[发明专利]一种多角度贴近摄影航迹与姿态规划方法

权利要求书

1.一种多角度贴近摄影航迹与姿态规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取测区范围内所有目标的低分辨率无人机影像；

步骤2，根据步骤1获取的低分辨率无人机影像，进行空中三角测量和密集匹配，得到测区范围粗略的初始地形信息；

步骤3，根据项目实际需求，设置无人机拍摄的多个角度以及拍摄距离参数；

步骤4，根据步骤3的参数，结合测区初始地形信息，拟合拍摄面，并计算得到无人机贴近摄影测量多角度航迹，生成对应的航迹文件；

步骤5，对于不方便进行拍摄的区域，将初始地形信息，即DEM或者三维Mesh对应的该部分区域单独分割出来，然后重复步骤3和4，生成对应该区域的特定航迹文件。

2.如权利要求1所述的一种多角度贴近摄影航迹与姿态规划方法，其特征在于：步骤4中，根据设定的参数，计算得到下视、左视、右视、俯视、仰视共5个视角摄影的航迹与姿态，且所有视角的拍摄范围对应的地面投影均在同一目标区域，保证目标区域的所有角度均被有效拍摄，从而增加目标区域立体像对间的交会角，提高摄影测量成果的精度。

3.如权利要求2所述的一种多角度贴近摄影航迹与姿态规划方法，其特征在于：步骤4中，先飞仰视的航线，再飞下视、左视、右视的航线，最后飞俯视的航线。

4.如权利要求1所述的一种多角度贴近摄影航迹与姿态规划方法，其特征在于：步骤4中，计算得到无人机贴近摄影测量多角度航迹，生成对应的航迹文件，其具体实现方式如下，

对于竖直平面，在飞行过程中，无人机机身朝向并垂直于立面，设立面法向量的水平单位分量为(N(x,y))，则无人机机身沿着水平单位分量的反方向为(-N)，无人机机身偏角为正北方向单位向量Q(1，0)到向量-N的夹角；定义无人机旋偏角κ为正北方向到无人机机头的角度，顺时针为正，逆时针为负，取值范围为-180°到180°，则旋偏角计算公式为：

其中，x,y是立面法向量的水平单位分量，κ′是计算得到的无人机机身旋偏角；

根据小孔成像原理可知，当相机的视场角为fov，摄影距离为d时，对应的地面成像范围(G)为：

由公式(2)可知，影像水平方向的覆盖范围fov_x是指X方向的视场角，即“水平视场角”；水平方向上影像间重叠长度O_x＝o_xG_x，o_x表示相邻两张影像的重叠率，那么，在水平方向上两个相邻曝光点间的距离应为：

因此，在轨迹规划平面内，设v′₁，v′₂表示规划面的底边两个顶点的坐标，沿v′₁到v′₂方向，间隔Δs距离，计算出航线中所有曝光点的平面坐标；

V＝{v_i|v_i＝v′₁+i(K·Δs)，i∈[0，N_h)} (4)

其中，表示从v′₁到v′₂方向的单位向量；在计算过程中，以作为截止条件，则一条航线中曝光点的数目为N_h；

由三角函数知识可得，倾斜时相机成像范围由公式(2)变为：

其中，γ为无人机水平方向倾斜的角度，因此，首先在竖直方向上按照公式(5)计算所有曝光点的高程值，然后按照更新后的公式(4)计算曝光点水平位置：

其中，仍然表示从v′₁到v′₂方向的单位向量；表示轨迹规划面向左或向右平移的距离，fov_y是指Y方向的视场角，即“垂直视场角”；

对于倾斜平面，无人机位置的计算与竖直平面的计算方法相同，而无人机姿态的计算为，设倾斜平面使用点法式表示为：

a(X-X_P)+b(Y-Y_P)+c(Z-Z_P)＝0

其中为倾斜平面P的法向量，X_P，Y_P，Z_P为倾斜平面P上点的坐标；

为保证相机始终面向平面P，无人机机头方向应保持垂直于飞行方向并朝向平面P一侧，相机光轴方向为按下式计算无人机的偏转角κ和俯仰角

κ＝atan2(-a，-b)

式中atan2为两个参数的反正切函数，其返回值范围为[-π，π]。