【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于计算机视觉领域，具体是一种无人机平台单目轨迹重构方法。
技术介绍
1、运动目标物轨迹重构技术广泛运用于航天探测、自动驾驶、人机交互等领域。目前主流的轨迹重构算法主要依靠激光雷达、深度相机、毫米波雷达等方式获取图像或深度信息，在使用场景与轨迹重构距离方面具有一定的局限性。
2、目前，利用激光雷达、激光测距、毫米波雷达等主动式定位系统的轨迹重构技术已经得到了一定的应用，但在小型无人机平台上，可能没有能力搭载相关设备；部分作业场景下，目标物的表面条件对反射波不利，且探测者可能不宜暴露自己的位置信息，该场景下为了满足探测及轨迹重构的需求，更适合采用被动测距与轨迹重构的方式。
3、利用深度相机、双目或多目相机等构建的基于视觉的运动目标物跟踪与被动式轨迹重建系统由多个精确同步的标定相机构成,多相机同时获取运动目标物不同视角下的多个观测,利用前期相机标定信息和多视角观测信息，根据三角原理重建运动目标物每一时间点的三维位置,运动目标物的三维轨迹则由目标物位置的序列估计组合得到；在这一多相机运动目标物跟踪与轨迹重建框架中,运动目标物跟踪与轨迹重建精度依赖于多相机系统的精确时钟同步与标定,同时多相机系统成本高且观测视角固定,对系统的实用性提出挑战。另外这一框架无法应用于空间非合作目标物远距离监测等情形，主要使用在小空间短距离的动态捕获场景下，对于数百米甚至数千米以上的目标物则无法实现较高精度的轨迹重建。
4、高分辨率、高变焦倍率、高帧率与高稳相精度的光电吊舱的出现以及高精度定位导航系统的普及给运动平
5、目前，国内外公开的关于动态平台下的红外高动态目标物轨迹重构的相关研究还相对较少，主流仍是采用激光轨迹重构、毫米波雷达轨迹重构等方式实现主动轨迹重构；由于部分场景下采用主动轨迹重构方式会提前暴露己方位置，以及部分机载平台受限于自身载荷能力无法搭载光电吊舱外的其他设备，基于红外热像仪的高动态目标物轨迹重构技术成为此类场景下的一个比较理想的选择。此外，该技术也有望在自动驾驶、对地侦察、动态捕获、野外追踪等场景下发挥一定的价值。
技术实现思路
1、为了实现对远距离移动目标物的被动式单目轨迹重构，本专利技术提供了一种用于无人机平台上对空间中目标物进行轨迹重构的方法，既能拓宽移动目标物轨迹重构的范围，同时在同等精度的条件下尽可能降低对设备的性能要求。
2、实现本专利技术的技术解决方案为：一种无人机平台单目轨迹重构方法，包括以下步骤：
3、步骤1、将摄像机固定在无人机平台上，对摄像机进行标定，得到摄像机的内参数和畸变系数，用于进行后续的图像校正和目标物追踪。
4、步骤2、利用标定后的摄像机获取包含目标物信息的图像，对上述图像进行校正、阈值化处理，去除无关信息的干扰，获得目标物的图像像素坐标，并记录摄像机坐标系下的视线角度。
5、步骤3、获取100帧以上带数据标签的图像信息，所述带数据标签的图像信息包括数据标签与步骤二中获取的包含目标物信息的图像，所述数据标签包括无人机平台位置姿态、无人机组合导航信息以及摄像机相对地理坐标系的位置姿态信息，对包含目标物信息的图像进行坐标变换，获得世界坐标系下摄像机至目标物的视线角数据，同时对数据进行缓存，结合无人机组合导航信息数据对带数据标签的图像信息进行置信度判断，保留有效的带数据标签的图像信息。
6、步骤4、利用轨迹重构算法对100帧以上的有效的带数据标签的图像信息进行处理，得到轨迹重构结果，同时依据无人机平台在空间中的运动方式以及步骤2中目标物在图像中的位置闭环执行目标物追踪。
7、本专利技术与现有技术相比，其显著特点有：
8、(1)利用单目视觉被动探测技术，无需主动对外发射脉冲信号，隐蔽性好，探测距离远，抗干扰能力。
9、(2)基于无人机平台动基线轨迹重构，不受限于平台的位置与运动方式。
10、(3)对获取的数据进行置信度判断，并进行动态缓存与时间同步，有效抑制了测量噪声的影响。
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1.一种无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：步骤1中，摄像机的分辨率为1920×1080，且帧率大于等于30FPS。
3.根据权利要求1所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：步骤1中，摄像机的内参数标定与畸变系数标定均采用张正友平面标定方法，仅使用单个平面棋盘格标定板来进行标定，且标定过程中只需要摄像机拍摄多个不同视角的棋盘格标定板图像，即获得相关参数。
4.根据权利要求1所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：步骤2中，图像校正包括畸变校正与滤波处理，得到校正后的图像，去除70％以上的干扰信息，再进行阈值化处理。
5.根据权利要求4所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：阈值化处理是将校正后的图像进行灰度处理以及线性映射处理，以提取目标物的图像像素坐标。
6.根据权利要求1所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：步骤3中，获取无人机平台的位置姿态、无人机组合导航信息以及摄像机的相对位置姿态信息，对包含目标物信息
7.根据权利要求6所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：步骤4中，当目标物在图像中，且已占据大于八个像素点时，机载控制器结合当前的目标物像素尺寸动态调节变焦倍率，使得目标物在图像中占据合理的大小，进行目标物跟踪，并计算得到目标物中心点。
8.根据权利要求7所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：依据无人机平台在空间中的运动方式以及步骤2中目标物在图像中的位置闭环执行目标物追踪，具体如下：当获取F帧的有效数据后，F≥100，结合成像模型
...【技术特征摘要】
1.一种无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：步骤1中，摄像机的分辨率为1920×1080，且帧率大于等于30fps。
3.根据权利要求1所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：步骤1中，摄像机的内参数标定与畸变系数标定均采用张正友平面标定方法，仅使用单个平面棋盘格标定板来进行标定，且标定过程中只需要摄像机拍摄多个不同视角的棋盘格标定板图像，即获得相关参数。
4.根据权利要求1所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：步骤2中，图像校正包括畸变校正与滤波处理，得到校正后的图像，去除70％以上的干扰信息，再进行阈值化处理。
5.根据权利要求4所述的无人机平台单目轨迹重构方法，其特征在于：阈值化处理是将校正后的图像进行灰度处理以及线性映射处理，以提取目标物的图...
【专利技术属性】
技术研发人员：隋修宝，姚成喆，郭伟兰，陈钱，李宁，姚哲毅，王一红，刘源，周圣航，高航，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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