[发明专利]无人机视觉定位轨迹平滑方法、电子设备及存储介质

说明书

本发明提供了无人机视觉定位轨迹平滑方法，设置一个滑动窗口，滑动窗口中包含若干帧连续的无人机观测图像，其中，每帧图像中包含来自视觉里程计和卫星地图定位的两个位姿估计结果，两组位姿估计结果构成两条无人机飞行轨迹；在新的一帧图像到来时，将滑动窗口向前移动一位，使其包含最新一帧图像，计算滑动窗口内两条轨迹之间的相对变换，并采用计算得到的相对变换将最新一帧图像中的视觉里程计的位姿变换到卫星地图定位轨迹的坐标系下，作为卫星地图定位最终输出的位姿。本发明可以让无人机的视觉定位轨迹保持光滑的同时，不随时间的推移产生轨迹漂移。

技术领域

本发明涉及无人机领域，特别涉及一种无人机视觉定位轨迹平滑方法、电子设备及存储介质。

背景技术

无人机视觉定位是指无人机在不依赖GPS的情况下，根据飞机自带相机的航拍图像确定自身位置的过程。存在一种无人机视觉定位系统，该系统的算法处理流程包括前端和后端两个部分。

前端采用视觉里程计方法快速估计飞机的相对运动，后端通过对比观测图像和卫星地图，估计飞机相对于卫星地图的位置，从而得到飞机在世界坐标中的绝对位置，用于修正前端视觉里程计的累积误差。

由于卫星地图分辨率不高，且卫星地图与飞机观测图像之间存在较大差异，通过卫星地图得到的飞机绝对位置存在很大误差噪声，导致视觉定位系统估计得到的飞机飞行轨迹产生剧烈抖动。

发明内容

针对现有技术中存在的问题：无人机的视觉定位包括视觉里程计，和卫星地图定位两部分。视觉里程计利用相邻航拍图像之间光流等方法递推飞机的相对位置，卫星地图定位是通过航拍图像与卫星地图的匹配，确定飞机的经纬高坐标。视觉里程计估计的轨迹光滑、噪声小，但会随着时间产生漂移，卫星地图定位能得到绝对位置，但误差大、噪声大。为了让无人机的视觉定位轨迹不产生抖动，提供了一种基于滑动窗口轨迹对齐的无人机视觉定位轨迹平滑方法、电子设备及存储介质，能够平滑定位轨迹。

本发明采用的技术方案如下：无人机视觉定位轨迹平滑方法，设置一个滑动窗口，滑动窗口中包含若干帧连续的无人机观测图像，其中，每帧图像中包含来自视觉里程计和卫星地图定位的两个位姿估计结果，两组位姿估计结果构成两条无人机飞行轨迹；在新的一帧图像到来时，将滑动窗口向前移动一位，使其包含最新一帧图像，计算滑动窗口内两条轨迹之间的相对变换，并采用计算得到的相对变换将最新一帧图像中的视觉里程计的位姿变换到卫星地图定位轨迹的坐标系下，作为卫星地图定位最终输出的位姿。

进一步的，所述相对变换通过最小二乘法计算得到。

进一步的，所述相对变换包括相对旋转、相对平移和尺度放缩。

进一步的，所述相对变换计算过程为：

视觉里程计的轨迹记为：

卫星地图的轨迹记为：gps_i＝[lon_i,lat_i],i∈[1,N]

将卫星地图定位轨迹变换到东北天坐标系下，得到：

计算出视觉里程计的轨迹中心点和卫星地图定位轨迹在东北天坐标系下的中心点

将两组轨迹P_i^vo和P_i^gps变换为矩阵形式：

两组轨迹都分别减去对应的中心位置坐标，将所有坐标都变换到相对于中心点之下：

将得到的两个矩阵相乘得到矩阵H：