CN109341543A - 一种基于视觉图像的高度计算方法 - Google Patents

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汪延鹏
林捷境
陈婉婷
华楷
周伟
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Xiamen Han Eagle Aviation Technology Co Ltd
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Xiamen Han Eagle Aviation Technology Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉图像的高度计算方法，无人机搭载光电成像设备在不同飞行高度执行飞行任务时，光电成像设备以安装在地面的靶标为参考物进行拍照或录像，将所得影像通过图传设备实时下传至地面站，靶标在相片中所占的像素大小或在视频中所占时间的长短随飞行高度变化而变化，飞行高度越高，靶标呈现在影像信息中越小，飞行高度越低，靶标呈现在影像信息中越大，通过识别靶标在影像信息中的大小比例，可通过公式实时计算出无人机飞行的高度。本发明的有益效果为：方法简单，数据可靠，无需复杂的操作；可减少额外的设备重量；可与气压计或GPS配合使用，平衡各个采集高度方法的误差，提升无人机飞行的安全性和数据的可靠性。

Description

一种基于视觉图像的高度计算方法
技术领域
本发明涉及一种基于视觉图像的高度计算方法，属于获取无人机飞行高度技术领域。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”(“UAV”)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点。无人机广泛适用航空摄影测量、边防监控、军事侦察和警情消防监控、电力巡线、城市规划、国土调查、矿产开发、应急救灾、森林防火、生态监测、防汛抗旱等行业及其他无人机作业的特种行业。
当前广泛应用于获取无人机飞行高度的方法有两种：1、通过气压计测量大气压力获取，该方法受天气以及温度影响较大，使用时需要校准；2、通过GPS定位无人机位置获取，该方法受天气、环境、卫星分布、信号传播、观测以及接收设备等影响，影响因素较多，使用GPS定位高度精度较经度纬度精度差。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于视觉图像的高度计算方法，该方法可获取无人机实时的飞行高度，可应用于各类飞行任务以及飞行环境，实时性强，精度高，提高了飞机飞行的安全性及数据的可靠性。
本发明通过下述方案实现：一种基于视觉图像的高度计算方法，其用到无人机，光电成像设备，靶标、影像，其包括以下步骤：
步骤一：在地面设置靶标作为参考物，靶标3的尺寸L1已知；
步骤二：将光电成像设备安装在无人机上，光电成像设备的安装角垂直向下，且焦距固定，光电成像设备的视场角Y固定且已知；
步骤三：地面站自动拾取靶标在相片中所占的像素大小或在视频中所占时间的长短x；
步骤四：无人机飞行在H的高度时，自动拾取靶标在相片中所占像素的大小L1＇，当前高度下靶标长度L1、光电成像设备的视场角Y以及影像的像素的大小L＇已知；
步骤五：将步骤一到步骤四的数据带入公式③即可算出飞机飞行的当前高度
所述无人机为搭载所述光电成像设备的平台，所述光电成像设备安装在所述无人机的任务载荷舱中。
所述靶标为安置在地面上测量高度所使用的参考物。
所述影像是指通过所述光电成像设备获取的包含所述靶标的照片或视频信息。
所述光电成像设备是指照相机、摄像机以及光电吊舱等可实现拍摄功能的设备。
所述无人机搭载所述光电成像设备在不同飞行高度执行飞行任务时，所述光电成像设备以安装在地面的靶标为参考物进行拍照或录像，将所得影像通过图传设备实时下传至地面站，所述靶标在相片中所占的像素大小或在视频中所占时间的长短随飞行高度变化而变化，飞行高度越高，靶标呈现在影像信息中越小，飞行高度越低，靶标呈现在影像信息中越大，通过识别靶标在影像信息中的大小比例，可通过公式③实时计算出无人机飞行的高度。
本发明的有益效果为：
1、本发明一种基于视觉图像的高度计算方法简单，数据可靠，无需复杂的操作；
2、本发明一种基于视觉图像的高度计算方法可减少额外的设备重量；
3、本发明一种基于视觉图像的高度计算方法可与气压计或GPS配合使用，平衡各个采集高度方法的误差，提升无人机飞行的安全性和数据的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种基于视觉图像的高度计算方法的结构示意图。
图2为本发明实例中由相机拍摄的带靶标的照片示意图。
图中：1是无人机；2是光电成像设备；3是靶标；4是影像；5是呈现在照片中的靶标；Y是光电成像设备的视场角；α是靶标所占视场角的角度；H是无人机飞行高度；L是当前高度下光电成像设备视场角所占长度；L1是当前高度下靶标长度；L＇—照片的像素的大小；L1＇—靶标在相片中所占像素的大小。
具体实施方式
下面结合图1-2对本发明进一步说明，但本发明保护范围不局限所述内容。
其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征，在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱，应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例，另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
一种基于视觉图像的高度计算方法，其用到无人机1，光电成像设备2，靶标3、影像4，其包括以下步骤：
步骤一：在地面设置靶标3作为参考物，靶标3的尺寸L1已知；
步骤二：将照相机安装在无人机1上，照相机安的安装角垂直向下，且焦距固定，照相机的视场角Y固定且已知；
步骤三：自动拾取靶标在相片中所占相片像素的大小x；
根据三角函数关系可得到如下关系：
由
得到
靶标3占相片像素的比例关系式为：
由
得到
将式②带入式①得：
步骤四：无人机1飞行在H的高度时，自动拾取靶标3在相片中所占像素的大小L1＇，当前高度下靶标3长度L1、光电成像设备2的视场角Y以及影像4的像素的大小L＇已知；
步骤五：将步骤一到步骤四的数据带入公式③即可算出飞机飞行的当前高度。
无人机1为搭载照相机的平台，照相机安装在无人机1的任务载荷舱中。
靶标3为安置在地面上测量高度所使用的参考物。
无人机1搭载光电成像设备2在不同飞行高度执行飞行任务时，照相机以安装在地面的靶标3为参考物进行拍照或录像，将所得影像4通过图传设备实时下传至地面站，靶标3在相片中所占的像素大小或在视频中所占时间的长短随飞行高度变化而变化，飞行高度越高，靶标3呈现在影像信息中越小，飞行高度越低，靶标3呈现在影像信息中越大，通过识别靶标3在影像信息中的大小比例，可通过公式③实时计算出无人机无人机1飞行的高度。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于视觉图像的高度计算方法，其特征在于：其用到无人机(1)，光电成像设备(2)，靶标(3)、影像(4)，其包括以下步骤：
步骤一：在地面设置靶标(3)作为参考物，靶标3的尺寸L1已知；
步骤二：将光电成像设备(2)安装在无人机(1)上，光电成像设备(2)的安装角垂直向下，且焦距固定，光电成像设备(2)的视场角Y固定且已知；
步骤三：地面站自动拾取靶标(3)在相片中所占的像素大小或在视频中所占时间的长短x；
步骤四：无人机(1)飞行在H的高度时，自动拾取靶标(3)在相片中所占像素的大小L1＇，当前高度下靶标(3)长度L1、光电成像设备(2)的视场角Y以及影像(4)的像素的大小L＇已知；
步骤五：将步骤一到步骤四的数据带入公式③即可算出飞机飞行的当前高度
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉图像的高度计算方法，其特征在于：所述无人机(1)为搭载所述光电成像设备(2)的平台，所述光电成像设备(2)安装在所述无人机(1)的任务载荷舱中。
3.根据权利要求1所述的一种基于视觉图像的高度计算方法，其特征在于：所述靶标(3)为安置在地面上测量高度所使用的参考物。
4.根据权利要求1所述的一种基于视觉图像的高度计算方法，其特征在于：所述影像(4)是指通过所述光电成像设备(2)获取的包含所述靶标(3)的照片或视频信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉图像的高度计算方法，其特征在于：所述光电成像设备(2)是指照相机、摄像机以及光电吊舱等可实现拍摄功能的设备。
6.根据权利要求1所述的一种基于视觉图像的高度计算方法，其特征在于：所述无人机(1)搭载所述光电成像设备(2)在不同飞行高度执行飞行任务时，所述光电成像设备(2)以安装在地面的靶标(3)为参考物进行拍照或录像，将所得影像(4)通过图传设备实时下传至地面站，所述靶标(3)在相片中所占的像素大小或在视频中所占时间的长短随飞行高度变化而变化，飞行高度越高，靶标(3)呈现在影像信息中越小，飞行高度越低，靶标(3)呈现在影像信息中越大，通过识别靶标(3)在影像信息中的大小比例，可通过公式③实时计算出无人机(1)飞行的高度。
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