[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

说明书

本发明提供一种基于无人机平台的静态刚性物体视觉测量方法，针对现有视觉测量方法专业性较强而泛用性较差的问题，本发明采用目标检测与三维重建相结合的方法来标记出待测量物体，采用三维点云处理的方法来进一步标记出待测量尺寸并计算出其长度，充分利用了无人机平台采集数据的便利性，及其全球卫星导航系统GNSS、惯性测量单元IMU等协助进行测量。不需要使用光笔、标志物等常见辅助设备，可以提升视觉测量的泛用性。

技术领域

本发明涉及机器视觉领域，更具体地说，涉及一种静态刚性物体视觉测量的方法。

背景技术

视觉测量是一种通过拍摄目标的方式对物体的尺寸和位姿等进行测量的技术，该技术操作简便，不需要接触物体就可以进行测量，受场景和目标的限制较小。

根据拍摄图像方式的不同，视觉测量主要分为单目视觉测量、双目视觉测量和结构光视觉测量三种。单目视觉测量需要使用激光测距传感器、光笔、标志物等辅助设备来获取三维尺度信息，并标记出待测量尺寸进行测量。双目视觉测量采用两个摄像头，可以直接获取三维尺度信息，但仍需使用标志物或光笔来辅助测量。结构光视觉测量通过发射编码过的结构光，并接受由物体表面反射的光线来获取其精准的复杂几何形状，与其他两种视觉测量方案以及本发明的方案存在较大的区别。

目前视觉测量基本采用上述方案，具备较强的专业性和较高的成本，多用于精密工业测量，应用领域较窄。

发明内容

现有的视觉测量方案大多追求在工业中精确地测量零部件的尺寸，往往需要使用光笔、标志物等辅助设备，导致其专业性较强而泛用性较差，针对上述技术问题，本发明提出了一套基于无人机平台的静态刚性物体视觉测量方案来提升视觉测量的泛用性。现有的视觉测量方案主要是通过计算三维空间中标记点之间的距离等参数来测量尺寸。其中，图像是使用固定位置的相机拍摄获取的，三维尺度信息是使用光笔、多个摄像头等获取的，标记点是使用标志物、光笔笔尖等进行人工标记获取的。本发明的方案采用目标检测与三维重建相结合的方法来标记出待测量物体，采用三维点云处理的方法来进一步标记出待测量尺寸并计算出其长度，从而完成测量。其中，图像是使用无人机搭载的相机拍摄获取的，三维尺度信息是使用无人机全球卫星导航系统、惯性测量单元等获取的，待测量尺寸是使用计算机标记的。相比起现有方案，本发明的方案获取图像更为便利，不需要使用标志物、光笔等辅助设备，仅需使用无人机采集数据即可进行测量，剩余操作都在计算机上完成，可以提升视觉测量的泛用性。

本发明提供了如下技术方案：

一种基于无人机平台的静态刚性物体视觉测量的方法，包括以下步骤：

第一步：使用无人机采集数据，具体包括图像集、每一幅图像对应的无人机位置信息、每一幅图像对应的惯性测量单元数据。其中，图像由无人机搭载的相机获得，位置信息由无人机全球卫星导航系统获得，惯性测量单元数据由无人机上的惯性测量单元获得。

第二步：对所有图像进行目标检测，确定每幅图像中目标物体的坐标。

第三步：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(IMU坐标系)与当地水平坐标系(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，可由全球卫星导航系统直接提供，也可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可以提升结果的精度；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。