一种空中立方体全景成像目标定位方法

摘要

本发明一种空中立方体全景成像目标定位方法，该方法以空中立方体全景图为研究对象，选用数字卫星影像地图为定位基准，通过航拍图片和卫星影像的同名点解算立方体全景图中任意目标点的地理位置。该方法充分考虑立方体全景成像的特点，推导出适用于立方体全景图的映射模型，同时全景成像也提供了更丰富的场景信息，便于找到更多的同名点，也进一步提高了映射模型的定位精度。该方法理论上可实现地图级精度的目标快速定位，对于没有高精度导航传感器和稳定平台条件的低成本无人机平台亦可适用。

主权项

1.一种基于投影变换的空中立方体全景成像目标定位方法，其特征在于步骤如下：1）在指定航拍区域拍摄得到立方体全景图，调取该航拍区域的卫星影像数据，通过手动指定或是特征点自动匹配方法得到若干同名点；2）根据步骤1）得到的同名点，采用投影变换公式$R_{\mathrm{face}}{K}^{-1}{x}_{\mathrm{face}}^T=\left[R\right|t]\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\\ 1\end{array}\right)=\left[\begin{array}{c}{v}^1\\ v^2\\ v^3\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\\ 1\end{array}\right),$计算获得从立方体全景图到卫星地图的$\left[\begin{array}{c}{v}^1\\ v^2\\ v^3\end{array}\right],$即为映射模型矩阵V；式中(X,Y,Z,1)^T是地面同名点在大地坐标系下的齐次坐标，为像素同名点所在立方体面上的齐次坐标，R_face为立方体六个面相对于立方体全景图坐标系的旋转矩阵，分别为$R_D=\left[\begin{array}{ccc}0& -1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$$R_R=\left[\begin{array}{ccc}0& -1& 0\\ 1& 0& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],R_L=\left[\begin{array}{ccc}0& -1& 0\\ 0& 0& -1\\ 1& 0& 0\end{array}\right],R_U=\left[\begin{array}{ccc}0& -1& 0\\ -1& 0& 0\\ 0& 0& -1\end{array}\right],R_B=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& -1\\ 1& 0& 0\\ 0& -1& 0\end{array}\right],$$R_F=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\end{array}\right];K=\left(\begin{array}{ccc}s/2& 0& s/2\\ 0& s/2& s/2\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$为立方体全景图的内参矩阵，s是立方体全景图的边长；R和t是立方体全景图坐标系相对于大地坐标系的旋转和平移矩阵，vⁱ为第i行行向量，i=1,2,3；3）根据步骤2）得到的映射模型V，以及待测目标的高程Z，由待测目标的像素的齐次坐标x_face及待测目标所在的立方体面的旋转矩阵R_face，获得待测目标的空间位置(X,Y,Z)^T；再通过大地坐标系到WS84坐标系的转换，进而获得立方体全景图上待测目标对应的地理坐标。