CN110542407A - 一种航拍图像任意像素点定位信息获取方法 - Google Patents
一种航拍图像任意像素点定位信息获取方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110542407A CN110542407A CN201910664034.3A CN201910664034A CN110542407A CN 110542407 A CN110542407 A CN 110542407A CN 201910664034 A CN201910664034 A CN 201910664034A CN 110542407 A CN110542407 A CN 110542407A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coordinate system
- longitude
- image
- point
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
- G01C11/04—Interpretation of pictures
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T5/00—Image enhancement or restoration
- G06T5/80—Geometric correction
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/10—Image acquisition modality
- G06T2207/10032—Satellite or aerial image; Remote sensing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
一种航拍图像任意像素点定位信息获取方法,涉及光电成像技术领域,解决现有对无人机的航拍图像进行目标定位时,存在定位精度低的问题,包括坐标系的建立,根据飞机的航拍***获得航拍图像,并根据惯导***提供的飞行姿态信息,对航拍图像进行正射校正和求图像上任意点的经纬度三个步骤,通过本发明的方法有效地避免了双目立体视觉定位技术的复杂性和解决了单目相机定位精度低的问题,能够准确地获取图像上任意点的经纬度定位信息,为航拍***在灾害救援、国土监察、资源调查、军事侦查等方面的应用奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及光电成像技术领域,具体涉及一种航拍图像各像素点定位信息获取方法。
背景技术
随着无人机技术的不断发展,无人机作为一种新生代的重要工具,在灾害救援、国土监察、环境保护、资源调查、军事侦查等方面得到了广泛的应用。其中,利用无人机的航拍图像进行目标定位已经成为了无人机领域中的研究热点,基于双目立体视觉监控目标定位技术来推算定位目标的位置,基于单一相机拍摄的目标定位方面利用多种坐标系之间的转换,获取相机坐标***目标点在地面坐标系中的坐标信息。由于无人机在飞行过程中环境复杂,三个方位的位姿角(俯仰角、偏航角、横滚角)的存在及平台差异较大,使得在实际的***中精确定位实现困难。
发明内容
本发明为解决现有对无人机的航拍图像进行目标定位时,存在定位精度低的问题,提供一种航拍图像各像素点定位信息获取方法。
一种航拍图像各像素点定位信息获取方法,该方法由以下步骤实现:
步骤一、首先建立地面坐标系Og-XgYgZg,原点为Og,Xg轴正方向指向地理正北方向,Zg轴正方向垂直于地平面向下,Yg轴正方向由右手定则来确定;
机体坐标系O-XYZ与地面坐标系之间的夹角作为飞机的姿态角,其中偏航角ψ为机体轴OX在水平面OgXgYg上的投影与地轴OgXg之间的夹角,俯仰角θ为机体轴OX与水平面OgXgYg之间的夹角,横滚角φ为飞机对称面绕机体轴OX转过的角度;
步骤二、所述飞机的航拍***获得航拍图像,并根据惯导***提供的飞行姿态信息,对航拍图像进行正射校正;具体为:
首先根据姿态信息,建立地面坐标系向机体坐标系转换模型,用下式表示为:
所述机体坐标系向地面坐标系转换模型,用下式表示为:
将航拍获取的图像由机体坐标系向地面坐标系进行转换校正,校正后的图像的列方向为地理正北向;
步骤三、获得校正后的图像上任意点的经纬度;
图像中心点Oa的经纬度坐标已知,图像中心点Oa点在图像上的像素坐标为(Xa,Ya),经纬度坐标为(Ja,Wa);
图像上任意一点B,像素坐标为(Xb,Yb),经纬度坐标为(Jb,Wb);则任意两点Ao、B的横坐标差Δx=Xb-Xa,Ao、B两点纵坐标差Δy=Yb-Ya,两点间的方位角γ,根据下式计算得到,
并判断Δx,Δy所在的象限,得到最终的方位角γ,用下式表示为:
根据相机内部参数,获得AoB两点间的距离L,用下式表示为:
式中,a像元尺寸,f为焦距,H为飞行高度;
将所述距离L向经度方向投影为dx,向纬度方向投影为dy,所述dx和dy分别用下式表示为:
dx=L*sin(γ)
dy=L*cos(γ)
修正纬度方向变换的半径长度ex,采用下式表示为:
ex=Ej+(Er-Ej)*(90-Wa)/90
式中,Er为赤道半径,Ej为极半径;
获得Ao点所在纬度圈的半径ed,用下式表示为:
ed=ex*cos(Wa*PI/180)
获得任意一点B的经纬度坐标,分别用下式表示为:
Jb=dx/ed*180/PI+Ja
Wb=dy/ex*180/PI+Wa。
本发明的有益效果:
通过本发明的方法有效地避免了双目立体视觉定位技术的复杂性和解决了单目相机定位精度低的问题,能够准确地获取图像上任意点的经纬度定位信息,为航拍***在灾害救援、国土监察、资源调查、军事侦查等方面的应用奠定了基础。
附图说明
图1为本发明所述的一种航拍图像各像素点定位信息获取方法中机体坐标系O-XYZ与地面坐标系Og-XgYgZg的关系示意图;
图2为本发明所述的一种航拍图像各像素点定位信息获取方法中经位姿信息校正后的正射航拍图像;
图3为本发明所述的一种航拍图像各像素点定位信息获取方法中Ao点和B点的距离向经纬度方向投影关系原理图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式,一种航拍图像各像素点定位信息获取方法,通过惯导***给出的飞行姿态信息,对航拍图像进行正射校正,再利用惯导给出的拍摄点的经纬度信息,计算获取航拍图像上每一个像素点的定位信息即经纬度坐标信息。具体由以下步骤实现:
一、建立坐标系;
如图1所示,首先建立地面坐标系Og-XgYgZg,原点为Og,Xg轴正方向指向地理真北方向,Zg轴正方向垂直于地平面向下,Yg轴正方向由右手定则来确定。而机体坐标系O-XYZ与地面坐标系之间的夹角就是飞机的姿态角,其中偏航角ψ为机体轴OX在水平面OgXgYg上的投影与地轴OgXg之间的夹角;俯仰角θ为机体轴OX与地平面(水平面OgXgYg)之间的夹角;滚转角φ为飞机对称面绕机体轴OX转过的角度。
二、所述飞机的航拍***获得航拍图像,根据惯导***提供的飞行姿态信息,对航拍图像进行正射校正;
首先根据位姿信息,地面坐标系向机体坐标系转换模型如公式(1)所示。其中,ψ为航向角、θ为俯仰角、φ为横滚角。
那么,由机体坐标系向地面坐标系转换关系如式(8)所示。
根据式(2),将航拍获取的图像由机体坐标系向地面坐标系进行转换校正,校正后的图像的列方向(或纵坐标方向)为地理正北向,如图2所示。
三、求图像上任意点的经纬度;
经过***标定,(对整个成像***的标定,包括相机安装角度、相机内部参数的标定等)。图像中心点Oa的经纬度坐标已知,Oa点在图像上的像素坐标记为(Xa,Ya),其经纬度坐标记为(Ja,Wa)。图像上任意一点B,像素坐标记为(Xb,Yb),其经纬度坐标记为(Jb,Wb)。那么,Ao、B两点横坐标差Δx=Xb-Xa,Ao、B两点纵坐标差Δy=Yb-Ya,两点间的方位角γ,根据公式(3)计算得到,并且判断Δx,Δy所在的象限,得到最终的结果,如公式(4)所示。
根据相机内部参数,由公式(5)可得AoB两点间的距离L,其中a像元尺寸,f为焦距,H为飞行高度。
由此,将距离L向经度方向投影为dx,向纬度方向投影为dy,如图3所示,其长度dx,dy如式(6)、(7)所示。
dx=L*sin(γ) (6)
dy=L*cos(γ) (7)
由于航拍幅宽不是很大,所以可不考虑地球曲率的变化,由于地球近似球体,那么,赤道半径Er与极半径Ej并不相同,利用公式(8)修正不断变换的半径长度。
ex=Ej+(Er-Ej)*(90-Wa)/90 (8)
那么,Ao点所在纬度圈的半径ed如式(9)所示,其中PI取3.1415926。
ed=ex*cos(Wa*PI/180) (9)
从而,可得任意点B经纬度坐标如式(10)、(11)所示。
Jb=dx/ed*180/PI+Ja (10)
Wb=dy/ex*180/PI+Wa (11)。
Claims (1)
1.一种航拍图像任意像素点定位信息获取方法,其特征是:该方法由以下步骤实现:
步骤一、首先建立地面坐标系Og-XgYgZg,原点为Og,Xg轴正方向指向地理真北方向,Zg轴正方向垂直于地平面向下,Yg轴正方向由右手定则来确定;
机体坐标系O-XYZ与地面坐标系之间的夹角作为飞机的姿态角,其中偏航角ψ为机体轴OX在水平面OgXgYg上的投影与地轴OgXg之间的夹角,俯仰角θ为机体轴OX与水平面OgXgYg之间的夹角,横滚角φ为飞机对称面绕机体轴OX转过的角度;
步骤二、所述飞机的航拍***获得航拍图像,并根据惯导***提供的飞行姿态信息,对航拍图像进行正射校正;具体为:
首先根据姿态信息,建立地面坐标系向机体坐标系转换模型,用下式表示为:
所述机体坐标系向地面坐标系转换模型,用下式表示为:
将航拍获取的图像由机体坐标系向地面坐标系进行校正转换,校正后的图像的列方向为地理正北向;
步骤三、获得校正后的图像上任意点的经纬度;
由图像中心点Oa的经纬度坐标已知,图像中心点Oa点在图像上的像素坐标为(Xa,Ya),经纬度坐标为(Ja,Wa);
图像上任意一点B,像素坐标为(Xb,Yb),经纬度坐标为(Jb,Wb);则任意两点Ao、B的横坐标差Δx=Xb-Xa,Ao、B两点纵坐标差Δy=Yb-Ya,两点间的方位角γ,根据下式计算得到,
并判断Δx,Δy所在的象限,得到最终的方位角γ,用下式表示为:
根据相机内部参数,获得AoB两点间的距离L,用下式表示为:
式中,a像元尺寸,f为焦距,H为飞行高度;
将所述距离L向经度方向投影为dx,向纬度方向投影为dy,所述dx和dy分别用下式表示为:
dx=L*sin(γ)
dy=L*cos(γ)
修正纬度方向变换的半径长度ex,采用下式表示为:
ex=Ej+(Er-Ej)*(90-Wa)/90
式中,Er为赤道半径,Ej为极半径;
获得Ao点所在纬度圈的半径ed,用下式表示为:
ed=ex*cos(Wa*PI/180)
获得任意一点B的经纬度坐标,分别用下式表示为:
Jb=dx/ed*180/PI+Ja
Wb=dy/ex*180/PI+Wa。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910664034.3A CN110542407A (zh) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | 一种航拍图像任意像素点定位信息获取方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910664034.3A CN110542407A (zh) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | 一种航拍图像任意像素点定位信息获取方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110542407A true CN110542407A (zh) | 2019-12-06 |
Family
ID=68710278
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910664034.3A Pending CN110542407A (zh) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | 一种航拍图像任意像素点定位信息获取方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110542407A (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111932622A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-13 | 浙江大学 | 一种无人机的飞行高度的确定装置、方法及*** |
WO2021120389A1 (zh) * | 2019-12-19 | 2021-06-24 | 广州启量信息科技有限公司 | 一种用于空中全景漫游数据的坐标转换方法及装置 |
CN113810606A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-12-17 | 云从科技集团股份有限公司 | 拍摄目标位置确定方法、设备及计算机存储介质 |
CN114004977A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-02-01 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | 一种基于深度学习的航拍数据目标定位方法及*** |
CN115511956A (zh) * | 2022-11-24 | 2022-12-23 | 南京理工大学 | 一种无人机成像定位方法 |
WO2023035301A1 (en) * | 2021-09-07 | 2023-03-16 | Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited | A camera calibration method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105353772A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-02-24 | 中国航天时代电子公司 | 一种无人机机动目标定位跟踪中的视觉伺服控制方法 |
CN105549060A (zh) * | 2015-12-15 | 2016-05-04 | 大连海事大学 | 基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位*** |
CN110009571A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-07-12 | 重庆广睿达科技有限公司 | 相机图像中检测位置的经纬度计算方法、***及存储介质 |
CN110017833A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-16 | 西安应用光学研究所 | 基于像元类地模型的全屏像点地理坐标定位方法 |
-
2019
- 2019-07-23 CN CN201910664034.3A patent/CN110542407A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105353772A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-02-24 | 中国航天时代电子公司 | 一种无人机机动目标定位跟踪中的视觉伺服控制方法 |
CN105549060A (zh) * | 2015-12-15 | 2016-05-04 | 大连海事大学 | 基于机载光电吊舱位置和姿态的目标定位*** |
CN110009571A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-07-12 | 重庆广睿达科技有限公司 | 相机图像中检测位置的经纬度计算方法、***及存储介质 |
CN110017833A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-07-16 | 西安应用光学研究所 | 基于像元类地模型的全屏像点地理坐标定位方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
SOFTFAIR: ""通过经纬度坐标计算距离的方法"", 《HTTPS://WWW.CNBLOGS.COM/SOFTFAIR/P/LAT_LON_DISTANCE_BEARING_NEW_LAT_LON.HTML》 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021120389A1 (zh) * | 2019-12-19 | 2021-06-24 | 广州启量信息科技有限公司 | 一种用于空中全景漫游数据的坐标转换方法及装置 |
CN111932622A (zh) * | 2020-08-10 | 2020-11-13 | 浙江大学 | 一种无人机的飞行高度的确定装置、方法及*** |
CN113810606A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-12-17 | 云从科技集团股份有限公司 | 拍摄目标位置确定方法、设备及计算机存储介质 |
WO2023035301A1 (en) * | 2021-09-07 | 2023-03-16 | Hong Kong Applied Science and Technology Research Institute Company Limited | A camera calibration method |
US11625860B1 (en) | 2021-09-07 | 2023-04-11 | Hong Kong Applied Science And Technology Research Institute Co., Ltd. | Camera calibration method |
CN114004977A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-02-01 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | 一种基于深度学习的航拍数据目标定位方法及*** |
CN115511956A (zh) * | 2022-11-24 | 2022-12-23 | 南京理工大学 | 一种无人机成像定位方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110542407A (zh) | 一种航拍图像任意像素点定位信息获取方法 | |
CN108387206B (zh) | 一种基于地平线与偏振光的载体三维姿态获取方法 | |
US11756158B2 (en) | Information processing device, information processing method, information processing program, image processing device, and image processing system for associating position information with captured images | |
CN108845335A (zh) | 一种基于图像和导航信息的无人机地面目标定位方法 | |
CN107490364A (zh) | 一种大角度倾斜成像航空相机对地目标定位方法 | |
CN111966133A (zh) | 一种云台视觉伺服控制*** | |
CN104764443B (zh) | 一种光学遥感卫星严密成像几何模型构建方法 | |
CN111412916B (zh) | 一种基于大气偏振光场的天文航海船位计算方法 | |
CN104298887B (zh) | 一种多片线阵ccd相机的相对辐射定标方法 | |
CN109916406B (zh) | 一种基于无人机群的环绕目标定位方法 | |
CN106506956A (zh) | 基于无人机的跟踪拍摄方法、跟踪拍摄装置及*** | |
CN112710311B (zh) | 一种地形自适应无人机三维实景重建航摄点自动规划方法 | |
CN103679647B (zh) | 一种三维激光成像***的点云模型真彩色处理方法 | |
CN108627142A (zh) | 一种结合离线高程和机载光电吊舱的目标定位方法 | |
CN103822644A (zh) | 一种三维激光成像***的相机标定方法 | |
CN108830811A (zh) | 一种飞行参数与相机内参相结合的航空影像实时校正方法 | |
CN115511956A (zh) | 一种无人机成像定位方法 | |
CN110967021B (zh) | 不依赖主/被动测距的机载光电***目标地理定位方法 | |
CN111247389A (zh) | 关于拍摄设备的数据处理方法、装置及图像处理设备 | |
CN110223233B (zh) | 一种基于图像拼接的无人机航拍建图方法 | |
CN109725340B (zh) | 直接地理定位方法及装置 | |
CN109764864A (zh) | 一种基于颜色识别的室内无人机位姿获取方法及*** | |
CN113340272A (zh) | 一种基于无人机微群的地面目标实时定位方法 | |
JP2016223934A (ja) | 位置補正システム、位置補正方法、および位置補正プログラム | |
CN111444385B (zh) | 一种基于影像角点匹配的电子地图实时视频镶嵌方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191206 |