[发明专利]一种基于多旋翼飞行器测量农田边界与内部障碍的方法

说明书

本发明涉及一种基于多旋翼飞行器的视觉测量农田边界与内部障碍的方法，包括如下步骤：步骤1：对多旋翼飞行器下视摄像头进行标定。步骤2：使用多旋翼飞行器对农田进行视觉测量；步骤3：利用采集的数据求解农田位置；其中，步骤3还包括：3.1、求解特征点位置初值；3.2、求解每帧图像偏航角初值；3.3、求解特征点位置；3.4、求解障碍区域位置。本发明解决了人工测量不便、费时费力的问题，并可以直接求出位置数据以便其他自动设备对农田进行机械化、自动化的植保、施肥和播种等作业。

技术领域

本发明涉及一种基于多旋翼飞行器的视觉测量农田边界与内部障碍的方法，该发明属于测量领域。

背景技术

在现代化农业中，农田位置与边界的测绘有着很多的应用。比如在自动化、智能化的农业运用中，飞机播种、喷药均需要知道农田位置的边界、内部的障碍物等信息。而人工测量费时费力、甚至工作环境对测量者可能造成伤害。所以，快速、自动地测量出农田位置的边界是十分重要和有意义的。

多旋翼的视觉测量可以测量出农田某点相对飞机的位置信息，结合多旋翼上GPS测量的位置信息，可以实现对农田边界与内部障碍的测量。

发明内容

本发明给出了一种基于飞行器的自身传感器结合机载视觉针对农田的位置测量方法。它解决了农田测量的智能化和自动化的问题，节省人力。

本发明认定农田为多边形，且处于同一高度，在利用视觉测量过程中，应保证多旋翼稳定悬停时拍照，通过拍摄的农田图片和拍摄时刻的飞机自身传感器的测量数据，测量农田边角点和内部障碍物(如电线杆、建筑物)的位置。在找到其边角点之后，即可通过联线得到整体农田的边界。

由于在实际测量情况中，多旋翼飞行器遇到高压电线、通讯信号塔等产生强磁场干扰的情况时有存在，进而会导致机体传感器测量的机体偏航角测量不准，故本发明中认为机体传感器测量的机体偏航角不可用。本发明中会采用多旋翼飞行器测量的机体位置数据、高度数据、机体俯仰角和滚转角数据。

本发明中采用的视觉测量过程如下所示：

如图1所示，多旋翼上摄像头为下视摄像头，其初始起飞位置为A点，起飞后对农田进行拍摄，其所在位置分别为B、C、D点。农田的角落为H、J、K、L点。令A点为世界坐标系原点，坐标系方向按照北-东-地原则。

如图2所示，在拍摄的图片中，农田角落H、J、K、L点的像素坐标分别为(u_H,v_H),(u_J,v_J),(u_K,v_K),(u_L,v_L)，对应的世界坐标系坐标分别为(X_H,Y_H,Z_H),(X_J,Y_J,Z_J),(X_K,Y_K,Z_K),(X_L,Y_L,Z_L)。根据单目视觉原理，对任一点如地面H点，在飞机当前相机位置当前点拍摄照片有

其中为相机成像的尺度因子，M表示相机的参数矩阵，而