[发明专利]一种基于无人机搭载三轴云台相机的目标检测定位方法

权利要求书

1.一种基于无人机搭载三轴云台相机的目标检测定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01)、将三轴云台固定在无人机底部，传感器固定在三轴云台下方杆臂处，传感器包括视觉传感器与激光测距传感器；

S02)、进行三轴云台相机与无人机姿态的标定，姿态通过各自携带的IMU传感器进行姿态解算；

S03)、将TinyML部署至机载应用平台，然后通过视觉传感器实时捕捉视频信息，将视频流数据输入部署好的TinyML检测模型进行检测，发现视野中出现目标后，获取目标在图像中所处的位置，当目标被系统捕捉到时，识别后将目标圈在矩形框内，提取矩形框对角坐标，通过中点坐标公式计算得出矩形框中心坐标，与视野中心进行偏移量计算，得到偏移量坐标(Δx，Δy)，通过(Δx，Δy)矫正无人机进行移动，使得目标始终位于中心点，此时激光测距仪开启工作，通过读取激光测距仪数据，得到无人机与目标的距离L；

S04)、通过步骤S02)、S03)得到无人机与目标的距离L以及相对角度，已视觉传感器为原点建立坐标系，通过以下计算得到P点相对于O点的位置坐标，P点为目标所在位置，O点为相机位置：

Z′＝L*cosβ，

X′＝L*sinβ*sinα，

Y′＝L*sinβ*cosγ，

其中L表示无人机与目标的距离，α、β、γ分别表示P点相对O点X轴、Z轴、Y轴的夹角；

S05)、获取无人机定位，即O点位置坐标，通过机载RTK卫星导航定位接收机获取机身在导航坐标系中的经度、纬度以及高度，通过坐标转换矩阵即可计算出目标在导航坐标系中的真实坐标点，即目标的经度、纬度以及高度。

2.根据权利要求1所述的基于无人机搭载三轴云台相机的目标检测定位方法，其特征在于：云台相机与无人机姿态的标定过程为：

S21)、选取四元数来确定无人机航向角，四元数的方程如公式(1)所示：

其中Q、Q、W分别表示四元数关于时间的微分、四元数、角速度数值，四元数Q＝q₀+q₁i+q₂j+q₃k，q₀为四元数实部，q₁、q₂、q₃为虚部，i、j、k为虚数单位，t₀为运动的初始时刻，Q₀为四元数的初值；为角速度的初值，由陀螺仪得到其矩阵形式：

其中T_s表示求微分的时间间隔，ω₁、ω₂、ω₃分别表示空间中X、Y、Z三轴分别的角速度，Ω(ω)表示Q关于角速度的函数表示；

S22)、设定在一个采样周期内角速度是常量，对公式(2)求差分得到离散域的四元数公式为：

其中Qk、Qk+1分别表示第k、k+1个采样时刻的四元数，I表示单位矩阵，Ω(ωTs)表示Ω(ω)代入自变量T_s后的函数表示，由四元数确定的b系至R系的坐标变换矩阵为：其中b系是载体坐标系，R系表示导航坐标系；

当参考坐标系R是导航坐标系时，三次基本旋转对应的坐标变换阵为：

其中横滚角为R、俯仰角为P、偏航角为Y，则

该角度作为相机沿三个方向的转动角度，与初始平台的角度做差得到相机转动的偏移量。

3.根据权利要求1所述的基于无人机搭载三轴云台相机的目标检测定位方法，其特征在于：本方法用于检测定位火源。

4.根据权利要求1所述的基于无人机搭载三轴云台相机的目标检测定位方法，其特征在于：步骤S03)中，TinyML检测模型对视频数据流经过增强去噪、分割提取以后来捕获目标。