[发明专利]一种基于无人机平台的静态刚性物体视觉测量方法

权利要求书

1.一种基于无人机平台的静态刚性物体视觉测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定目标物体，规划飞行路径，在无人机平台上搭载相机，无人机应具备全球卫星导航系统(GNSS)与惯性测量单元(IMU)；

步骤2、按照规划的飞行路径操纵无人机进行航拍，待无人机返回后，读取图像、位置信息、惯性测量单元数据，并根据时间戳确定它们的对应关系；

步骤3、依次对每幅图像进行目标检测，并记录目标物体在图像中的位置，应根据目标特点和任务需求选择合适的目标检测方法，目标物体在图像中的位置用检测框表示，进一步对图像进行目标分割，并使用分割得到的掩膜来表示目标物体的位置；

步骤4、将每幅图像对应的无人机位置信息和惯性测量单元数据转化为相机外参：

t＝P₁-P₂

其中，α、β、γ为当前图像对应的无人机机体坐标系即IMU坐标系与当地水平坐标系即NED坐标系之间的旋转变换欧拉角，由惯性测量单元测得；P₁为NED坐标系下无人机的初始位置坐标，由全球卫星导航系统提供；P₂为NED坐标系下当前图像对应的无人机位置坐标，由全球卫星导航系统直接提供，以及通过惯性测量单元的数据结合P₁计算得到，融合两种不同渠道获取的P₂提升结果的精度；由P₁-P₂计算得到的t为无人机当前图像对应的位移；将R作为相机的旋转矩阵，将t作为相机的位移矩阵，即可得到相机外参；

步骤5、结合目标检测的结果和计算出的相机外参进行三维重建：

(1)依次对每幅图像提取特征，剔除其中不属于目标物体的部分；

(2)对图像进行筛选，剔除其中特征数目少于阈值T₁的图像，并对剩余图像生成特征描述符；

(3)图像之间进行特征匹配，剔除其中匹配数目少于阈值T₂的图像对；

(4)使用剩余的图像对进行三维重建获取三维点云，在重建过程中，使用第4步中计算好的相机外参；

步骤6、对重建结果进行三维点云处理：

(1)进行点云预处理，去除三维点云中的噪声；

(2)进行点云分割，进一步去除噪声，同时分割得到目标物体点云；

步骤7、对目标物体点云进行建模分析，标记出待测量尺寸并进行测量：

对于形状简单的物体，建立多种几何体模型，使用这些几何体对目标物体进行拟合，用几何体的边长、半径参数拟合待测量尺寸，并通过计算机自动标记出其位置，同时获取其具体数值；

对于形状比较复杂的物体，对目标物体点云进行上采样、曲面拟合处理以保证其形状的完整性，之后查看其三维模型并在计算机上手动标记出待测量尺寸，同时获取其具体数值。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的静态刚性物体视觉测量方法，其特征在于：所述步骤1中，采用单目相机，或使用双目相机来提高最终结果的精度。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的静态刚性物体视觉测量方法，其特征在于：所述步骤3中选择合适的目标检测方法，包括对于行人目标，应使用基于HOG特征的检测方法；对于实时性要求较高的任务，应采用YOLO卷积神经网络进行检测。