[发明专利]基于网格地图的无人机视觉定位方法

说明书

本发明公开了一种基于网格地图的无人机视觉定位方法，属于无人机视觉领域，包括以下步骤：将网格地图和无人机构建的实时网格面均转化为三维点云，通过匹配转化得到两个三维点云，从而将两个三维网格面匹配的问题转化为两个三维点云匹配的问题，利用三维点云匹配和网格地图的位置信息计算出无人机观测时刻的绝对位置。本发明可以只通过单目相机就能在低空复杂环境下实现定位，并且无人机的机载相机安装方式不受限制。

技术领域

本发明涉及无人机视觉领域，更为具体的，涉及一种基于网格地图的无人机视觉定位方法。

背景技术

目前无人机的定位主要依赖GNSS等导航卫星系统，或者地面差分站。在战争场景下，导航卫星系统的信号容易受到干扰，会导致无人机坠毁或被地方捕获，地面差分站则需要提前在地面上部署基站，这在战争场景下是不现实的。视觉定位是无人机通过机载相机的观测情况进行自主定位的一类方法。大多数无人机视觉定位方法是通过航拍图像与卫星地图之间的匹配完成的，卫星地图是将卫星在高空拍摄的图像拼接构成的。这种视觉定位方法为了保证航拍图像与卫星拍摄的视角尽可能一致，机载相机需要指向地心方向安装，且在低空场景下，观测视角与卫星拍摄视角差异过大，与卫星地图的匹配往往会失效。此时，与预先构建好的三维地图进行匹配定位是一种可行的定位方式。三维网格地图是一种将稀疏的三维空间点连接成许多三维三角形平面，用许多拼接在一起的三维三角形平面描述场景几何结构的三维地图表示方法。这种地图表示方法占据存储空间小，利于超大型场景的地形构建，但却难以应用于定位任务，因为每次用于构造网格地图的三维空间点一般都是不同的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于网格地图的无人机视觉定位方法，可以只通过单目相机就能在低空复杂环境下实现定位，并且无人机的机载相机安装方式不受限制。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

一种基于网格地图的无人机视觉定位方法，包括以下步骤：

将网格地图和无人机构建的实时网格面均转化为三维点云，通过匹配转化得到两个三维点云，从而将两个三维网格面匹配的问题转化为两个三维点云匹配的问题，利用三维点云匹配和网格地图的位置信息计算出无人机观测时刻的绝对位置。

进一步地，包括子步骤：

S1，提取网格地图在初始位置附近的待匹配区域，然后分别将待匹配网格地图与实时网格面进行体素化；

S2，将所有被网格穿过的体素标记为“占据”，其余未被穿过的体素标记为“空”，所有被标记为“占据”的体素块构成一个三维点云；

S3，匹配两个三维点云，得到两组点云之间的相对变换关系；

S4，根据两组点云间的相对变换关系和网格地图的位置信息，计算出无人机观测时刻的绝对位置。

进一步地，在步骤S3中，采用ICP点云匹配算法匹配两个三维点云。

进一步地，在步骤S4中，所述网格地图的位置信息为网格地图的经纬高坐标。

进一步地，在步骤S1中，所述体素化具体为将三维网格面空间划分为多个立方体构成，所述立方体称为体素。

进一步地，机载相机能够向任意能观测到地面的方向安装。

本发明的有益效果包括：

本发明提出一种基于三维网格地图的无人机定位方法，在拥有构建好的三维网格地图后，无人机可以只通过单目相机就能在低空复杂环境下实现定位，并且无人机的机载相机安装方式不受限制，比起现有技术中地心方向安装，可以使无人机具有更广阔的观测视野。

附图说明