CN115014279B - 观测飞行器、观测系统、校准方法及测量待测目标的方法 - Google Patents

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CN115014279B CN202210947166.9A CN202210947166A CN115014279B CN 115014279 B CN115014279 B CN 115014279B CN 202210947166 A CN202210947166 A CN 202210947166A CN 115014279 B CN115014279 B CN 115014279B
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Abstract

本发明涉及视觉测量以及图像检测技术领域，提供一种观测飞行器、测量系统、校准方法及测量待测目标的方法，观测飞行器包括：主观测设备；校准相机，用于拍摄其他观测飞行器的合作标志；固连装置，与主观测设备、校准相机固定连接；接收机，用于接收观测飞行器的定位信号；无线通信设备，用于与其他观测飞行器通讯；合作标志，设置在观测飞行器的外表面；姿态参数计算模块，用于根据接收机接收的观测飞行器的定位信号、无线通信设备接收的其他观测飞行器的定位信号、合作标志与接收机的位置关系、校准相机拍摄的带有其他观测飞行器上的合作标志的图像，得到主观测设备的姿态角。通过本方案，可以精确校准观测飞行器主观测设备的姿态。

Description

观测飞行器、观测系统、校准方法及测量待测目标的方法
技术领域
本发明涉及视觉测量以及图像检测技术领域，特别是涉及一种观测飞行器、观测系统、校准方法及测量待测目标的方法。
背景技术
飞行器从空中对待测目标进行观测，如果通过光电成像和测距对待测目标进行定位，其精度依赖于飞行器上主观测设备自身的位置和姿态精度。
由于在飞行器飞行的过程中进行观测，主观测设备的位置姿态参数不能事先标定，必须在观测过程中实时得到。对于待测区域以及空中、地面都无法获取已知特征或随飞行器运动而观测视场不断变换的情况，主观测设备的位置可以通过卫星差分方法精确得到，主观测的姿态可以通过惯导得到。但惯导存在时间积累误差，对于稍长时间的观测，惯导给出的姿态误差偏大，无法满足高精度观测对主观测设备的姿态参数精度的需求。
因此，亟需开发一种观测飞行器、观测系统、校准方法及测量待测目标的方法，能够精确获取飞行过程中主观测设备的姿态参数，通过对主观测设备的姿态进行校准，实现对待测目标的高精度测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种观测飞行器、观测系统、校准方法及测量待测目标的方法，能够精确获取飞行过程中主观测设备的姿态参数，通过对主观测设备的姿态进行校准，实现对待测目标的高精度测量。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种观测飞行器，包括：
主观测设备，用于测量待测目标；
校准相机，用于拍摄其他观测飞行器的合作标志；
固连装置，与主观测设备、校准相机固定连接；
接收机，用于接收观测飞行器的定位信号；
无线通信设备，用于与其他观测飞行器通讯，接收其他观测飞行器的定位信号；
合作标志，设置在观测飞行器的外表面；
校准模块，与主观测设备连接，用于校准主观测设备的姿态；
姿态参数计算模块，与校准相机、接收机、无线通信设备、校准模块连接，用于根据接收机接收的观测飞行器的定位信号、无线通信设备接收的其他观测飞行器的定位信号、合作标志与接收机的位置关系、校准相机拍摄的带有其他观测飞行器上的合作标志的图像得到校准相机的姿态旋转矩阵，根据校准相机的姿态旋转矩阵、校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系，得到主观测设备姿态旋转矩阵，分解出主观测设备的姿态角，传输给校准模块。
根据本发明一示例实施方式，所述观测飞行器还包括观测转台和校准转台；
观测转台设置在固连装置和主观测设备之间，用于带动主观测设备旋转；观测转台包括第一角度编码器，该第一角度编码器与姿态参数计算模块连接，用于记录主观测设备的旋转角度并传输给姿态参数计算模块；
校准转台设置在固连装置和校准相机之间，用于带动校准相机旋转；校准转台包括第二角度编码器，该第二角度编码器与姿态参数计算模块连接，用于记录校准相机的旋转角度并传输给姿态参数计算模块；
校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关系已标定；
所述姿态参数计算模块还用于根据校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关机、主观测设备的旋转角度和/或校准相机的旋转角度获得校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系。
根据本发明一示例实施方式，所述接收机包括卫星定位接收天线。
根据本发明一示例实施方式，所述观测飞行器还包括飞行装置，用于在空中飞行，并搭载主观测设备、校准相机、固连装置、接收机、无线通信设备、合作标志、校准模块和姿态参数计算模块。
作为本发明的第二个方面，提供一种立体视觉飞行观测系统，包括两个以上所述的观测飞行器。
根据本发明的第三个方面，提供一种立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法，包括以下步骤：
采用两个以上所述的观测飞行器；
分别对每个观测飞行器进行姿态参数校准；
对一个观测飞行器进行姿态参数校准的方法包括：
观测飞行器选择其他观测飞行器中的一个观测飞行器作为校准飞行器；
校准相机对校准飞行器成像；
在图像中提取校准飞行器的合作标志的位置；
接收校准飞行器的定位信号；
根据校准飞行器的定位信号、合作标志与接收机的位置关系得到校准飞行器的合作标志的定位坐标；
根据观测飞行器的定位信号、校准飞行器的合作标志的定位坐标以及合作标志在图像中的位置得到校准相机的姿态旋转矩阵；
根据校准相机姿态旋转矩阵、校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系，得到主观测设备的姿态旋转矩阵，分解出主观测设备的姿态角；
校准主观测设备的姿态。
根据本发明一示例实施方式，所述对一个观测飞行器进行姿态参数的校准方法还包括获取校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系；
所述获取校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系的方法包括：
校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关系已标定；
如果校准相机和主观测设备均不旋转，则校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系为校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关系；
如果校准相机和/或主观测设备旋转，则获取主观测设备的旋转角度和/或校准相机的旋转角度，根据校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关系、主观测设备的旋转角度和/或校准相机的旋转角度获得校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系。
根据本发明一示例实施方式，所述校准相机的姿态旋转矩阵包括：校准相机第一旋转角、校准相机第二旋转角、校准相机第三旋转角，该校准相机第一旋转角等于观测飞行器的俯仰角，该校准相机第二旋转角等于观测飞行器的滚转角，该校准相机第三旋转角等于观测飞行器的方位角。
根据本发明一示例实施方式，所述观测飞行器的俯仰角的计算方法采用公式（1）：
Figure 639416DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
其中，A2X表示观测飞行器的俯仰角，校准相机的光心坐标为（X0，Y0，Z0），校准相机的焦距为f，校准相机的像元尺寸为（dx，dy），校准相机的像面上光心坐标为（xc，yc），校准相机的像面上合作标志的像点坐标为（x，y），校准飞行器的合作标志的定位坐标为（X，Y，Z）。
根据本发明一示例实施方式，所述观测飞行器的滚转角的计算方法采用公式（2）：
Figure 166343DEST_PATH_IMAGE002
（2）；
其中，A2Y表示观测飞行器的滚转角，校准相机的光心坐标为（X0，Y0，Z0），校准相机的焦距为f，校准相机的像元尺寸为（dx，dy），校准相机的像面上光心坐标为（xc，yc），校准相机的像面上合作标志的像点坐标为（x，y），校准飞行器的合作标志的定位坐标为（X，Y，Z）。
根据本发明一示例实施方式，所述观测飞行器的方位角从接收机中获取。
作为本发明的第四个方面，提供一种测量待测目标的方法，包括如下步骤：
采用所述观测飞行器立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法校准观测飞行器的主观测设备的姿态；
使用两个以上观测飞行器对待测目标进行测量。
本发明的有益效果是：
本方案通过对合作标志成像精确测量和校正观测飞行器的俯仰角和滚转角，再引入接收机的定位数据得到的观测飞行器方位角数据，得到观测飞行器姿态，再根据事先标定或经过计算的校准相机与主观测设备之间相对姿态关系，实现对主观测设备姿态角的校正。在观测飞行器观测过程中随时可以用于主观测设备姿态角度校正，弥补惯导姿态角度漂移误差对观测精度的影响。通过观测飞行器两两之间的相互校准，既能同时观测待测目标，又能同时校准主观测设备，不需要用到地面特征，对地面场景无要求。
附图说明
图1示意性示出了观测飞行器的结构图。
图2示意性示出了观测飞行器部分模块的连接关系图（一种实施方式）。
图3示意性示出了观测飞行器部分模块的连接关系图（另一种实施方式）。
图4示意性示出了校准相机拍摄合作标志的成像示意图。
其中，1—观测飞行器，11—主观测设备，12—校准相机，13—固连装置，14—接收机，15—姿态参数计算模块，16—无线通信设备，17—校准转台，18—观测转台，19—飞行装置，110—合作标志，111—校准模块。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
作为本发明的第一个实施方式，提供一种立体视觉飞行观测系统，该立体视觉飞行观测系统包括两个观测飞行器1，该立体视觉飞行观测系统通过两个观测飞行器1相互校准、同时拍摄待测目标，进而实现测量待测目标的三维坐标。
如图1所示，观测飞行器1包括：主观测设备11、校准相机12、固连装置13、接收机14、姿态参数计算模块15、无线通信设备16、校准转台17、观测转台18、飞行装置19、合作标志110和校准模块111。
飞行装置19用于搭载主观测设备11、校准相机12、固连装置13、接收机14、姿态参数计算模块15、无线通信设备16、校准转台17、观测转台18、合作标志110和校准模块111，使观测飞行器1能够在空中飞行。飞行装置19可以为大型飞行器，也可以为小型无人机。
主观测设备11、校准相机12、固连装置13、接收机14姿态计算模块15、无线通信设备16、校准转台17、观测转台18、合作标志110、校准模块111均设置在飞行装置19上。主观测设备11和校准相机12优选地位于飞行装置19的下部并尽量靠近飞行装置19的质心。
固连装置13与飞行装置19固定连接。
主观测设备11通过固连装置固定在飞行装置19上，如图4所示，用于测量待测目标。
校准相机12通过固连装置13固定在飞行装置19上，通过固连装置13与主观测设备11固定连接，使得主观测设备11和校准相机12之间的位置关系固定。
校准转台17为高精度转台，设置在固连装置13和校准相机12之间，与固连装置13、校准相机12固定连接，用于使校准相机12旋转。校准转台17包括第二角度编码器，可记录校准相机12的旋转角度。该第二角度编码器与姿态参数计算模块15通讯地连接，将校准相机12的旋转角度传输给姿态参数计算模块15。
观测转台18设置在固连装置13和主观测设备11之间，与固连装置13、主观测设备11固定连接，用于使主观测设备11旋转。观测转台18为高精度转台，包括第一角度编码器，可记录主观测设备11的旋转角度。该第一角度编码器与姿态参数计算模块15通讯地连接，将主观测设备11的旋转角度传输给姿态参数计算模块15。
校准相机12与主观测设备11之间的初始相对姿态关系已确定，如果在观测的过程中，校准转台17和/或观测转台18转动，可根据角度编码器和初始相对姿态关系确定校准相机12与主观测设备11的相对姿态关系。
接收机14用于接收观测飞行器1的定位信号。接收机14采用卫星定位接收天线，优选双卫星天线。双卫星天线有两个天线，分别设置在飞行装置19的头部和尾部，利用RTK技术实现定位。RTK（载波相位差分技术）是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法。采用RTK技术的定位精度能够达到1厘米，相比于只有一个天线的GPS定位（定位精度误差在十米左右）的精度更高。接收机14可以靠近合作标志110，也可以与合作标志110有一定的距离，只要接收机14与合作标志110的位置关系确定即可。
无线通信设备16用于与其他观测飞行器1的无线通信设备16通讯，接收其他观测飞行器1的定位信号。
合作标志110设置在观测飞行器1的外表面，用于被其他观测飞行器1的校准相机12拍摄到。具体地，合作标志110色彩明显并涂装在飞行装置19的表面。合作标志110与接收机14刚性连接，使得合作标志110与接收机14之间的位置关系固定。提前标定好合作标志110与接收机14之间的位置关系。
如图2所示，姿态参数计算模块15与校准模块111、校准相机12、接收机14、无线通信设备16通讯地连接。姿态参数计算模块15用于根据接收机14接收的观测飞行器1的定位信号、无线通信设备16接收的其他观测飞行器1的定位信号、合作标志110与接收机14的位置关系、校准相机12拍摄的带有其他观测飞行器1上的合作标志110的图像得到校准相机12的姿态旋转矩阵，根据校准相机12的姿态旋转矩阵、校准相机12与主观测设备11之间的相对姿态关系，得到主观测设备1的姿态旋转矩阵，分解出主观测设备1的姿态角，传输给校准模块111。其中，根据接收机14接收的观测飞行器1的定位信号、无线通信设备16接收的其他观测飞行器1的定位信号、合作标志110与接收机14的位置关系、校准相机12拍摄的带有其他观测飞行器1上的合作标志110的图像得到校准相机12的姿态旋转矩阵的方法包括：根据其他观测飞行器1的定位信号、合作标志110与接收机14的位置关系获得其他观测飞行器1的合作标志110的定位坐标，根据校准相机12拍摄的带有其他观测飞行器1上的合作标志110的图像获得合作标志110在图像中的位置，根据合作标志110的定位坐标、合作标志110在图像中的位置、观测飞行器1的定位信号、校准相机12与主观测设备11之间的相对姿态关系获得校准相机12的姿态旋转矩阵。
作为优选的实施方式，如图3所示，如果在观测、校准的过程中主观测设备11和/或校准相机12旋转，主观测设备11与校准相机12之间的姿态关系发生变化，则姿态参数计算模块15还与校准转台17、观测转台18通讯地连接。主观测设备11与校准相机12的初始相对姿态关系已事先标定，姿态参数计算模块15还根据主观测设备11与校准相机12的初始相对姿态关系、主观测设备11的旋转角度和/或校准相机12的旋转角度得到校准相机12与主观测设备11之间的相对姿态关系。
采用本方案的立体视觉飞行观测系统，通过两个观测飞行器1的相互观测，实现两个飞行器1的相互校准，能够不需要惯导实现飞行状态下的主观测设备11的校准，校准精度高，通过主观测设备11的校准进而实现高精度拍摄待测目标，获得待测目标的三维坐标。待测目标可以是地面上的目标，也可以是飞行中的目标，只要能够出现在两个主观测设备11的相机视场即可。
作为本发明的第二个实施方式，提供一种立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法，采用两个所述的观测飞行器1即第一个实施方式的立体视觉飞行观测系统；
主观测设备11和校准相机12之间的相对位置和初始相对姿态关系已标定。
接收机14和合作标志110之间的位置关系已标定。
执行观测任务时，两个观测飞行器1保持合适位置，确保校准相机12可识别到对方的合作标志110，还要确保待测目标在两个主观测设备11的视场范围内。
立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法包括：分别对每个观测飞行器进行姿态参数校准。
对一个观测飞行器进行姿态参数校准的方法包括：
观测飞行器1选择另一个观测飞行器1作为校准飞行器；
观测飞行器1的校准相机12对校准飞行器成像；
姿态参数计算模块15在图像中提取校准飞行器的合作标志110的位置；
通过无线通信设备16接收校准飞行器的无线通信设备16发送的校准飞行器的定位信号；
根据校准飞行器的定位信号、合作标志110与接收机14的位置关系得到校准飞行器的合作标志110的定位坐标；
根据观测飞行器1的定位信号、校准飞行器的合作标志110的定位坐标以及合作标志110在图像中的位置得到校准相机12的姿态旋转矩阵；
根据校准相机12的姿态旋转矩阵、校准相机12与主观测设备11之间的相对姿态关系，得到主观测设备1的姿态旋转矩阵，分解出主观测设备11的姿态角；
校准模块111校准主观测设备11的姿态。
如图4所示，校准相机12的光心坐标为（X0，Y0，Z0），合作标志110的定位坐标为（X，Y，Z）。校准相机12拍摄其他观测飞行器1（校准飞行器）的合作标志110，合作标志110会在像面上呈现一像点，像面的原点为I，该像点的坐标为（x，y），像面上的光心坐标为（xc，yc），校准相机12的焦距为f，校准相机12的像元尺寸为（dx，dy）。校准相机12的光心坐标为（X0，Y0，Z0）通过接收机14得到。像面上的光心坐标、校准相机12的焦距为f和校准相机12的像元尺寸为相机参数，通过事先标定得到。像点的坐标通过图像提取得到。合作标志110的坐标通过定位、计算得到。通过成像，可以快速获取到像点在像面上的位置、光心在像面上的位置。
通过校准相机12拍摄合作标志110，可以获得校准相机12的姿态旋转矩阵，由于校准相机12与主观测设备11之间的姿态关系可以确定，进而可以获得主观测设备11的姿态旋转矩阵，从而得到主观测设备11的姿态角。
校准相机12的姿态旋转矩阵包括：校准相机第一旋转角A2X、校准相机第二旋转角A2Y、校准相机第三旋转角A2Z，该校准相机第一旋转角A2X等于观测飞行器1的俯仰角，该校准相机第二旋转角A2Y等于观测飞行器1的滚转角，该校准相机第三旋转角A2Z等于观测飞行器1的方位角。
观测飞行器1的俯仰角（即校准相机第一旋转角A2X）的计算方法采用公式（1）：
Figure 588491DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
其中，A2X表示观测飞行器1的俯仰角，校准相机12的光心坐标为（X0，Y0，Z0），校准相机12的焦距为f，校准相机12的像元尺寸为（dx，dy），校准相机12的像面上光心坐标为（xc，yc），校准相机12的像面上合作标志110的像点坐标为（x，y），校准飞行器的合作标志110的定位坐标为（X，Y，Z）。
观测飞行器1的滚转角（即校准相机第二旋转角A2Y）的计算方法采用公式（2）：
Figure 593487DEST_PATH_IMAGE002
（2）；
其中，A2Y表示观测飞行器1的滚转角，校准相机12的光心坐标为（X0，Y0，Z0），校准相机12的焦距为f，校准相机12的像元尺寸为（dx，dy），校准相机12的像面上光心坐标为（xc，yc），校准相机12的像面上合作标志110的像点坐标为（x，y），校准飞行器的合作标志110的定位坐标为（X，Y，Z）。
观测飞行器1的方位角（即校准相机第三旋转角A2Z）从接收机14中获取。
通过计算，得到校准相机12的姿态旋转矩阵R2（A2X，A2Y，A2Z）。
获取校准相机12与主观测设备11之间的相对姿态关系，包括：
校准相机12与主观测设备11之间的初始相对姿态关系已标定；
如果校准相机12和主观测设备11均不旋转，则校准相机12与主观测设备11之间的相对姿态关系为校准相机12与主观测设备11之间的初始相对姿态关系；
如果校准相机12和/或主观测设备11旋转，则从第一角度编码器和第二角度编码器获取主观测设备11的旋转角度和/或校准相机12的旋转角度，根据校准相机12与主观测设备11之间的初始相对姿态关系、主观测设备11的旋转角度和/或校准相机12的旋转角度获得校准相机12与主观测设备11之间的相对姿态关系。
根据校准相机12与主观测设备11之间的相对姿态关系得到校准相机12与主观测设备11之间相对姿态旋转矩阵R2-1。
通过校准相机12的姿态旋转矩阵R2（A2X，A2Y，A2Z）和校准相机12与主观测设备11之间相对姿态旋转矩阵R2-1可计算主观测设备11姿态旋转矩阵R1。R1=R2×R2-1。
根据旋转矩阵与旋转角的关系，解出主观测设备11的姿态角（旋转角）A1X、A1Y、A1Z。
校准模块111完成对主观测设备11姿态角度的校正。
一个观测飞行器1以另一个观测飞行器1为校准飞行器进行姿态校准，实现双观测飞行器1相互校准。
通过对观测飞行器1的合作标志110成像精确测量和校正观测飞行器1的俯仰角和滚转角，再引入接收机14的数据得到的观测飞行器1方位角数据（如沿飞行器轴向双卫星天线方法，可精确测量观测飞行器1方位角和俯仰角，但无法高精度得到滚转角），得到观测飞行器1姿态，再根据事先标定或经过计算的校准相机12与主观测设备11之间相对姿态关系，实现对主观测设备11姿态角的校正。采用本方案的方法，能够随时校正主观测设备11的姿态角，弥补惯导姿态角度漂移误差对观测精度的影响。在拍摄的同时进行校正，在校正的同时拍摄待测目标，可以实现实时校正。同时在校正时不需要用到地面特征，对地面场景无要求。
作为本发明的第三个实施方式，提供一种测量待测目标的方法，包括如下步骤：
采用第二个实施方式的校准方法校准两个观测飞行器1的主观测设备11的姿态；
使用两个观测飞行器1对待测目标进行测量。
作为本发明的第四个实施方式，提供一种立体视觉飞行观测系统，与第一个实施方式的立体视觉飞行观测系统的结构基本相同，不同的地方在于观测飞行器1的数量为3个以上。该立体视觉飞行观测系统包括三个以上观测飞行器1，实际操作中可以选择3、4、5、7、8、20等数量，在此不作限定。
任一观测飞行器1可选择其他的任一观测飞行器1进行校准。
观测飞行器1的结构与第一个实施方式的观测飞行器1的结构相同。
作为本发明的第五个实施方式，提供一种立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法，采用三个以上所述的观测飞行器1即第四个实施方式的立体视觉飞行观测系统；
主观测设备11和校准相机12之间的相对位置和初始相对姿态关系已标定。
接收机14和合作标志110之间的位置关系已标定。
执行观测任务时，三个以上观测飞行器1保持合适位置，确保校准相机12可识别到至少一个其他观测飞行器1的合作标志110，还要确保待测目标2在至少两个主观测设备11的视场范围内。
立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法包括：分别对每个观测飞行器进行姿态参数校准。
对一个观测飞行器进行姿态参数校准的方法与第二个实施方式的基本相同，不同的地方在于，观测飞行器1可以观测的其他观测飞行器1在两个以上，可以选择其一进行校准，观测飞行器1选择其他观测飞行器1中的一个作为校准飞行器。
然后参照第二个实施方式的方法，识别校准飞行器的合作标志110，从而实现观测飞行器1的主观测设备11的姿态的校准。
在多个观测飞行器校准的过程中，可以让两个观测飞行器1两两相互校准（相当于第二个实施方式）；也可以首尾校准，例如在四个观测飞行器1的系统中，第一个观测飞行器1以第二个观测飞行器1为校准飞行器进行校准，第二个观测飞行器1以第三个观测飞行器1为校准飞行器进行校准，第三个观测飞行器1以第四个观测飞行器1为校准飞行器进行校准，第四个观测飞行器1以第一个观测飞行器1为校准飞行器进行校准；还可以以其中一个观测飞行器1作为校准飞行器进行校准，例如第二个观测飞行器1、第三个观测飞行器1、第四个观测飞行器1以第一个观测飞行器1为校准飞行器进行校准，第一个观测飞行器1以其他任意一台观测飞行器1为校准飞行器进行校准；只要观测飞行器选择其他任意一个观测飞行器1均能实现校准。
通过任意双飞行器校准的方法，能够实现校准的同时进行测量，提高测量精度。在校准的过程中，通过对合作标志110成像精确测量和校正观测飞行器1俯仰角和滚转角，再引入其他传感器得到的观测飞行器1方位角数据（如沿飞行器轴向双卫星天线方法，可精确测量观测飞行器1方位角和俯仰角，但无法高精度得到滚转角），得到观测飞行器1姿态，再根据事先标定的校准相机12与主观测设备11之间相对姿态关系，实现对主观测设备11姿态角的校正。采用本方案的方法，能够随时校正主观测设备11的姿态角，弥补惯导姿态角度漂移误差对观测精度的影响。同时在校正时不需要用到地面特征，对地面场景无要求。
作为本发明的第六个实施方式，提供一种测量待测目标的方法，包括如下步骤：
采用第四个实施方式的校准方法校准三个以上观测飞行器1的主观测设备11的姿态；
使用三个以上观测飞行器1对待测目标进行测量。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种观测飞行器，其特征在于，包括：
主观测设备，用于测量待测目标；
校准相机，用于拍摄其他观测飞行器的合作标志；
固连装置，与主观测设备、校准相机固定连接；
接收机，用于接收观测飞行器的定位信号；
无线通信设备，用于与其他观测飞行器通讯，接收其他观测飞行器的定位信号；
合作标志，设置在观测飞行器的外表面；
校准模块，与主观测设备连接，用于校准主观测设备的姿态；
姿态参数计算模块，与校准相机、接收机、无线通信设备、校准模块连接，用于根据接收机接收的观测飞行器的定位信号、无线通信设备接收的其他观测飞行器的定位信号、合作标志与接收机的位置关系、校准相机拍摄的带有其他观测飞行器上的合作标志的图像得到校准相机的姿态旋转矩阵，根据校准相机的姿态旋转矩阵、校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系，得到主观测设备姿态旋转矩阵，分解出主观测设备的姿态角，传输给校准模块；所述校准相机的姿态旋转矩阵包括校准相机第一旋转角、校准相机第二旋转角和校准相机第三旋转角，该校准相机第一旋转角等于观测飞行器的俯仰角，该校准相机第二旋转角等于观测飞行器的滚转角，该校准相机第三旋转角等于观测飞行器的方位角；
飞行装置，主观测设备、校准相机、固连装置、接收机、无线通信设备、合作标志、校准模块、姿态参数计算模块均设置在飞行装置上，主观测设备和校准相机位于飞行装置的下部并靠近飞行装置的质心。
2.根据权利要求1所述的观测飞行器，其特征在于，还包括：观测转台和校准转台；
观测转台设置在固连装置和主观测设备之间，用于带动主观测设备旋转；观测转台包括第一角度编码器，该第一角度编码器与姿态参数计算模块连接，用于记录主观测设备的旋转角度并传输给姿态参数计算模块；
校准转台设置在固连装置和校准相机之间，用于带动校准相机旋转；校准转台包括第二角度编码器，该第二角度编码器与姿态参数计算模块连接，用于记录校准相机的旋转角度并传输给姿态参数计算模块；
校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关系已标定；
所述姿态参数计算模块还用于根据校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关系、主观测设备的旋转角度和/或校准相机的旋转角度获得校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系。
3.一种立体视觉飞行观测系统，其特征在于，包括两个以上权利要求1或2所述的观测飞行器。
4.一种立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用两个以上权利要求1或2所述的观测飞行器；
分别对每个观测飞行器进行姿态参数校准；
对一个观测飞行器进行姿态参数校准的方法包括：
观测飞行器选择其他观测飞行器中的一个观测飞行器作为校准飞行器；
校准相机对校准飞行器成像；
在图像中提取校准飞行器的合作标志的位置；
接收校准飞行器的定位信号；
根据校准飞行器的定位信号、合作标志与接收机的位置关系得到校准飞行器的合作标志的定位坐标；
根据观测飞行器的定位信号、校准飞行器的合作标志的定位坐标以及合作标志在图像中的位置得到校准相机姿态旋转矩阵；
根据校准相机姿态旋转矩阵、校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系，得到主观测设备的姿态旋转矩阵，分解出主观测设备的姿态角；
校准主观测设备的姿态。
5.根据权利要求4所述的立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法，其特征在于，所述对一个观测飞行器进行姿态参数校准的方法还包括：获取校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系；
所述获取校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系的方法包括：
校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关系已标定；
如果校准相机和主观测设备均不旋转，则校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系为校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关系；
如果校准相机和/或主观测设备旋转，则获取主观测设备的旋转角度和/或校准相机的旋转角度，根据校准相机与主观测设备之间的初始相对姿态关系、主观测设备的旋转角度和/或校准相机的旋转角度获得校准相机与主观测设备之间的相对姿态关系。
6.根据权利要求4所述的立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法，其特征在于，所述观测飞行器的俯仰角的计算方法采用公式（1）：
Figure 745541DEST_PATH_IMAGE001
（1）；
其中，A2X表示观测飞行器的俯仰角，校准相机的光心坐标为（X0，Y0，Z0），校准相机的焦距为f，校准相机的像元尺寸为（dx，dy），校准相机的像面上光心坐标为（xc，yc），校准相机的像面上合作标志的像点坐标为（x，y），校准飞行器的合作标志的定位坐标为（X，Y，Z）。
7.根据权利要求4所述的立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法，其特征在于，所述观测飞行器的滚转角的计算方法采用公式（2）：
Figure 535118DEST_PATH_IMAGE002
（2）；
其中，A2Y表示观测飞行器的滚转角，校准相机的光心坐标为（X0，Y0，Z0），校准相机的焦距为f，校准相机的像元尺寸为（dx，dy），校准相机的像面上光心坐标为（xc，yc），校准相机的像面上合作标志的像点坐标为（x，y），校准飞行器的合作标志的定位坐标为（X，Y，Z）。
8.根据权利要求4所述的立体视觉飞行观测系统姿态参数校准方法，其特征在于，所述观测飞行器的方位角从接收机中获取。
9.一种测量待测目标的方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用权利要求4-8中任一项所述的方法校准观测飞行器的主观测设备的姿态；
使用两个以上观测飞行器对待测目标进行测量。
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