CN110487249A - 一种用于结构三维振动测量的无人机标定方法 - Google Patents

一种用于结构三维振动测量的无人机标定方法 Download PDF

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陈贡发
张海柱
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    • G—PHYSICS
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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明涉及结构振动测量领域，更具体地，涉及一种用于结构三维振动测量的无人机标定方法，包括有以下步骤：S1：在需要测量的结构上进行点的标定，获取结构上的点之间的实际距离；S2：使用无人机对结构进行采像，获取结构上的点在无人机图像中的成像点坐标；S3：根据结构上的点之间的实际距离及对应点的成像点坐标得出无人机的内外参数；S4：根据无人机的内外参数得出无人机的相对位置。本发明解决测量时无人机的振动问题，精确得到无人机准确的内外参数问题。

Description

一种用于结构三维振动测量的无人机标定方法
技术领域
本发明涉及结构振动测量领域，更具体地，涉及一种用于结构三维振动测量的无人机标定方法。
背景技术
随着科技高速发展和无人机测量技术的成熟，无人机可以应用在越来越多的领域；无人机具有操作方便，灵活等优点，但是也容易受到环境和无人机自身振动的影响，所以这些影响因素的存在使得无人机很难应用到要求较高的结构振动测量领域；解决这些限制，让无人机能够进行要求更高的结构振动测量成为了无人机摄影测量中的一个重点难点。
无人机进行结构三维振动测量时需要知道两个无人机之间的内外参数，但是无人机在进行摄影测量时，由于无人机的振动以及环境的影响，使得两个无人机之间的相互位置不断发生变化，这就导致了无人机的相对位置无法确定，从而难以进行三维摄影测量。
如何在两台无人机进行结构三维振动测量前，解决由于无人机受各种因素的影响，导致两个无人机的位置不断变化，是使用无人机进行三维振动测量的难点。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的无人机振动影响三维摄影测量的缺陷，提供一种用于结构三维振动测量的无人机标定方法，解决测量时无人机的振动问题，精确得到无人机准确的内外参数问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于结构三维振动测量的无人机标定方法，其中，包括有以下步骤：
S1：在需要测量的结构上进行点的标定，获取结构上的点之间的实际距离；
S2：使用无人机对结构进行采像，获取结构上的点在无人机图像中的成像点坐标；
S3：根据结构上的点之间的实际距离及对应点的成像点坐标得出无人机的内外参数；
S4：根据无人机的内外参数得出无人机的相对位置。
在一个实施方式中，无人机有两个，分别为位于结构上的点两侧的左无人机和右无人机，两个无人机配合进行无人机标定操作。
优选地，在步骤S3中，包括有以下步骤：
S31：根据结构上的点的坐标以及对应点在无人机图像上的成像点坐标，得出下式：
其中，A为无人机的内参数矩阵，X,Y为支座点的坐标，s为尺度因子，u,v为支座点在无人机图像上的成像点坐标，h1,h2,h3为单应性矩阵的列向量；r1,r2为旋转矩阵R的列向量，fx表示无人机x轴上的焦距，fy表示无人机y轴上的焦距，(u0,v0)表示主点坐标，t为平移向量；
S32：求出无人机的内外参数：
r1＝A-1h1
r2＝A-1h2
r3＝r1×r2
t＝A-1h3
其中，r1,r2,r3为旋转矩阵R的列向量，t为平移向量，tx为无人机在x方向移动量，ty为无人机在y方向移动量，tz为无人机在z方向移动量。
优选地，在步骤S4中，通过下式得出无人机的相对位置：
T＝tr-Rtl
其中，Rr、Rl分别为右无人机、左无人机的旋转矩阵，tr、tl分别为右无人机、左无人机的平移向量。
本发明与现有技术相比，具有以下特点：
本发明解决了无人机应用在结构振动摄影测量中的难点，使得利用两台无人机能够进行结构的三维振动测量，很好的应用了无人机的优点，克服无人机缺点所带来的测量问题，解决了两台无人机进行结构三维摄影测量时，无法得到两台无人机准确的内外参数问题。并且将两台无人机应用在结构的三维振动测量中，并且通过无人机图像校正以及结构的已知尺寸获得两台无人机的内外参数。
附图说明
图1是本发明实施例中方法流程示意图。
图2是本发明实施例中桁架结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例：
如图1所示，本发明提供一种用于结构三维振动测量的无人机标定方法，其中，包括有以下步骤：
S1：在需要测量的结构上进行点的标定，获取结构上的点之间的实际距离；
S2：使用无人机对结构进行采像，获取结构上的点在无人机图像中的成像点坐标，无人机有两个，分别为位于结构上的点两侧的左无人机和右无人机，两个无人机配合进行无人机标定操作；
S3：根据结构上的点之间的实际距离及对应点的成像点坐标得出无人机的内外参数；
步骤S3中，包括有以下步骤：
S31：根据结构上的点的坐标以及对应点在无人机图像上的成像点坐标，得出下式：
其中，A为无人机的内参数矩阵，X,Y为支座点的坐标，s为尺度因子，u,v为支座点在无人机图像上的成像点坐标，h1,h2,h3为单应性矩阵的列向量；r1,r2为旋转矩阵R的列向量，fx表示无人机x轴上的焦距，fy表示无人机y轴上的焦距，(u0,v0)表示主点坐标，t为平移向量；
S32：求出无人机的内外参数：
r1＝A-1h1
r2＝A-1h2
r3＝r1×r2
t＝A-1h3
其中，r1,r2,r3为旋转矩阵R的列向量，t为平移向量，tx为无人机在x方向移动量，ty为无人机在y方向移动量，tz为无人机在z方向移动量；
S4：根据无人机的内外参数得出无人机的相对位置；
在步骤S4中，通过下式得出无人机的相对位置：
T＝tr-Rtl
其中，Rr、Rl分别为右无人机、左无人机的旋转矩阵，tr、tl分别为右无人机、左无人机的平移向量。
在桁架上进行点的标定，选择两个点，获得两个点之间的实际距离。两个无人机对桁架进行采像，在无人机图像中获得对应点的像素点坐标，通过步骤S3和步骤S4获得无人机的内外参数，完成结构三维振动测量的无人机标定过程。
本实施例中，以桁架为例，如图2所示，左无人机1和右无人机2对桁架进行采像，桁架上包括点3和点4，测量得到点3和点4之间的实际距离，确定点3和点4在无人机图像中的成像点坐标，根据点3和点4之间的实际距离及成像点坐标，得到无人机的内外参数。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于结构三维振动测量的无人机标定方法，其特征在于，包括有以下步骤：
S1：在需要测量的结构上进行点的标定，获取结构上的点之间的实际距离；
S2：使用无人机对结构进行采像，获取结构上的点在无人机图像中的成像点坐标；
S3：根据结构上的点之间的实际距离及对应点的成像点坐标得出无人机的内外参数；
S4：根据无人机的内外参数得出无人机的相对位置。
2.根据权利要求1所述的用于结构三维振动测量的无人机标定方法，其特征在于，所述步骤S2中，无人机有两个，分别为位于结构上的点两侧的左无人机和右无人机。
3.根据权利要求2所述的用于结构三维振动测量的无人机标定方法，其特征在于，所述步骤S3中，包括有以下步骤：
S31：根据结构上的点的坐标以及对应点在无人机图像上的成像点坐标，得出下式：
其中，A为无人机的内参数矩阵，X,Y为支座点的坐标，s为尺度因子，u,v为支座点在无人机图像上的成像点坐标，h1,h2,h3为单应性矩阵的列向量；r1,r2为旋转矩阵R的列向量，fx表示无人机x轴上的焦距，fy表示无人机y轴上的焦距，(u0,v0)表示主点坐标，t为平移向量；
S32：求出无人机的内外参数：
r1＝A-1h1
r2＝A-1h2
r3＝r1×r2
t＝A-1h3
t＝[tx ty tz]
其中，r1，r2，r3为旋转矩阵R的列向量，t为平移向量，tx为无人机在x方向移动量，ty为无人机在y方向移动量，tz为无人机在z方向移动量。
4.根据权利要求3所述的用于结构三维振动测量的无人机标定方法，其特征在于，在步骤S4中，通过下式得出无人机的相对位置：
T＝tr-Rtl
Rr、R1分别为右无人机、左无人机的旋转矩阵，tr、t1分别为右无人机、左无人机的平移向量。
其中，R，T为右无人机相对于左无人机的旋转矩阵和平移向量。
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