坐标系转换的平移向量和旋转矩阵；

30、关系确定模块，用于确定所述旋转矩阵中各个元素与欧拉角之间的角度转换关系；

31、方程构建模块，用于对所述跑道图像进行分析，构建各个跑道边缘线的跑道边缘线方程；

32、位姿确定模块，用于基于所述跑道边缘线方程、所述坐标转换关系和所述角度转换关系，确定所述相机相对所述跑道的姿态信息和位置信息。

33、第三方面，本技术实施例提供了计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序以实现上述实施例提供的位姿测量方法。

34、第四方面，本技术实施例提供了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现上述实施例提供的位姿测量方法。

35、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

36、本技术实施例提供的位姿测量方法、装置、设备及介质，该方法包括：获取跑道位置信息、相机位置信息、相机参数信息和跑道图像，并根据跑道位置信息、相机位置信息、跑道图像和相机参数信息，建立世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系之间的坐标转换关系，并确定旋转矩阵中各个元素与欧拉角之间的角度转换关系，然后对跑道图像进行分析，构建各个跑道边缘线的跑道边缘线方程，基于跑道边缘线方程、坐标转换关系和角度转换关系，确定相机相对跑道的姿态信息和位置信息。与现有技术相比，该技术方案通过建立世界坐标系、相机坐标系和图像坐标系之间的坐标转换关系，能够实现不同坐标系之间的转换，并确定角度转换关系，从而为后续位姿的确定提供了良好的数据指导信息，无需提取地平面直线特征，也无需进行滚转角修正，仅需要获取跑道边缘线特征，构建各跑道边缘线对应的跑道边缘线方程，其依赖的目标特征更少，使用场景也更广泛，提取的特征不受外界因素的干扰，进而更全面地考虑跑道边缘线方程、角度转换关系和坐标转换关系，能够精准地确定出位置信息和姿态信息，提高了无人机位姿测量的准确度。