CN113820735B - 位置信息的确定方法、位置测量设备、终端及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种位置信息的确定方法、位置测量设备、终端及存储介质。其中，应用于位置测量设备，位置测量设备包括全球导航卫星***、惯性测量单元和相机，其中，位置信息的确定方法包括：获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息；获取惯性测量单元所测量的位置测量设备在空间坐标系的三轴的加速度信息和角速度信息；获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息；基于位置测量设备的导航定位信息、环境图像信息以及位置测量在空间坐标系的三轴的加速度信息和角速度信息，确定相机在大地坐标系下的相机位姿信息；根据在大地坐标系下的相机位姿信息以及环境图像信息确定目标对象的位置信息，以实现对目标对象的精准定位。
Description
技术领域
本发明实施例涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种位置信息的确定方法、位置测量设备、终端及存储介质。
背景技术
目前，三维空间坐标的测量方法主要有RTK(Real-time kinematic，实时差分定位)法、全站仪法、无人机航测法、近景摄影测量法和三维激光扫描法。
其中，RTK法利用卫星导航定位技术测量空间三维坐标，但一次只能采一个点，测量效率低，劳动强度大，且在树荫、墙角等卫星信号被遮挡区域，导航定位精度差，定位可靠性差；全站仪通过激光测距和测角实现三维空间坐标测量功能，全站仪测量精度高，但其本身为相对测量，测量需要通视，且一次只能测一个，效率低；无人机航测利用无人机搭载数码的相机采集地面影像数据，通过摄影测量技术获取俯视地面点坐标，但无人机航测的俯视角度会丢失维度信息，目前无人机航测***价格昂贵，作业受天气影响，且无人机航测需要对大量图形进行处理，暂无法做到实时处理；三维激光测量方法也是通过激光测距和测角实现三维空间坐标测量，三维激光测量方法精度高，但点云数据量大，需要进行后处理，且目前三维激光设备价格昂贵，并不适合批量使用；近景摄影测量方法是通过在不同位置拍摄目标物体的多个角度的照片，通过传统摄影测量技术测量目标点的三维空间坐标，同样是相对测量，需要控制点或者RTK提供站点坐标，摄影测量数据处理计算量大，目前无法做到实时处理。
因此，亟需一种适用于多种作业环境，位置测量准确，且能够实现大地坐标系下的绝对坐标测量的位置测量技术。
发明内容
本发明实施例提供了一种位置信息的确定方法、位置测量设备、终端及存储介质，以实现对目标对象的位置信息快速、准确、高效、全面获取的技术效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种位置信息的确定方法，该方法包括：
获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息；
获取惯性测量单元所测量的所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息；
获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息，其中，所述环境图像信息包括待确定位置信息的目标对象信息；
基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息；
根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息。
第二方面，本发明实施例还提供了一种应用于位置测量设备，该位置测量设备包括：
导航定位信息获取模块，用于获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息；
惯性测量信息获取模块，用于获取惯性测量单元所测量的所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息；
图像信息获取模块，用于获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息，其中，所述环境图像信息包括待确定位置信息的目标对象信息；
相机位姿确定模块，用于基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息；
位置信息确定模块，用于根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息。
第三方面，本发明实施例还提供了一种终端，该终端包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明任意实施例所提供的位置信息的确定方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种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实现本发明任意实施例所提供的位置信息的确定方法。
本实施例的技术方案，通过全球导航卫星***获取定位信息，通过惯性测量单元获取加速度和角速度信息，通过相机获取环境图像信息，根据以上信息确定空间坐标系下的相机位姿信息，再根据全球导航卫星***获取定位信息、空间坐标系下的相机位姿信息与环境图像信息，确定目标对象在大地坐标系下的绝对位置信息，解决了对卫星信号遮挡区域进行精确定位的技术问题，达到了对目标对象的位置信息快速、准确、高效定位，并精且能够确定目标对象大地坐标系下的绝对位置的技术效果。
附图说明
为了更加清楚地说明本发明示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本发明所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
图1为本发明实施例一所提供的一种位置信息的确定方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二所提供的一种位置信息的确定方法的流程示意图；
图3为本发明实施例三所提供的一种位置信息的确定方法的***架构图；
图4为本发明实施例三所提供的关键传感器外参的一种示意图；
图5为本发明实施例三所提供的位置信息的确定方法的数据处理流程图；
图6为本发明实施例四所提供的一种位置测量装置的结构示意图；
图7为本发明实施例五所提供的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
实施例一
图1为本发明实施例一所提供的一种位置信息的确定方法的流程示意图，本实施例可适用于在卫星信号不受遮挡区域实现对卫星信号遮挡区域的测量情况，该方法可以由位置测量设备来执行，该装置可以通过软件和/或硬件来实现，可配置于终端和/或服务器中来实现本发明实施例中的位置信息的确定方法。
如图1所示，本实施例的方法具体可包括：
S110、获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息。
其中，所述全球导航卫星***可以为能在地球表面或近地空间的任何地点提供3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位***，例如可以为北斗卫星导航***、全球定位***(Global Positioning System，GPS)和伽利略卫星导航***等全球导航卫星***。
其中，所述测量设备可以为检测待测量物***置信息的测量设备，例如可以为手持位置测量设备或全站仪位置测量设备等测量设备。
其中，所述导航定位信息可以为能够表示测量设备具***置的信息，例如可以为经纬度和海拔高度信息，或者基于地表特定点的相对位置信息。
其中，所述获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息可以为通过位置测量设备与全球导航卫星***进行通信或接收全球导航卫星***不同卫星位置数据，来获取位置测量设备的定位信息。
S120、获取惯性测量单元所测量的所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息。
其中，所述惯性测量单元可以为能够测量物体三轴姿态角或角速率以及加速度的装置。
其中，所述空间坐标系可以为以空间某一点为坐标原点建立的空间直角坐标系，空间某一点可以为位置测量设备所在的空间的一点，空间某一点也可以为位置测量设备所处空间的任意一点。
其中，所述横轴方向、纵轴方向和竖轴方向可以为空间坐标系的三个坐标轴方向，例如可以为空间直角坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向。
其中，所述加速度信息可以为位置测量设备在空间坐标系内速度变化量与发生这一变化所用时间的比值，加速度信息可以分解为空间坐标系下的三个轴方向上的加速度信息。
其中，所述角速度信息可以为位置测量设备以位置测量设备为旋转中心在空间坐标系内在单位时间内转过的角度，角速度信息可以分解为空间坐标系下的三个轴方向上的角速度信息。
其中，所述获取惯性测量单元所测量的所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息可以理解为，惯性测量单元通过惯性传感器来获取位置测量设备的加速度信息和角速度信息，其中，惯性传感器包括加速度计和角速度传感器，加速度计获取加速度信息，角速度传感器互殴去角速度信息。
S130、获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息，其中，所述环境图像信息包括待确定位置信息的目标对象信息。
其中，所述相机可以为能够获取周围环境图像信息的图像输入设备，例如可以为单目、双目或三目相机。
其中，所述环境图像信息可以为待确定位置信息的目标对象图像信息及其周围环境信息的图像信息，例如可以为目标对象图像信息及其背景图像信息。
其中，所述获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息可以为利用位置测量设备的移动来满足至少两个采集位置，利用相机在至少两个位置的成像来获取至少两个采集位置处的环境图像信息。
S140、基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息。
其中，所述大地坐标系可以是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系，在大地坐标系下，地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。
其中，所述相机位姿信息可以为相机位置信息和相机姿态信息，其中，位置信息可以为位置测量设备在空间坐标系下的相对位置信息或大地坐标系下的位置信息，例如位置信息可以为大地坐标系下的大地经度、大地纬度和大地高度信息，其中，姿态信息可以为位置测量设备的三个方向角信息，例如姿态信息可以为欧拉角信息或轴角信息。
其中，所述基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息，可以为以导航定位信息为起点，对空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息进行积分，算出移动后的距离增量信息和姿态转动增量信息，再根据起点信息，得到位置测量设备在大地坐标系下的相机位姿信息。
S150、根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息。
其中，所述根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息，可以为基于相机位姿信息以及所述环境图像信息进行sfm(Structure From Motion)解算或者三角化解算，可生成目标对象的三维点云信息，再根据三维点云信息确定目标对象的位置信息，其中环境图像信息可以通过环绕目标对象一周进行图像获取，进而全方位获取目标对象的图像信息。
可选的是，在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，所述根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息，包括：
基于在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息进行三维重建，生成与所述环境图像信息对应的三维点云信息；
基于所述三维点云信息确定所述目标对象的位置信息。
其中，所述三维重建可以是对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型,三维重建可以根据单视图或者多视图的图像重建三维信息。
其中，所述三维点云信息可以为按照规则格网排列的三维坐标点的数据集，三维点云信息可以表示目标对象表面点的位置信息。
其中，所述基于在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息进行三维重建，生成与所述环境图像信息对应的三维点云信息，可以为基于在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息，对环境图像信息进行识别，确定目标对象的轮廓信息，再对目标对象进行三维重建，生成环境图像信息对应的三维点云信息。
其中，所述目标对象的位置信息可以为能够表示目标对象位置的信息，例如可以为在大地坐标系下的位置信息，其中，位置信息具体可以包括目标对象表面各点的位置信息。
其中，所述基于所述三维点云信息确定所述目标对象的位置信息，可以为根据三维点云信息确定目标对象顶点信息，进而确定目标对象表面信息，根据目标对象表面信息确定目标对象的位置信息。
可选的是，在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，所述位置信息的确定方法，还包括：
将所述三维点云信息和所述环境图像信息传递给交互终端，以使所述交互终端基于所述三维点云信息和所述环境图像信息对所述环境图像信息中的目标点的位置信息、目标区域的面积和/或目标空间的体积进行测量。
其中，所述交互终端可以能够与位置测量设备进行通信的终端设备，例如可以为手机、平板电脑、电脑或定制终端等设备。
可选的是，在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，所述位置信息的确定方法，还包括：
以所述全球导航卫星***输出的***时间基准，标注所述导航定位信息、所述加速度信息、所述角速度信息以及所述环境图像信息的数据采集时间。
其中，所述以所述全球导航卫星***输出的***时间基准，标注所述导航定位信息、所述加速度信息、所述角速度信息以及所述环境图像信息的数据采集时间，可以理解为位置测量设备基于PPS(每秒脉冲数，Pulse Per Second)信号对不同频率的多源观测数据进行同步，使多源观测数据具备相同的时间基准，以便算法按时序事实处理多源观测数据，其中多源观测数据可以为相机、惯性测量单元和全球导航卫星***等设备的观测数据，其中，相机、惯性测量单元和全球导航卫星***的观测频率不同，例如相机的观测频率可以为10-30Hz等频率，惯性测量单元的观测频率可以为100Hz或200Hz等频率，全球导航卫星***的观测频率可以为1Hz、5Hz、10Hz或20Hz等频率。
本实施例的技术方案，通过全球导航卫星***获取定位信息，通过惯性测量单元获取加速度和角速度信息，通过相机获取环境图像信息，根据以上信息确定空间坐标系下的相机位姿信息，再根据全球导航卫星***获取定位信息、空间坐标系下的相机位姿信息与环境图像信息，利用sfm解算或者三角化解算确定目标对象在大地坐标系下的绝对位置信息，解决了对卫星信号遮挡区域进行精确定位的技术问题，达到了对目标对象的快速、准确、高效定位，并且能够确定全面获取目标对象大地坐标系下的绝对位置的技术效果。
实施例二
图2为本发明实施例二所提供的一种位置信息的确定方法的流程示意图，本实施例在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，可选地，所述基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息，包括：基于至少两个采集位置处的所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息；基于所述导航定位信息以及所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息。
如图2所示，本实施例的方法具体可包括：
S210、获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息。
S220、获取惯性测量单元所测量的所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息。
S230、获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息，其中，所述环境图像信息包括待确定位置信息的目标对象信息。
S240、基于至少两个采集位置处的所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息。
其中，基于至少两个采集位置处的所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，可以为基于环境图像信息提取图像特征点，并进行特征匹配，以获取不同时空下两幅图像特征点的匹配关系，进而估计出两幅图像的相对位置和相对姿态信息，基于加速度信息和角速度信息执行预积分解算，以获取基于惯性观测值计算的位置、速度和姿态的增量信息，根据此增量信息修正相机相机相对位姿信息，进而确定相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息。
可选地，本实施例在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，所述基于所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，包括：
基于相邻的两个采集位置处的环境图像信息确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息；
对所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息进行积分处理，得到所述相邻的两个采集位置处的所述位置测量设备的位移增量、速度增量和姿态增量；
以所述位置测量设备的位移增量、速度增量和姿态增量作为约束条件，优化所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息。
其中，所述约束条件可以为能够根据位移增量、速度增量和姿态增量信息约束相机相对位姿信息。
其中，所述优化所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，可以为根据位移增量、速度增量和姿态增量算出的相机相对位置信息与环境图像信息确定的相机相对位姿信息进行融合，以优化相机相对位姿信息，所述融合可以为加权融合，也可以根据实际情况，取舍移增量、速度增量和姿态增量信息以及环境图像信息，进而确定相机相对位姿信息，以优化相机相对位姿信息。
S250、基于所述导航定位信息以及所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息。
其中，所述基于所述导航定位信息以及所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息，可以为根据相机起始位姿信息与相机相对位姿信息确定相机在大地坐标系下的相机位姿信息，其中，相机起始位姿信息可以为上一次确定的大地坐标系下的相机位姿信息，或通过导航定位信息与环境图像信息来确定起始位姿信息。
可选地，本实施例在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，所述基于所述导航定位信息以及所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息，包括：
以相邻的两个采集位置处的所述导航定位信息中在大地坐标下的位置信息作为约束条件，对所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息进行优化处理，得到所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息。
其中，所述以相邻的两个采集位置处的所述导航定位信息中在大地坐标下的位置信息作为约束条件，可以理解为以导航定位信息中在大地坐标下的位置信息作为标准，对相机位置信息进行约束，得到相机位置信息，其中，相邻的两个采集位置处的所述导航定位信息，两个相邻采集位置中间可以有多个相机相对位置信息，以两个相邻采集位置作为约束条件，可以解决相机相对位置发散问题。
其中，所述优化处理，可以为以导航定位信息中在大地坐标下的位置信息作为约束条件，确定大地坐标系下的相机位置信息，再结合环境图像信息与角速度信息，得到相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息。
S260、根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息。
本实施例的技术方案，通过至少两个采集位置处的所述环境图像信息和加速度信息和角速度信息，确定相机相对位姿信息，在根据导航定位信息和相机相对位姿信息，确定相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息，解决了通过环境图像信息与惯性测量单元测量的加速度与角速度信息计算出的相机相对位姿信息发散的技术问题，达到了精确定位相机在大地坐标系下的相机位姿信息的技术效果。
实施例三
图3为本发明实施例三所提供的一种位置信息的确定方法的***架构图，以图3为例来说明本发明实施例的位置信息的确定方法的一种可选方案，其中，GNSS为全球导航卫星***，IMU为惯性测量单元，GNSS增强服务为可选方案。
本实施例的方法具体可包括：
S310、标定相机内参。
其中，所述标定相机内参可以通过开源软件和棋盘格工具标定相机内参，保存为通用格式的配置文件，相机的内参包括相机的畸变参数等系数。
S320、标定相机与惯性测量单元的外参。
其中，所述标定相机与惯性测量单元的外参可以通过开源软件和棋盘格工具标定相机相对惯性测量单元的外参，即相机坐标系相对惯性测量单元坐标系的平移和旋转参数，保存为通用格式的配置文件。
S330、标定全球导航卫星***天线相位中心与惯性测量单元的外参。
其中，所述标定全球导航卫星***天线相位中心与惯性测量单元的外参可通过结构设计文件获取，或者用卷尺量取，因为全球导航卫星***天线相位中心是一个点，因此只有平移参数，保存为通用格式的配置文件，全球导航卫星***天线相位中心相对惯性测量单元中心的平移参数可以由结构设计来保证。
如图4所示，为本发明实施例的关键传感器外参的一种示意图，其中，Camera为相机，IMU为惯性测量单元，GNSS为全球导航卫星***，IMU原点为IMU中心点。
本发明实施例在结构设计上，需要设计全球导航卫星***天线、IMU和相机间的相对位置，以IMU中心为原点，以IMU的轴系为参考系，天线相位中心和相机相对IMU中心的相对位置精度需要达到1mm的精度，需要设计相机相对IMU轴系的夹角，使相机的轴系与IMU的轴系之间的夹角小于1°，各传感器的相对位置关系如图5所示。
S340、多源数据获取与同步。
其中，所述多源数据可以包括：导航定位信息、环境图像信息和位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息。
位置测量设备通过串口、SPI或USB等通信接口实时获取GNSS板卡(即全球导航卫星***)输出的导航定位信息、IMU测量的位置测量设备三轴加速度和三轴角速度信息和立体相机观测的环境图像信息，因这三种传感器的输出频率不一致，所以需要对观测到的数据进行时间同步，时间同步方案为基于GNSS板卡输出的秒脉冲信号(PPS)和全球定位***(Global Positioning System，GPS)***时间对位置测量设备的***时间进行同步，基于位置测量设备的***时间为所有的观测数据打上基于相同时间基准的时间戳。
S350、预积分。
其中，所述预积分可以为位置测量设备获取到IMU的加速度和角速度值后进行积分处理，以获取相邻两次图像观测之间的设备位移增量，速度增量和姿态增量。
S360、通过VO算法计算相对位姿。
其中，所述通过VO算法计算相对位姿，可以为通过视觉里程计算法，位置测量设备获取到图像信息后，提取图像特征点，与上一历元的图像特征点进行匹配，获取相邻图像间特征点的匹配关系，也可使用光流法获取相邻图像间特征点的匹配关系，通过PNP算法或者局部BA优化等算法获取相邻图像间的相对位姿。
S370、通过VIO算法优化相对位姿。
其中，所述通过VIO算法优化相对位姿，可以为通过视觉惯性里程计算法，以相邻图像间的IMU预积分的位移增量，速度增量和姿态增量作为约束，对VO进行优化，减小VO发散的速度，提高相机位姿和特征点空间坐标的估计精度。
S380、GNSS与VIO融合解算，确定相机位姿信息。
其中，所述GNSS与VIO融合解算，确定相机位姿信息，可以为位置测量设备获取GNSS导航定位信息，GNSS坐标基于大地坐标系，GNSS坐标相对起始时刻的GNSS坐标的位移矢量也是基于大地坐标系，以GNSS的位置信息作为VIO的约束进行优化解算，即可将VIO定义的坐标方向和尺度与大地坐标对齐，最终输出大地坐标系的位置和姿态信息，同时GNSS定位结果的精度是独立，而VIO的导航定位误差会随着运动距离和运动时间的增加而累积，因此利用GNSS的位置信息作为VIO的约束进行优化解算可以解决VIO的发散问题，修正VIO算法的漂移和对齐坐标系，输出当地水平坐标系下的相机位姿信息。
S390、目标对象三维重建，获取目标对象三维点云信息。
其中，所述目标对象三维重建，获取目标对象三维点云信息可以为通过三角化算法计算图像特征点在大地坐标系下的三维坐标，从而获取图像的点云信息，然后存储图像、图像特征点匹配关系信息和GNSS+VIO解算的图像位姿信息，当满足窗口长度信息时执行三维重建算法，即基于GNSS+VIO融合解算的高精度相机位姿信息进行sfm解算或者三角化解算，可生成基于图像的三维点云信息。其中，所述窗口可以为位置测量设备对目标对象的测量时间，例如窗口长度信息满足1分钟，则执行三维重建算法。
S3A0、将三维点云和图像信息传递给交互终端，在终端进行目标对象点、面积和/或体积的测量。
如图5所示，为本发明实施例的位置信息的确定方法的数据处理流程图，GNSS为全球导航卫星***，IMU为惯性测量单元，通过立体相机和IMU进行融合，得到相机位姿信息与特征点信息，再通过与GNSS优化融合，得到大地坐标系下的相机位姿信息与特征点信息，进而算出目标对象三维点云信息。
本发明实施例通过位置测量设备对目标对象进行位置信息确定的流程可以包括：
步骤1：将位置测量设备的相机对着待测物体；
步骤2：围绕待测物体运动，运动过程中保持相机对着待测物体。
步骤3：当数据采集周期完成时，选择待测物体所在图像，点选待测量点，保存待测量点的三维坐标；
也可基于自动提取的特征点的三维坐标信息进行三维重建或者面积，体积，等高线计算等操作。
本实施例的技术方案，通过GNSS与VIO与VO融合算法能够在运行过程中自行完成坐标系的对齐工作，且能够实时地给出图像中特征点坐标，解决传统卫星导航定位技术在信号遮挡环境下定位不可靠的问题以及测点效率低的问题，实现通过相机在不接触待测物体的条件下获取待测物体的三维空间坐标信息，从而可以在卫星信号不受遮挡区域实现对卫星信号遮挡区域的测量，基于影像测量技术，可以获取待测物体表面信息，从而实现点、体积、面积和等高线测量，极大的提升了测量的作业效率。
实施例四
图6为本发明实施例四提供的位置测量装置的结构示意图。本发明实施例的位置测量设备具体可包括：位置测量装置、全球导航卫星***、惯性测量单元和相机，其中，位置测量设备可以通过软件和/或硬件来实现。该位置测量装置具体可包括：导航定位信息获取模块410、惯性测量信息获取模块420、图像信息获取模块430、相机位姿确定模块440、位置信息确定模块450。
其中，导航定位信息获取模块410，用于获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息；惯性测量信息获取模块420，用于获取惯性测量单元所测量的所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息；图像信息获取模块430，用于获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息，其中，所述环境图像信息包括待确定位置信息的目标对象信息；相机位姿确定模块440，用于基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息；位置信息确定模块450，用于根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息。
本实施例的技术方案，通过全球导航卫星***获取定位信息，通过惯性测量单元获取加速度和角速度信息，通过相机获取环境图像信息，根据以上信息确定空间坐标系下的相机位姿信息，再根据全球导航卫星***获取定位信息、空间坐标系下的相机位姿信息与环境图像信息，确定目标对象在大地坐标系下的绝对位置信息，解决了对卫星信号遮挡区域进行精确定位的技术问题，达到了对目标对象的快速、准确、高效定位，并且能够确定目标对象大地坐标系下的绝对位置的技术效果。
在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，可选地，所述相机位姿确定模块440，包括：空间坐标系相对位姿信息确定单元和大地坐标系相机位姿信息确定单元。
其中，空间坐标系相对位姿信息确定单元，用于基于至少两个采集位置处的所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息；大地坐标系相机位姿信息确定单元，用于基于所述导航定位信息以及所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息。
在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，可选地，所述空间坐标系相对位姿信息确定单元，用于：
基于相邻的两个采集位置处的环境图像信息确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息；
对所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息进行积分处理，得到所述相邻的两个采集位置处的所述位置测量设备的位移增量、速度增量和姿态增量；
以所述位置测量设备的位移增量、速度增量和姿态增量作为约束条件，优化所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息。
在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，可选地，所述大地坐标系相机位姿信息确定单元，用于：
以相邻的两个采集位置处的所述导航定位信息中在大地坐标下的位置信息作为约束条件，对所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息进行优化处理，得到所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息。
在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，可选地，所述位置信息确定模块450，用于：
基于在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息进行三维重建，生成与所述环境图像信息对应的三维点云信息；
基于所述三维点云信息确定所述目标对象的位置信息。
在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，可选地，所述位置测量装置还包括：
交互模块，用于将所述三维点云信息和所述环境图像信息传递给交互终端，以使所述交互终端基于所述三维点云信息和所述环境图像信息对所述环境图像信息中的目标点的位置信息、目标区域的面积和/或目标空间的体积进行测量。
在本发明实施例中任一可选技术方案的基础上，可选地，所述位置测量装置还包括：
时间信息标注模块，用于以所述全球导航卫星***输出的***时间基准，标注所述导航定位信息、所述加速度信息、所述角速度信息以及所述环境图像信息的数据采集时间。
上述位置测量设备中的位置测量装置可执行本发明任意实施例所提供的位置信息的确定方法，具备执行位置信息的确定方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
图7为本发明实施例五提供的一种终端的结构示意图，如图7所示，该终端包括处理器710、存储器720、输入装置730和输出装置740；终端中处理器710的数量可以是一个或多个，图7中以一个处理器710为例；终端中的处理器710、存储器720、输入装置730和输出装置740可以通过总线或其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
存储器720作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的一种位置信息的确定方法对应的程序指令/模块。处理器710通过运行存储在存储器720中的软件程序、指令以及模块，从而执行终端的各种功能应用以及数据处理。
存储器720可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器720可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器720可进一步包括相对于处理器710远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置730可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与终端的用户设置以及功能控制有关的信号输入。输出装置740可包括显示屏等显示设备。
实施例六
本发明实施例六还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种位置信息的确定方法，该方法包括：获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息；获取惯性测量单元所测量的所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息；获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息，其中，所述环境图像信息包括待确定位置信息的目标对象信息；基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息；根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明实施例操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言——诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种位置信息的确定方法，其特征在于，应用于位置测量设备，所述位置测量设备包括全球导航卫星***、惯性测量单元和相机，其中，所述位置信息的确定方法包括：
获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息；
获取惯性测量单元所测量的所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息；
获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息，其中，所述环境图像信息包括待确定位置信息的目标对象信息；
基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在大地坐标系下的相机位姿信息；
根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息；
所述基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在大地坐标系下的相机位姿信息，包括：
基于至少两个采集位置处的所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息；
基于所述导航定位信息以及所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息；
所述基于所述导航定位信息以及所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息，包括：
以相邻的两个采集位置处的所述导航定位信息中在大地坐标下的位置信息作为约束条件，对所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息进行优化处理，得到所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，包括：
基于相邻的两个采集位置处的环境图像信息确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息；
对所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息进行积分处理，得到所述相邻的两个采集位置处的所述位置测量设备的位移增量、速度增量和姿态增量；所述对所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息进行积分处理包括：基于环境图像信息提取图像特征点，并进行特征匹配，得到相邻的两个采集位置处的两幅图像的相对位置和相对姿态信息；
以所述位置测量设备的位移增量、速度增量和姿态增量作为约束条件，优化所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息，包括：
基于在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息进行三维重建，生成与所述环境图像信息对应的三维点云信息；
基于所述三维点云信息确定所述目标对象的位置信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述三维点云信息和所述环境图像信息传递给交互终端，以使所述交互终端基于所述三维点云信息和所述环境图像信息对所述环境图像信息中的目标点的位置信息、目标区域的面积和/或目标空间的体积进行测量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
以所述全球导航卫星***输出的***时间基准，标注所述导航定位信息、所述加速度信息、所述角速度信息以及所述环境图像信息的数据采集时间。
6.一种位置测量设备，其特征在于，包括：位置测量装置、全球导航卫星***、惯性测量单元和相机，所述位置测量装置包括：
导航定位信息获取模块，用于获取全球导航卫星***采集的测量设备的导航定位信息；
惯性测量信息获取模块，用于获取惯性测量单元所测量的所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息；
图像信息获取模块，用于获取相机所采集的至少两个采集位置处的环境图像信息，其中，所述环境图像信息包括待确定位置信息的目标对象信息；
相机位姿确定模块，用于基于所述位置测量设备的所述导航定位信息、所述环境图像信息以及所述位置测量在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在大地坐标系下的相机位姿信息；
位置信息确定模块，用于根据在所述大地坐标系下的所述相机位姿信息以及所述环境图像信息确定所述目标对象的位置信息；
所述相机位姿确定模块，包括：空间坐标系相对位姿信息确定单元和大地坐标系相机位姿信息确定单元；
其中，空间坐标系相对位姿信息确定单元，用于基于至少两个采集位置处的所述环境图像信息以及所述位置测量设备在空间坐标系的横轴方向上、纵轴方向上和竖轴方向上的加速度信息和角速度信息，确定所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息；大地坐标系相机位姿信息确定单元，用于基于所述导航定位信息以及所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息，确定所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息；
所述大地坐标系相机位姿信息确定单元，用于：
以相邻的两个采集位置处的所述导航定位信息中在大地坐标下的位置信息作为约束条件，对所述相机在空间坐标系下的相机相对位姿信息进行优化处理，得到所述相机在所述大地坐标系下的相机位姿信息。
7.一种终端，其特征在于，所述终端包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-5中任一所述的位置信息的确定方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的位置信息的确定方法。
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