一种用于无人机视觉定位的自适应卫星图像生成方法技术

本发明专利技术公开了一种用于无人机视觉定位的自适应卫星图像生成方法，其包括：根据无人机的当前位置估计，计算出无人机当前实拍图像的中心点所处的卫星地图中的瓦片索引号；根据当前实拍图像和卫星地图中像素的经纬度跨度，计算实拍图像相对于卫星地图瓦片的尺度倍率；根据瓦片索引号、尺度倍率、当前实拍图像的视场，计算得到当前实拍图像对应区域中包含的全部卫星地图瓦片；将全部卫星地图瓦片进行拼接、截取、放缩，生成自适应卫星图像。本发明专利技术能够实时在线生成卫星图像，且生成的卫星图像在视场、角度、尺度、大小等方面与实拍图像具有较高的一致性，能够为无人机的全局视觉定位算法提供有力的支持。供有力的支持。供有力的支持。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人机视觉定位的自适应卫星图像生成方法


[0001]本专利技术涉及遥感图像
，特别是一种用于无人机视觉定位的自适应卫星图像生成方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着无人机相关产业的快速发展，各种类型的无人机开始广泛运用于航拍、遥测、侦察、精准打击等民用或军事领域。在正常情况下，无人机依靠GPS信号进行自身定位，但是无人机在任务过程中往往会遇到GPS信号暂时不可用的情况，比如无人机所在区域GPS信号较差或GPS信号受干扰，在这种情形下，基于光学图像匹配的视觉定位方法能够接替GPS为无人机持续提供定位信息。
[0003]目前主流的视觉定位方法如ORB SLAM、VINS MONO等都基于视觉里程计（Visual Odometry,VO）或视觉惯性融合里程计（Visual Inertial Odometry，VIO）。从实现原理上来看，无论是VO还是VIO都是通过无人机在飞行过程中拍摄的实时图像两两匹配来计算无人机的相对位姿变化，但是无法计算出无人机在空间中的绝对位置，在长时间的运行后会产生较大的累积误差，因此无法应用于长航时的无人机平台。
[0004]为了能在无人机飞行任务中实时估计无人机的绝对位置，需要将无人机拍摄的实时图像与已知绝对位置的参考图像进行在线匹配，并且根据匹配结果计算出无人机实拍图像相对于卫星图像的偏移量，从而求解出无人机在惯性空间下的绝对位置估计。
[0005]考虑到卫星图像本身具有绝对位置信息，又能比较好地反映现实景物特征，是目前能够获取到的最理想的参考图像。
[0006]使用卫星图像参与视觉定位过程中的图像匹配需要解决两方面问题：1.卫星图像的实时在线生成。目前的视觉定位研究中，卫星图像的生成往往是依赖人工离线进行地图截取，这种方法制备的离线地图库难以适应任务过程中遇到的变化（如无人机航迹变更或航迹偏移）。
[0007]2.卫星图像与无人机实拍图像在尺度等方面的差异。图像特征匹配是视觉定位过程中的关键一环，特征匹配的优劣对定位精度有极大的影响。原始的卫星图像在角度、视场、尺度、大小等方面与无人机的实拍图像往往都存在着较大的差异，在进行图像特征匹配时往往不能获得理想的匹配结果。

技术实现思路

[0008]鉴于此，本专利技术提供一种用于无人机视觉定位的自适应卫星图像生成方法，能够实时在线生成卫星图像，且生成的卫星图像在视场、角度、尺度、大小等方面与实拍图像具有较高的一致性，能够为无人机的全局视觉定位算法提供有力的支持。
[0009]本专利技术公开了一种用于无人机视觉定位的自适应卫星图像生成方法，包括：根据无人机的当前位置估计，计算出无人机当前实拍图像的中心点所处的卫星地图中的瓦片索引号；
根据当前实拍图像和卫星地图中像素的经纬度跨度，计算实拍图像相对于卫星地图瓦片的尺度倍率；根据瓦片索引号、尺度倍率、当前实拍图像的视场，计算得到当前实拍图像对应区域中包含的全部卫星地图瓦片；将全部卫星地图瓦片进行拼接、截取、放缩，生成自适应卫星图像。
[0010]优选地，所述根据无人机的当前位置估计，计算出无人机当前实拍图像的中心点所处的卫星地图中的瓦片索引号，包括：设无人机当前实拍图像的中心点的经纬度坐标为和无人机当前实拍图像的地图层级为，计算得到无人机当前实拍图像的中心点所处的卫星地图中的瓦片索引号：其中，为实拍图像的中心点在方向上对应的瓦片索引号，为实拍图像的中心点在方向上对应的瓦片索引号，为向下取整运算。
[0011]优选地，在实际飞行任务过程中，当无人机处于GPS失效后的飞行初始状态时，所述无人机的当前位置估计为GPS失效前的最后一次定位信息；当无人机处于飞行初始状态之后的飞行状态时，所述无人机的当前位置估计均由其上一帧的视觉定位信息给出。
[0012]优选地，所述根据当前实拍图像和卫星地图中像素的经纬度跨度，计算实拍图像相对于卫星地图瓦片的尺度倍率，具体为：设无人机实拍图像中单个像素的经纬跨度为；卫星地图中单个像素的经纬跨度为；则实拍图像相对于卫星地图瓦片的尺度倍率在方向为，在方向为；其中，为无人机实拍图像中单个像素的经度跨度，为无人机实拍图像中单个像素的纬度跨度，为卫星地图中单个像素的经度跨度，为卫星地图中单个像素的纬度跨度。
[0013]优选地，所述根据瓦片索引号、尺度倍率、当前实拍图像的视场，计算得到当前实拍图像对应区域中包含的全部卫星地图瓦片，包括：根据尺度倍率和当前实拍图像的视场，计算区域瓦片搜索范围；根据瓦片索引号、区域瓦片搜索范围，计算得到当前实拍图像对应区域中包含的全部卫星地图瓦片。
[0014]优选地，所述根据尺度倍率和当前实拍图像的视场，计算区域瓦片搜索范围，包括：为了保证生成的卫星图像与无人机的当前实拍图像的视场相同，需要从卫星地图中在、方向上分别截取、个像素的区域：
其中，、分别为无人机当前实拍图像的宽分辨率、高分辨率；为在方向上的尺度倍率，为在方向上的尺度倍率。
[0015]优选地，所述根据瓦片索引号、区域瓦片搜索范围，计算得到当前实拍图像对应区域中包含的全部卫星地图瓦片，包括：设总共需要在，两个方向拼接，个瓦片，则可计算得：其中，为卫星地图中从方向应当截取的像素数量，为卫星地图中从方向应当截取的像素数量，为向上取整运算；进一步求得瓦片索引范围，，其中，为实拍图像的中心点在方向上对应的瓦片索引号，为实拍图像的中心点在方向上对应的瓦片索引号，为向下取整运算，为向上取整运算。
[0016]优选地，所述将全部卫星地图瓦片进行拼接、截取、放缩，生成自适应卫星图像，包括：将全部卫星瓦片进行图像拼接构成一幅完整的底图，该底图的视场范围是当前实拍图像视场范围的父集，因此还需要根据当前实拍图像的视场范围、当前实拍图像中心点所在位置、尺度倍率共同计算出底图与当前实拍图像的重合区域，并将该重合区域从底图中截取出来；截取后的卫星图像在视场、角度方面已经与当前实拍图像保持一致，最后将卫星图像放缩至与实拍图像大小即可保证尺度一致。
[0017]优选地，所述将该重合区域从底图中截取出来，具体为：以为中心，在所述底图上截取宽高为个像素的区域；其中：其中，为所述重合区域的中心点在所述底图中的像素位置，、分别为在、两个方向拼接的瓦片数量，、分别为无人机当前实拍图像的中心点在所述卫星地图瓦片中所处的、方向上的像素位置，为向下取整运算。
[0018]优选地，所述无人机当前实拍图像的中心点在所述卫星地图瓦片中所处的、方
向上的像素位置具体为：。
[0019]由于采用了上述技术方案，本专利技术具有如下的优点：本专利技术能够实时在线生成卫星图像，且生成的卫星图像在视场、角度、尺度、大小等方面与实拍图像具有较高的一致性，能够为无人机的全局视觉定位算法提供有力的支持。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于无人机视觉定位的自适应卫星图像生成方法，其特征在于，包括：根据无人机的当前位置估计，计算出无人机当前实拍图像的中心点所处的卫星地图中的瓦片索引号；根据当前实拍图像和卫星地图中像素的经纬度跨度，计算实拍图像相对于卫星地图瓦片的尺度倍率；根据瓦片索引号、尺度倍率、当前实拍图像的视场，计算得到当前实拍图像对应区域中包含的全部卫星地图瓦片；将全部卫星地图瓦片进行拼接、截取、放缩，生成自适应卫星图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据无人机的当前位置估计，计算出无人机当前实拍图像的中心点所处的卫星地图中的瓦片索引号，包括：设无人机当前实拍图像的中心点的经纬度坐标为和无人机当前实拍图像的地图层级为，计算得到无人机当前实拍图像的中心点所处的卫星地图中的瓦片索引号：其中，为实拍图像的中心点在方向上对应的瓦片索引号，为实拍图像的中心点在方向上对应的瓦片索引号，为向下取整运算。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在实际飞行任务过程中，当无人机处于GPS失效后的飞行初始状态时，所述无人机的当前位置估计为GPS失效前的最后一次定位信息；当无人机处于飞行初始状态之后的飞行状态时，所述无人机的当前位置估计均由其上一帧的视觉定位信息给出。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据当前实拍图像和卫星地图中像素的经纬度跨度，计算实拍图像相对于卫星地图瓦片的尺度倍率，具体为：设无人机实拍图像中单个像素的经纬跨度为；卫星地图中单个像素的经纬跨度为；则实拍图像相对于卫星地图瓦片的尺度倍率在方向为，在方向为；其中，为无人机实拍图像中单个像素的经度跨度，为无人机实拍图像中单个像素的纬度跨度，为卫星地图中单个像素的经度跨度，为卫星地图中单个像素的纬度跨度。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据瓦片索引号、尺度倍率、当前实拍图像的视场，计算得到当前实拍图像对应区域中包含的全部卫星地图瓦片，包括：根据尺度倍率和当前实拍图像的视场，计算区域瓦片搜索范围；根据瓦片索引号、区域瓦片搜索范围，计算得到当前实拍图...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宇，夏炎杰，陈姝婷，王逸涛，李嘉坤，周永飞，
申请(专利权)人：四川腾盾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：