CN116123998A - 多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量方法 - Google Patents

多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量方法 Download PDF

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CN116123998A CN202211621401.XA CN202211621401A CN116123998A CN 116123998 A CN116123998 A CN 116123998A CN 202211621401 A CN202211621401 A CN 202211621401A CN 116123998 A CN116123998 A CN 116123998A
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Abstract

本申请提供多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量方法，包括：设置布站参数：根据实际情况布设多个测量站点并初始化参数；实测布站参数确定：通过高精度定位模块、高精度角度传感器模块分别测量出多个测量站点的实际布站参数，并确定出测量站点间的距离；炸点二维坐标确定及校准：多个测量装置分别通过摄像头模块对炸点进行连续视频采集，进行图像处理得到炸点二维坐标，并对炸点二维坐标进行空间校准；确定空中炸点位置：根据所读取的多个测量站点的参数进行交会处理，得到空中炸点的位置。本申请提高了空中炸点位置测量的精度。

Description

多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量方法
技术领域
本申请涉及炸点定位技术领域，特别涉及多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量方法。
背景技术
传统的空中炸点位置测量算法是利用两台高速摄影机，在不同的方位拍摄炸点图像，利用交会算法计算空中炸点的位置，同时基于PC端将采集到的两幅图像进行事后处理。由于传统方法需要人工测量设备间的距离，同时没有考虑到设备的滚转角对测量结果的影响，且没有对测量结果进行时间对准，同时不具备实时性，因此便利性较差，测量误差较高。为进一步提高空中炸点测量精度和过程的便捷性，采用卫星进行设备间测距、考虑设备滚转角影响，采用多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量至关重要。
现有技术存在的问题是：设计的设备数量较少，同时忽略了设备滚转角影响且没有对测量结果进行时间对准，使得测量结果精度较差，需要人工测量设备的间距，增加了炸点测量过程的工作量，并且基于PC端将采集到的两幅图像进行事后处理，不具备实时性。
发明内容
本申请提供了多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量方法，可用于解决忽略设备滚转角影响导致空中炸点的测量不精确的技术问题。
本申请提供多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量方法，方法包括：
步骤10，设置布站参数：根据实际情况布设多个测量站点并初始化参数；
步骤20，实测布站参数确定：通过高精度定位模块、高精度角度传感器模块分别测量出多个测量站点的实际布站参数，并确定出测量站点间的距离；
步骤30，炸点二维坐标确定及校准：多个测量装置分别通过摄像头模块对炸点进行连续视频采集，进行图像处理得到炸点二维坐标，并对炸点二维坐标进行空间校准；
步骤40，确定空中炸点位置：根据所读取的多个测量站点的参数进行交会处理，得到空中炸点的位置。
可选的，初始化参数包括多个测量站点间的距离L、各测量站点的偏航角TYaw、俯仰角TPitch。
可选的，通过高精度定位模块、高精度角度传感器模块分别测量出多个测量站点的实际布站参数，并确定出测量站点间的距离，包括：
步骤21，确定测量站点的位置参数：利用高精度定位模块分别测量出多个站点的经度Si、纬度Nj；高精度定位模块是基于ZED-F9P开发的多频RTK定位定向模块，多频段接收器可在数秒内提供厘米级精度，并且可同时接收GPS、GLONASS、Galileo和北斗导航信号；
步骤22，根据经度Si、纬度Nj，得任意两个测量站点基线间距为：
Figure BDA0004002379710000021
其中m为纬度相差1°时的间距，n为经度相差1°时的间距，其值分别为：
m＝111319.4888943678
Figure BDA0004002379710000022
步骤23，测量站点的实测角度参数确定：利用高精度角度传感器模块测量出多个站点的实际偏航角TYaw、俯仰角TPitch、滚转角TRoll；
高精度角度传感器模块集成了高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器，采用高性能的微处理器和动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，并采用数字滤波处理，高精度角度传感器模块内部集成了姿态解算器，配合动态卡尔曼滤波算法。
可选的，炸点二维坐标确定及校准，包括：
步骤31，炸点视频的采集与处理：
多个测量站点的摄像头分别对炸点进行连续的视频采集，进行图像灰度化、图像分割处理，得到二值化炸点图像；
步骤32，炸点形心位置确定：
设二值化炸点图像炸点图像大小为M×N，基于平方加权灰度重心法来确定炸点的形心位置：
Figure BDA0004002379710000023
Figure BDA0004002379710000024
其中，M，N炸点图像水平和垂直方向的像素点；(x,y)为炸点图像中对应像素点的坐标；f(x,y)为对应像素点的灰度值，xC，yC为所求的炸点形心的水平和垂直坐标；
步骤33，炸点二维坐标确定：
设摄像头像素尺寸的水平坐标为e1、摄像头像素尺寸的垂直坐标e2，炸点的二维坐标(x_c,y_c)为：
x_c＝xCe1
y_c＝yCe2#(5)
步骤34，炸点二维坐标校准：多个测量站点分别利用所测滚转角TRoll对炸点二维坐标进行空间校准，得到新的炸点二维坐标(x,y)：
x＝x_c·cos(TRoll)+y_c·sin(TRoll)#(6)
y＝y_c·sin(TRoll)-x_c·sin(TRoll)#(7)。
可选的，确定空中炸点位置，包括：
步骤41，设任意两站点的各项参数为：测量站点基线间距L、偏航角TYaw1和TYaw2、俯仰角TPitch1和TPitch2、焦距为f以及炸点二维坐标(x1,y1)和(x2,y2)，基于交会算法两个站点测得的空中炸点位置为：
Figure BDA0004002379710000031
式中，各参数中下标1表示第一站点对应的参数；下标2表示第二站点对应的参数；
求出多组空中炸点位置：Z1、Z2、…、Zn；
步骤42，对多组空中炸点位置求平均值，得到最终空中炸点的位置：
Figure BDA0004002379710000032
式中，n表示炸点数量。
本申请通过高精度定位模块和高精度角度传感器对测量站点的参数进行实测，降低了测量站点基线间距误差和测量初始值误差，并根据所测参数对炸点二维坐标进行校准，提高了空中炸点位置测量的精度，并进行实时处理。
附图说明
图1为本申请实施例提供的空中炸点位置测量算法的主流程图；
图2为本申请实施例提供的实测布站参数确定步骤的流程图；
图3为本申请实施例提供的中炸点二维坐标确定及校准步骤的流程图；
图4为本申请实施例提供的空中炸点位置计算步骤的流程图；
图5为本申请实施例提供的空中炸点位置计算原理图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本申请提供多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量方法，方法包括：
步骤10，设置布站参数：根据实际情况布设多个测量站点并初始化参数。
初始化参数包括多个测量站点间的距离L(单位米)、各测量站点的偏航角TYaw(单位度)、俯仰角TPitch(单位度)。
步骤20，实测布站参数确定：通过高精度定位模块、高精度角度传感器模块分别测量出多个测量站点的实际布站参数，并确定出测量站点间的距离。
具体的，步骤20包括：
步骤21，确定测量站点的位置参数：利用高精度定位模块分别测量出多个站点的经度Si、纬度Nj；高精度定位模块是基于ZED-F9P开发的多频RTK定位定向模块，多频段接收器可在数秒内提供厘米级精度，并且可同时接收GPS、GLONASS、Galileo和北斗导航信号；
步骤22，根据经度Si、纬度Nj，得任意两个测量站点基线间距为：
Figure BDA0004002379710000041
其中m为纬度相差1°时的间距，n为经度相差1°时的间距，其值分别为(单位为米)：
m＝111319.4888943678
Figure BDA0004002379710000042
步骤23，测量站点的实测角度参数确定：利用高精度角度传感器模块测量出多个站点的实际偏航角TYaw(单位度)、俯仰角TPitch(单位度)、滚转角TRoll(单位度)；
高精度角度传感器模块集成了高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器，采用高性能的微处理器和动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前的实时运动姿态，并采用数字滤波处理，能有效降低测量噪声，提高测量精度；高精度角度传感器模块内部集成了姿态解算器，配合动态卡尔曼滤波算法，能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态，姿态测量精度0.001度，稳定性极高。
步骤30，炸点二维坐标确定及校准：多个测量装置分别通过摄像头模块对炸点进行连续视频采集，进行图像处理得到炸点二维坐标，并对炸点二维坐标进行空间校准。
具体的，步骤30包括：
步骤31，炸点视频的采集与处理：
多个测量站点的摄像头分别对炸点进行连续的视频采集，进行图像灰度化、图像分割处理，得到二值化炸点图像；
步骤32，炸点形心位置确定：
设二值化炸点图像炸点图像大小为M×N(单位像素)，基于平方加权灰度重心法来确定炸点的形心位置：
Figure BDA0004002379710000051
Figure BDA0004002379710000052
其中，M，N炸点图像水平和垂直方向的像素点；(x,y)为炸点图像中对应像素点的坐标；f(x,y)为对应像素点的灰度值，xC，yC为所求的炸点形心的水平和垂直坐标；
步骤33，炸点二维坐标确定：
设摄像头像素尺寸的水平坐标为e1、摄像头像素尺寸的垂直坐标e2(单位米)，炸点的二维坐标(x_c,y_c)为：
x_c＝xCe1
y_c＝yCe2#(5)
步骤34，炸点二维坐标校准：多个测量站点分别利用所测滚转角TRoll(单位度)对炸点二维坐标进行空间校准，得到新的炸点二维坐标(x,y)：
x＝x_c·cos(TRoll)+y_c·sin(TRoll)#(6)
y＝y_c·sin(TRoll)-x_c·sin(TRoll)#(7)。
步骤40，确定空中炸点位置：根据所读取的多个测量站点的参数进行交会处理，得到空中炸点的位置。
具体的，步骤40包括：
步骤41，设任意两站点的各项参数为：测量站点基线间距L(单位米)、偏航角TYaw1和TYaw2(单位度)、俯仰角TPitch1和TPitch2(单位度)、焦距为f(单位米)以及炸点二维坐标(x1,y1)和(x2,y2)，基于交会算法两个站点测得的空中炸点位置为：
Figure BDA0004002379710000053
式中，各参数中下标1表示第一站点对应的参数；下标2表示第二站点对应的参数；
求出多组空中炸点位置：Z1、Z2、…、Zn；
步骤42，对多组空中炸点位置求平均值，得到最终空中炸点的位置：
Figure BDA0004002379710000061
式中，n表示炸点数量。
本申请通过高精度定位模块和高精度角度传感器对测量站点的参数进行实测，降低了测量站点基线间距误差和测量初始值误差，并根据所测参数对炸点二维坐标进行校准，提高了空中炸点位置测量的精度，并进行实时处理。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (5)

1.多站点基于视频采集对空中炸点进行实时测量方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤10，设置布站参数：根据实际情况布设多个测量站点并初始化参数；
步骤20，实测布站参数确定：通过高精度定位模块、高精度角度传感器模块分别测量出多个测量站点的实际布站参数，并确定出测量站点间的距离；
步骤30，炸点二维坐标确定及校准：多个测量装置分别通过摄像头模块对炸点进行连续视频采集，进行图像处理得到炸点二维坐标，并对炸点二维坐标进行空间校准；
步骤40，确定空中炸点位置：根据所读取的多个测量站点的参数进行交会处理，得到空中炸点的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始化参数包括多个测量站点间的距离L、各测量站点的偏航角TYaw、俯仰角TPitch。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过高精度定位模块、高精度角度传感器模块分别测量出多个测量站点的实际布站参数，并确定出测量站点间的距离，包括：
步骤21，确定测量站点的位置参数：利用高精度定位模块分别测量出多个站点的经度Si、纬度Nj；高精度定位模块是基于ZED-F9P开发的多频RTK定位定向模块，多频段接收器可在数秒内提供厘米级精度，并且可同时接收GPS、GLONASS、Galileo和北斗导航信号；
步骤22，根据经度Si、纬度Nj，得任意两个测量站点基线间距为：
Figure FDA0004002379700000011
其中m为纬度相差1°时的间距，n为经度相差1°时的间距，其值分别为：
m＝111319.4888943678
Figure FDA0004002379700000012
步骤23，测量站点的实测角度参数确定：利用高精度角度传感器模块测量出多个站点的实际偏航角TYaw、俯仰角TPitch、滚转角TRoll；
高精度角度传感器模块集成了高精度的陀螺仪、加速度计、地磁场传感器，采用高性能的微处理器和动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，并采用数字滤波处理，高精度角度传感器模块内部集成了姿态解算器，配合动态卡尔曼滤波算法。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，炸点二维坐标确定及校准，包括：
步骤31，炸点视频的采集与处理：
多个测量站点的摄像头分别对炸点进行连续的视频采集，进行图像灰度化、图像分割处理，得到二值化炸点图像；
步骤32，炸点形心位置确定：
设二值化炸点图像炸点图像大小为M×N，基于平方加权灰度重心法来确定炸点的形心位置：
Figure FDA0004002379700000021
Figure FDA0004002379700000022
其中，M，N炸点图像水平和垂直方向的像素点；(x,y)为炸点图像中对应像素点的坐标；f(x,y)为对应像素点的灰度值，xC，yC为所求的炸点形心的水平和垂直坐标；
步骤33，炸点二维坐标确定：
设摄像头像素尺寸的水平坐标为e1、摄像头像素尺寸的垂直坐标e2，炸点的二维坐标(x_c,y_c)为：
x_c＝xCe1
y_c＝yCe2#(5)
步骤34，炸点二维坐标校准：多个测量站点分别利用所测滚转角TRoll对炸点二维坐标进行空间校准，得到新的炸点二维坐标(x,y)：
x＝x_c·cos(TRoll)+y_c·sin(TRoll)#(6)
y＝y_c·sin(TRoll)-x_c·sin(TRoll)#(7)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定空中炸点位置，包括：
步骤41，设任意两站点的各项参数为：测量站点基线间距L、偏航角TYaw1和TYaw2、俯仰角TPitch1和TPitch2、焦距为f以及炸点二维坐标(x1,y1)和(x2,y2)，基于交会算法两个站点测得的空中炸点位置为：
Figure FDA0004002379700000023
式中，各参数中下标1表示第一站点对应的参数；下标2表示第二站点对应的参数；
求出多组空中炸点位置：Z1、Z2、…、Zn；
步骤42，对多组空中炸点位置求平均值，得到最终空中炸点的位置：
Figure FDA0004002379700000024
式中，n表示炸点数量。
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