[发明专利]用于无人机实时位置跟踪的系统和方法

权利要求书

1.一种操作飞行器的方法，包括：

从附接到所述飞行器的一个或多个相机获取表面的一个或多个图像；

在所述一个或多个图像中识别具有一个或多个不变特性的一个或多个特征；

基于所述一个或多个不变特性将所识别的一个或多个特征与预定特征集合相匹配，其中，每个预定特征与位置相关联；

获得所识别的一个或多个特征的位置信息；以及

基于获得的所识别的一个或多个特征的位置信息来确定所述飞行器的位置和取向中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不变特性包括基于所述一个或多个图像中的所述预定特征集合的位置确定的仿射不变比率或透视不变比率。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在所述一个或多个图像中识别具有一个或多个不变特性的一个或多个特征包括：

从所述一个或多个图像中提取查询特征；

获取所述一个或多个图像中邻近所述查询特征的相邻特征集合的图像位置；以及

基于所述相邻特征集合的几何特性来确定比率；

其中，所述飞行器的位置和取向是基于所确定的比率和与所述预定特征集合相关联的所述仿射不变比率或所述透视不变比率之间的关系来确定的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述仿射不变比率或所述透视不变比率是基于所述相邻特征集合中的一个或多个子集的位置来确定的。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述仿射不变比率或所述透视不变比率是离散化的并且通过哈希索引唯一地标识。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述仿射不变比率或所述透视不变比率与由所述相邻特征集合中的所述一个或多个子集中的一个子集形成的三角形的面积的比率相关联。

7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述飞行器的位置和取向进一步基于所述一个或多个相机的参数来确定，所述参数包括以下中的至少一个：焦距、缩放因子、偏斜参数和主点。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述飞行器的位置和取向包括确定旋转矩阵和平移矩阵。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述飞行器的位置和取向包括：

将所确定的旋转矩阵和平移矩阵应用于所述预定特征集合中的第二特征的物理位置，以确定重投影的图像位置；以及

基于所述重投影的图像位置和第二查询特征的第二图像位置来确定重投影误差。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

基于第一图像中重投影的图像位置和第二图像中所述第二查询特征的所述第二图像位置来确定所述重投影误差；以及

基于所述重投影误差来更新以下中的至少一个：所确定的旋转矩阵和平移矩阵以及所存储的相机参数。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定特征集合是基于随机分布在所述表面上的标记集合而生成的。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，所识别的特征与对位置、缩放和旋转具有不变性的特征描述符集合相关联。

13.根据权利要求1所述的方法，还包括：执行对所述一个或多个图像的变换以生成所述特征描述符集合。

14.根据权利要求1所述的方法，还包括：

确定所述表面是否不平坦；

响应于确定所述表面不平坦：

确定表示所述表面上的特征集合的参考三维点云，以及

确定将所述参考三维点云与查询三维点云对准的旋转矩阵和平移矩阵；

其中，基于所述旋转矩阵和所述平移矩阵来确定所述飞行器的位置和取向。