CN108253940A - 定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位方法及装置。其中，该方法包括：获取光学设备采集的第一图像，其中，第一图像包括观测目标和多个预定目标，多个预定目标为已知地理坐标的目标；基于第一图像，从多个预定目标中选取第一预定目标；获取第二图像，其中，第一预定目标位于第二图像的中心；基于惯导系统采集的测量数据和第二图像中的第一预定目标，确定光学设备的第一姿态角；基于第二图像中观测目标与第一预定目标的位置关系，修正第一姿态角，得到第二姿态角；基于第二姿态角计算观测目标的地理坐标。本发明解决了现有技术中对观测目标准确定位的成本高的技术问题。

Description

定位方法及装置

技术领域

本发明涉及测绘领域，具体而言，涉及一种定位方法及装置。

背景技术

现有技术中，通过浮空平台对观测目标进行定位，需要在光学设备内部稳定云台轴上固连高精度惯导来获取姿态，并结合高精度测距设备来完成对观测目标的定位。

但是通过该方案来完成对观测目标的定位需要投入较大的硬件成本，而且还需要对现有的已投入应用的平台做较大的硬件升级和改造，实用性较低。

通过在光学设备内部稳定云台轴上固连高精度惯导来获取姿态，并结合高精度测距设备来完成定位。此方案需要投入较大的硬件成本，而且对已投用平台需要做较大的硬件升级和改造，实用性较低。

针对上述对观测目标准确定位的成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种定位方法及装置，以至少解决对观测目标准确定位的成本高的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种定位方法，包括：获取光学设备采集的第一图像，其中，所述第一图像包括观测目标和多个预定目标，多个所述预定目标为已知地理坐标的目标；基于所述第一图像，从所述多个预定目标中选取第一预定目标；获取第二图像，其中，所述第一预定目标位于所述第二图像的中心；基于惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，确定所述光学设备的第一姿态角；基于所述第二图像中所述观测目标与所述第一预定目标的位置关系，修正所述第一姿态角，得到第二姿态角；基于所述第二姿态角计算所述观测目标的地理坐标。

进一步地，获取光学设备采集的第一图像包括：获取所述光学设备采集的目标区域的所述第一图像，其中，所述目标区域包括所述观测目标和多个预定目标，所述目标区域的范围根据所述光学设备的视场角确定。

进一步地，获取光学设备采集的第一图像包括：检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述多个预定目标，若所述光学设备采集的图像中不包含所述观测目标和所述多个预定目标，则扩大光学采集设备的视场角，重新获取所述光学设备采集的图像；若所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述多个预定目标，则确定采集到所述第一图像。

进一步地，检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述多个预定目标包括：获取预先建立的所述观测目标和所述多个预定目标的预定图像数据库，其中，所述预定图像数据库中记录有所述观测目标和所述多个预定目标的特征；检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述预定目标的特征；若检测出所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述预定目标的特征，则确定所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述多个预定目标。

进一步地，基于所述第一图像，从所述多个预定目标中选取第一预定目标包括：确定所述观测目标与各个所述预定目标在所述第一图像中的距离；获取与所述观测目标距离最短的所述预定目标为所述第一预定目标。

进一步地，基于惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，确定所述光学设备的第一姿态角包括：基于所述惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，通过第一公式计算所述光学设备的所述第一姿态角，其中，所述第一公式为其中，A、B表示预先设置的旋转矩阵，由惯导系统采集的测量数据确定；c、d是第二图像中心位置的地理坐标，c表示经度坐标，d表示纬度坐标；α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角； a表示地球最长半径，b表示地球最短半径。

进一步地，基于所述第二图像中的所述观测目标与所述第一预定目标的位置关系，修正所述第一姿态角，得到第二姿态角包括：基于所述第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系，通过第二公式修正所述第一姿态角，得到第二姿态角，其中，所述第二公式为和其中，h是所述观测目标在第二图像像素的行数，l是所述观测目标在第二图像像素的列数，α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角，△β是俯仰角的修正值，△α是方位角的修正值，ξ和ω是所述光学设备采集第二图像的视场角，ξ表示光学设备竖直方向的视场角，ω表示光学设备水平方向的视场角，β′＝β-△β是修正后的俯仰角，α′＝α+△α是修正后的方位角，所述第二姿态角包括所述修正后的俯仰角和所述修正后的方位角。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种定位装置，包括：第一获取单元，用于获取光学设备采集的第一图像，其中，所述第一图像包括观测目标和多个预定目标，多个所述预定目标为已知地理坐标的目标；第一选取单元，用于基于所述第一图像，从所述多个预定目标中选取第一预定目标；第二获取单元，用于获取第二图像，其中，所述第一预定目标位于所述第二图像的中心；第一运算单元，用于基于惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，确定所述光学设备的第一姿态角；第二运算单元，用于基于所述第二图像中所述观测目标与所述第一预定目标的位置关系，修正所述第一姿态角，得到第二姿态角；第三运算单元，用于基于所述第二姿态角计算所述观测目标的地理坐标。

进一步地，所述第一获取单元包括：第一获取模块，用于获取所述光学设备采集的目标区域的所述第一图像，其中，所述目标区域包括所述观测目标和多个预定目标，所述目标区域的范围根据所述光学设备的视场角确定。

进一步地，所述第一获取单元包括：检测模块，用于检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述多个预定目标，第一检测子模块，若所述光学设备采集的图像中不包含所述观测目标和所述多个预定目标，则扩大光学采集设备的视场角，重新获取所述光学设备采集的图像；第二检测子模块，若所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述多个预定目标，则确定采集到所述第一图像。

进一步地，所述检测模块包括：第二获取模块，用于获取预先建立的所述观测目标和所述多个预定目标的预定图像数据库，其中，所述预定图像数据库中记录有所述观测目标和所述多个预定目标的特征；第二检测模块，用于检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述预定目标的特征；第三检测子模块，若检测出所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述预定目标的特征，则确定所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述多个预定目标。

进一步地，所述第一选取单元包括：确定所述观测目标与各个所述预定目标在所述第一图像中的距离；获取与所述观测目标距离最短的所述预定目标为所述第一预定目标。

进一步地，所述第一运算模块包括：基于所述惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，通过第一公式计算所述光学设备的所述第一姿态角，其中，所述第一公式为其中，A、B表示预先设置的旋转矩阵，由惯导系统采集的测量数据确定；c、d是第二图像中心位置的地理坐标，c表示经度坐标，d表示纬度坐标；α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角； a表示地球最长半径，b表示地球最短半径。

进一步地，所述第二运算模块包括：基于所述第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系，通过第二公式修正所述第一姿态角，得到第二姿态角，其中，所述第二公式为和其中，h是所述观测目标在第二图像像素的行数，l是所述观测目标在第二图像像素的列数，α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角，△β是俯仰角的修正值，△α是方位角的修正值，ξ和ω是所述光学设备采集第二图像的视场角，ξ表示光学设备竖直方向的视场角，ω表示光学设备水平方向的视场角，β′＝β-△β是修正后的俯仰角，α′＝α+△α是修正后的方位角，所述第二姿态角包括所述修正后的俯仰角和所述修正后的方位角。

在本发明实施例中，浮空平台搭载的光学设备采集观测地面目标的图像，并在采集的图像中提取包含观测目标和多个已知地理坐标的预定目标的图像作为第一图像，再从第一图像中选取一个预定目标作为后续为观测目标准确定位的参考目标，并将该参考目标命名为第一预定目标，然后在第一图像中选择第一预定目标位于图像中心的第二图像，根据浮空平台自身的惯导系统采集的测量数据和第一预定目标的已知坐标，确定采集第二图像的光学设备的第一姿态角，再根据第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系修正第一姿态角，得到第二姿态角，进而根据修正的第二姿态角计算观测目标的地理坐标，使浮空平台可以根据浮空平台的光学设备和自身的惯导系统，以及地面上的预定目标便可实现对观测目标的准确定位，而无需在浮空平台上另外添加测距模块和测姿模块对观测目标的定位，解决了现有技术中对观测目标准确定位的成本高的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种定位方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的定位方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的一种定位装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种定位方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种定位方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取光学设备采集的第一图像，其中，第一图像包括观测目标和多个预定目标，多个预定目标为已知地理坐标的目标；

步骤S104，基于第一图像，从多个预定目标中选取第一预定目标；

步骤S106，获取第二图像，其中，第一预定目标位于第二图像的中心；

步骤S108，基于惯导系统采集的测量数据和第二图像中的第一预定目标，确定光学设备的第一姿态角；

步骤S110，基于第二图像中观测目标与第一预定目标的位置关系，修正第一姿态角，得到第二姿态角；

步骤S112，基于第二姿态角计算观测目标的地理坐标。

在上述实施例中，浮空平台搭载的光学设备采集观测地面目标的图像，并在采集的图像中提取包含观测目标和多个已知地理坐标的预定目标的图像作为第一图像，再从第一图像中选取一个预定目标作为后续为观测目标准确定位的参考目标，并将该参考目标命名为第一预定目标，然后在第一图像中选择第一预定目标位于图像中心的第二图像，根据浮空平台自身的惯导系统采集的测量数据和第一预定目标的已知坐标，确定采集第二图像的光学设备的第一姿态角，再根据第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系修正第一姿态角，得到第二姿态角，进而根据修正的第二姿态角计算观测目标的地理坐标，使浮空平台可以根据浮空平台的光学设备和自身的惯导系统，以及地面上的预定目标便可实现对观测目标的准确定位，而无需在浮空平台上另外添加测距模块和测姿模块对观测目标的定位，解决了现有技术中对观测目标准确定位的成本高的技术问题。

需要说明的是，惯导系统，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，利用推算导航的方式，即从一已知点的位置和自身运动状态推算为自身位置坐标。

在一个可选的实施例中，获取光学设备采集的第一图像包括：获取光学设备采集的目标区域的第一图像，其中，目标区域包括观测目标和多个预定目标，目标区域的范围根据光学设备的视场角确定。

可选地，以观测目标为中心通过人工选择的方式确定一个目标区域，在该目标区域的内均匀设置多个预定目标，可以使光学设备更容易采集到包含观测目标和预定目标的第一图像。

可选地，目标区域可以根据光学设备的视场角确定，预先获取光学设备上可调节视场角的范围，以及浮空平台的飞行高度，可以确定浮空平台在飞行时采集地面图像的范围，再根据该范围确定目标区域。

需要说明的是，视场角即当前成像状态下，图像的覆盖范围相对于光学设备的张角。对于变焦光学系统，在保证其他光学参数不变的情况下，其视场角只随着焦距的调节而变化。

作为一个可选的实施例，获取光学设备采集的第一图像包括：检测光学设备采集的图像中是否包含观测目标和多个预定目标，若光学设备采集的图像中不包含观测目标和多个预定目标，则扩大光学采集设备的视场角，重新获取光学设备采集的图像；若光学设备采集的图像中包含观测目标和多个预定目标，则确定采集到第一图像。

可选地，通过扩大采集设备的视场角来扩大采集图像的范围，可以在不改变浮空平台位置和光学设备姿态角的情况下获取第一图像。

一个可选的实施例，检测光学设备采集的图像中是否包含观测目标和多个预定目标包括：获取预先建立的观测目标和多个预定目标的预定图像数据库，其中，预定图像数据库中记录有观测目标和多个预定目标的特征；检测光学设备采集的图像中是否包含观测目标和预定目标的特征；若检测出光学设备采集的图像中包含观测目标和预定目标的特征，则确定光学设备采集的图像中包含观测目标和多个预定目标。

具体地，可以将光学设备采集的图像与预先存储观测目标和预定目标的图像库做比对，确定包含观测目标和多个预定目标的光学设备采集的图像。

在一个可选的实施例中，基于第一图像，从多个预定目标中选取第一预定目标包括：确定观测目标与各个预定目标在第一图像中的距离；获取与观测目标距离最短的预定目标为第一预定目标。获取与观测目标距离最短的预定目标的坐标作为后续运算的参数，可以便于计算。

作为一个可选的实施例，基于惯导系统采集的测量数据和第二图像中的第一预定目标，确定光学设备的第一姿态角包括：基于惯导系统采集的测量数据和第二图像中的第一预定目标，通过第一公式计算光学设备的第一姿态角，其中，第一公式为其中，A、B表示预先设置的旋转矩阵，由惯导系统采集的测量数据确定；c、d是第二图像中心位置的地理坐标，c表示经度坐标，d表示纬度坐标；α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角； a表示地球最长半径，b表示地球最短半径。

需要说明的是，a表示地球最长半径a＝6378137m，b表示地球最短半径b＝6356752.3142m。

具体地，根据浮空平台惯导系统采集的测量数据和第二图像中第一预定目标的地理坐标，可以通过第一公式计算出光学设备采集第二图像时的第一姿态角，并在后续计算过程中使用第一姿态角的数据，通过第一公式建立光学设备采集第二图像的姿态角与第二图像中心位置地理坐标的对应关系，可根据第二图像中心位置中的已知地理坐标的第一预定目标，计算获取第二图像的第一姿态角。

需要说明的是，光学设备采集图像的方向，可以用光学设备到采集图像的中心方向的方向线表示，光学设备在采集图像过程中可以围绕某一固定点转动，转动方向即包括左右方向，又包括上下方向，为了准确表达光学设备采集图像的方向，使用了姿态角这一概念。姿态角包括方位角和俯仰角，方位角表示光学设备的方向线与正北方向的水平夹角，方向线绕固定点顺时针转动，方向角增大；俯仰角表示光学设备的方向线与水平方向的夹角，若方向线处于水平方向上方，则俯仰角为正，若方向线处于水平方向下方，则俯仰角为负。

作为一个可选的实施例，基于第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系，修正第一姿态角，得到第二姿态角包括：基于第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系，通过第二公式修正第一姿态角，得到第二姿态角，其中，第二公式为和其中，h是观测目标在第二图像像素的行数，l是观测目标在第二图像像素的列数，α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角，△β是俯仰角的修正值，△α是方位角的修正值，ξ和ω是光学设备采集第二图像的视场角，ξ表示光学设备竖直方向的视场角，ω表示光学设备水平方向的视场角，β′＝β-△β是修正后的俯仰角，α′＝α+△α是修正后的方位角，第二姿态角包括修正后的俯仰角和修正后的方位角。

具体地，基于第二图像，确定观测目标与第一预定目标在第二图像中的位置关系，再通过第二公式，根据已知采集第二图像的第一姿态角和第一预定目标与观测目标在第二图像上的位置关系修正第一姿态角，得出第二姿态角，其中，第二姿态角表示光学设备采集观测目标处于图像中心位置时的姿态角。

需要说明的是，光学设备采集的第二图像是一个矩形图像，该矩形图像的上下距离与ξ相关，即ξ表示光学设备竖直方向的视场角；该矩形图像的左右距离与ω相关，即ω表示光学设备水平方向的视场角。

可选地，在根据已知的图像中某一目标在图像中的位置，可以通过第二公式计算出光学设备采集该目标处于图像中心位置时的姿态角，即可以通过第二公式，在第一预定目标不处于光学设备采集的图像的中心的情况下，计算出光学设备采集第一目标处于图像中心位置时的姿态角，即第一姿态角。

需要说明的是，通过第二公式计算第一姿态角前，先采集第一预定目标处于图像中心位置的第三图像，其中，第三图像只需第一预定目标处于图像中心即可，再通过第一计算公式计算出获取第二图像的第一姿态角，并在保持第一姿态角不变的情况下，采集包括第一预定目标和观测目标的第一图像，然后通过第二公式计算出假设第一预定目标处于当前图像中心的姿态角，即假设姿态角，并用该假设姿态角对原第一姿态角进行更新，将假设姿态角作为第一姿态角进行后续计算。

一个可选的实施例，基于第二姿态角计算观测目标的地理坐标包括：基于第二姿态角通过第一公式计算观测目标的地理坐标。

具体地，通过可以表示观测目标的地理坐标与第二姿态角对应关系的第一公式，根据已知的第二姿态角计算出观测目标的地理坐标。

图2是根据本发明实施例的一种可选的定位方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：

步骤S202，获取第一图像。

通过浮空平台的光学设备，采集观测地面上的图像，并将采集的图像与存有观测目标和预定目标图像到的图像库对比，判断采集的图像中是否包含需要定位的观测目标和预先设置的预定目标，若采集的图像中包含观测目标和预定目标，则确定光学设备采集的图像为第一图像，若采集的图像中不包含观测目标和预定目标，则保存当前光学设备的姿态扩大视场角，重新采集观测地面上的图像，直到采集的图像中包含观测目标和预定目标为止。

其中，视场角，即当前成像状态下，图像的覆盖范围相对于相机的张角。对于光学设备的变焦光学系统，在保证其他光学参数不变的情况下，其视场角只随着焦距的调节而变化。

需要说明的是，预定目标是预先设置在观测目标附近的已知地理坐标的参考点，浮空平台以图像中的预定目标作为参考点，来提高对观测目标的定位的准确性。

可选地，为了便于浮空平台的光学设备采集包含观测目标和预定目标的第一图像，可以在观测目标附近的目标区域内设置多个预定目标，其中，目标区域是以观测目标为中心的规则图形区域，该目标区域的范围可以根据浮空平台上光学设备采集第一图像的视场角度确定，若光学设备的视场角度大，则确定范围较大的目标区域；若光学设备的视场角度小，则确定范围较小的目标区域；另外在目标区域内设置的多个预定目标可以在目标区域内均匀排布。

可选地，为了便于识别第一图像中的预定目标，可以在目标区域内将预定目标设置空旷处或地势较高处，使预定目标不会被遮盖，便于识别。

步骤S204，在第一图像中提取第一预定目标。

在第一图像中选取一个预定目标作为第一预定目标，并确定该第一预定目标在第一图像中的像素位置，为后续准确定位观测目标提供参考数据。

可选地，第一图像中包含观测目标和预定目标，其中，预定目标可以是一个或多个，若第一图像中的预定目标是一个，则确定该预定目标为第一预定目标；若第一图像中的第一预定目标是多个，可以选择其中的一个预定目标作为第一预定目标。

一个可选的实施例，可以选择距离观测目标最近的预定目标作为第一预定目标。

可选地，可以测量第一图像上观测目标与各预定目标之间的距离，选取与观测目标距离最近的预定目标作为第一预定目标。

步骤S206，获取第二图像。

在确定第一预定目标的情况下，光学设备重新获取第一预定目标处于图像中心的第一图像，并将重新获取的图像作为第二图像。

步骤S208，确定光学设备的第一姿态角。

根据坐标转换原理，以及浮空平台惯导系统采集的测量数据，建立准确的转换矩阵，即第一公式，其中，第一公式表示光学设备采集第二图像的姿态角，即第一姿态角与第二图像中心位置的地理坐标的对应关系，可以根据第二图像中心位置的地理坐标确定第一姿态角。

在一个可选的实施例中，第一公式可以是公式中的A和B是预先设置的旋转矩阵，该旋转矩阵是由浮空平台惯导系统采集的测量数据确定，c、d是第二图像中心位置的地理坐标，c表示经度坐标，d表示纬度坐标；α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角；e通过公式计算得出；N通过公式计算得出；a表示地球最长半径a＝6378137m，b表示地球最短半径b＝6356752.3142m。

步骤S210，得到光学设备修正后的第二姿态角。

根据观测目标与第一预定目标的位置关系，通过第二公式计算出假设观测目标处于第二图像中心情况下的姿态角，即得到第二姿态角。

可选地，第二公式可以是和由于第一预定目标处于第二图像中心，观测目标可以根据第二图像中心位置进行修正，其中，h是所述观测目标在第二图像像素的行数，l是所述观测目标在第二图像像素的列数，采集的第二图像的像素格式是1920×1080，ξ和ω是光学设备采集第二图像的视场角，ξ表示光学设备竖直方向的视场角，ω表示光学设备水平方向的视场角，α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角，β′＝β-△β是修正后的俯仰角，α′＝α+△α是修正后的方位角，其中，第二姿态角包括修正后的俯仰角和修正后的方位角。

步骤S212，确定观测目标的地理坐标。

将修正后的第二姿态角代入第一公式中，确定第二图像中心的地理坐标即为观测目标的地理坐标。

在上述实施例中，利用浮空平台搭载光学设备进行对地监测，可以在检测的同时确定观测目标的地理坐标位置，并且确定的观测目标的地理坐标精度较高，可以完善浮空平台在实际应用的功能。使光学平台在缺少测距模块和精确测姿模块的情况下，利用已有光学设备和惯导系统，配合有限的地面控制点，可以有效的提高观测目标的定位精度，同时降低定位成本。

图3是根据本发明实施例的一种定位装置的示意图，如图3，该装置包括：第一获取单元31，用于获取光学设备采集的第一图像，其中，第一图像包括观测目标和多个预定目标，多个预定目标为已知地理坐标的目标；第一选取单元33，用于基于第一图像，从多个预定目标中选取第一预定目标；第二获取单元35，用于获取第二图像，其中，第一预定目标位于第二图像的中心；第一运算单元37，用于基于惯导系统采集的测量数据和第二图像中的第一预定目标，确定光学设备的第一姿态角；第二运算单元39，用于基于第二图像中观测目标与第一预定目标的位置关系，修正第一姿态角，得到第二姿态角；第三运算单元41，用于基于第二姿态角计算观测目标的地理坐标。

在上述实施例中，浮空平台搭载的光学设备采集观测地面目标的图像，并在采集的图像中提取包含观测目标和多个已知地理坐标的预定目标的图像作为第一图像，再从第一图像中选取一个预定目标作为后续为观测目标准确定位的参考目标，并将该参考目标命名为第一预定目标，然后在第一图像中选择第一预定目标位于图像中心的第二图像，根据浮空平台自身的惯导系统采集的测量数据和第一预定目标的已知坐标，确定采集第二图像的光学设备的第一姿态角，再根据第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系修正第一姿态角，得到第二姿态角，进而根据修正的第二姿态角计算观测目标的地理坐标，使浮空平台可以根据浮空平台的光学设备和自身的惯导系统，以及地面上的预定目标便可实现对观测目标的准确定位，而无需在浮空平台上另外添加测距模块和测姿模块对观测目标的定位，解决了现有技术中对观测目标准确定位的成本高的技术问题。

在一个可选的实施例中，第一获取单元包括：第一获取模块，用于获取光学设备采集的目标区域的第一图像，其中，目标区域包括观测目标和多个预定目标，目标区域的范围根据光学设备的视场角确定。

作为一个可选的实施例，第一获取单元包括：检测模块，用于检测光学设备采集的图像中是否包含观测目标和多个预定目标，第一检测子模块，若光学设备采集的图像中不包含观测目标和多个预定目标，则扩大光学采集设备的视场角，重新获取光学设备采集的图像；第二检测子模块，若光学设备采集的图像中包含观测目标和多个预定目标，则确定采集到第一图像。

在一个可选的实施例中，检测模块包括：第二获取模块，用于获取预先建立的观测目标和多个预定目标的预定图像数据库，其中，预定图像数据库中记录有观测目标和多个预定目标的特征；第二检测模块，用于检测光学设备采集的图像中是否包含观测目标和预定目标的特征；第三检测子模块，若检测出光学设备采集的图像中包含观测目标和预定目标的特征，则确定光学设备采集的图像中包含观测目标和多个预定目标。

作为一个可选的实施例，第一选取单元包括：确定观测目标与各个预定目标在第一图像中的距离；获取与观测目标距离最短的预定目标为第一预定目标。

一个可选的实施例，第一运算模块包括：基于惯导系统采集的测量数据和第二图像中的第一预定目标，通过第一公式计算光学设备的第一姿态角，其中，第一公式为其中，A、B表示预先设置的旋转矩阵，由惯导系统采集的测量数据确定；c、d是第二图像中心位置的地理坐标，c表示经度坐标，d表示纬度坐标；α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角； a表示地球最长半径，b表示地球最短半径。

在一个可选的实施例中，第二运算模块包括：基于第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系，通过第二公式修正第一姿态角，得到第二姿态角，其中，第二公式为和其中，h是观测目标在第二图像像素的行数，l是观测目标在第二图像像素的列数，α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角，△β是俯仰角的修正值，△α是方位角的修正值，ξ和ω是光学设备采集第二图像的视场角，ξ表示光学设备竖直方向的视场角，ω表示光学设备水平方向的视场角，β′＝β-△β是修正后的俯仰角，α′＝α+△α是修正后的方位角，第二姿态角包括修正后的俯仰角和修正后的方位角。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种定位方法，其特征在于，包括：

获取光学设备采集的第一图像，其中，所述第一图像包括观测目标和多个预定目标，多个所述预定目标为已知地理坐标的目标；

基于所述第一图像，从所述多个预定目标中选取第一预定目标；

获取第二图像，其中，所述第一预定目标位于所述第二图像的中心；

基于惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，确定所述光学设备的第一姿态角；

基于所述第二图像中所述观测目标与所述第一预定目标的位置关系，修正所述第一姿态角，得到第二姿态角；

基于所述第二姿态角计算所述观测目标的地理坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取光学设备采集的第一图像包括：

获取所述光学设备采集的目标区域的所述第一图像，其中，所述目标区域包括所述观测目标和多个预定目标，所述目标区域的范围根据所述光学设备的视场角确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取光学设备采集的第一图像包括：

检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述多个预定目标，

若所述光学设备采集的图像中不包含所述观测目标和所述多个预定目标，则扩大光学采集设备的视场角，重新获取所述光学设备采集的图像；

若所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述多个预定目标，则确定采集到所述第一图像。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述多个预定目标包括：

获取预先建立的所述观测目标和所述多个预定目标的预定图像数据库，其中，所述预定图像数据库中记录有所述观测目标和所述多个预定目标的特征；

检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述预定目标的特征；

若检测出所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述预定目标的特征，则确定所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述多个预定目标。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第一图像，从所述多个预定目标中选取第一预定目标包括：

确定所述观测目标与各个所述预定目标在所述第一图像中的距离；

获取与所述观测目标距离最短的所述预定目标为所述第一预定目标。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，确定所述光学设备的第一姿态角包括：

基于所述惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，通过第一公式计算所述光学设备的所述第一姿态角，其中，所述第一公式为其中，

A、B表示预先设置的旋转矩阵，由惯导系统采集的测量数据确定；

c、d是第二图像中心位置的地理坐标，c表示经度坐标，d表示纬度坐标；

α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角；

a表示地球最长半径，b表示地球最短半径。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述第二图像中的所述观测目标与所述第一预定目标的位置关系，修正所述第一姿态角，得到第二姿态角包括：

基于所述第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系，通过第二公式修正所述第一姿态角，得到第二姿态角，其中，所述第二公式为和其中，

h是所述观测目标在第二图像像素的行数，l所述观测目标在第二图像像素的列数，

α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角，

△β是俯仰角的修正值，△α是方位角的修正值，

ξ和ω是所述光学设备采集第二图像的视场角，ξ表示光学设备竖直方向的视场角，ω表示光学设备水平方向的视场角，

β′＝β-△β是修正后的俯仰角，α′＝α+△α是修正后的方位角，所述第二姿态角包括所述修正后的俯仰角和所述修正后的方位角。

8.一种定位装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取光学设备采集的第一图像，其中，所述第一图像包括观测目标和多个预定目标，多个所述预定目标为已知地理坐标的目标；

第一选取单元，用于基于所述第一图像，从所述多个预定目标中选取第一预定目标；

第二获取单元，用于获取第二图像，其中，所述第一预定目标位于所述第二图像的中心；

第一运算单元，用于基于惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，确定所述光学设备的第一姿态角；

第二运算单元，用于基于所述第二图像中所述观测目标与所述第一预定目标的位置关系，修正所述第一姿态角，得到第二姿态角；

第三运算单元，用于基于所述第二姿态角计算所述观测目标的地理坐标。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元包括：

第一获取模块，用于获取所述光学设备采集的目标区域的所述第一图像，其中，所述目标区域包括所述观测目标和多个预定目标，所述目标区域的范围根据所述光学设备的视场角确定。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一获取单元包括：

检测模块，用于检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述多个预定目标，

第一检测子模块，若所述光学设备采集的图像中不包含所述观测目标和所述多个预定目标，则扩大光学采集设备的视场角，重新获取所述光学设备采集的图像；

第二检测子模块，若所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述多个预定目标，则确定采集到所述第一图像。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述检测模块包括：

第二获取模块，用于获取预先建立的所述观测目标和所述多个预定目标的预定图像数据库，其中，所述预定图像数据库中记录有所述观测目标和所述多个预定目标的特征；

第二检测模块，用于检测所述光学设备采集的图像中是否包含所述观测目标和所述预定目标的特征；

第三检测子模块，若检测出所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述预定目标的特征，则确定所述光学设备采集的图像中包含所述观测目标和所述多个预定目标。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一选取单元包括：

确定所述观测目标与各个所述预定目标在所述第一图像中的距离；

获取与所述观测目标距离最短的所述预定目标为所述第一预定目标。

13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一运算模块包括：

基于所述惯导系统采集的测量数据和所述第二图像中的所述第一预定目标，通过第一公式计算所述光学设备的所述第一姿态角，其中，所述第一公式为其中，

A、B表示预先设置的旋转矩阵，由惯导系统采集的测量数据确定；

c、d是第二图像中心位置的地理坐标，c表示经度坐标，d表示纬度坐标；

α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角；

a表示地球最长半径，b表示地球最短半径。

14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二运算模块包括：

基于所述第二图像中的观测目标与第一预定目标的位置关系，通过第二公式修正所述第一姿态角，得到第二姿态角，其中，所述第二公式为和其中，

h是所述观测目标在第二图像像素的行数，l是所述观测目标在第二图像像素的列数，

α、β是光学设备采集第二图像的第一姿态角，α为方位角，β为俯仰角，

△β是俯仰角的修正值，△α是方位角的修正值，

ξ和ω是所述光学设备采集第二图像的视场角，ξ表示光学设备竖直方向的视场角，ω表示光学设备水平方向的视场角，

β′＝β-△β是修正后的俯仰角，α′＝α+△α是修正后的方位角，所述第二姿态角包括所述修正后的俯仰角和所述修正后的方位角。