【技術領域】

本發(fā)明涉及一種電子技術領域，尤其涉及一種遠程測量物體坐標的方法、裝置及飛行器。

背景技術：

隨著社會的快速發(fā)展，智能設備快速興起，在人類的建設發(fā)展中起到重要作用。

在遠程測量的技術領域中，一般使用智能的無人機進行拍攝作業(yè)以協(xié)助測量。

然而，相關技術中，無人機只能告知用戶無人機本身當前的坐標，包括經(jīng)度、緯度和高度。用戶通過所述無人機進行拍攝時，特別是對距離無人機較遠的物體進行拍攝時，用戶無法快速準確的獲取被拍攝物體的坐標，從而直接影響了用戶快速判斷被拍攝物體的具體位置。

例如，邊防武警在用無人機的機載高變焦倍率相機追蹤偷渡人員時，由于被觀測物體離所述無人機較遠且所述相機朝向不一定與所述無人機朝向一致，導致武警無法快速判斷偷渡人員的具體位置而使行動受阻；再比如，檢測人員利用所述無人機對基礎設施進行檢測時，由于所述無人機與被檢測物體相距較遠，使檢測人員無法快速獲取病害的具體位置坐標，增加了病害標記工作的難度和降低工作效率。

因此，有必要提供一種新的遠程測量物體坐標的方法、裝置及飛行器。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種測量速度快且準確度高的遠程測量物體坐標的方法、裝置及飛行器。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種遠程測量物體坐標的方法，該方法包括如下步驟：

獲取移動平臺與被測物體之間的目標距離值：通過移動平臺測量其與被測物體之間的距離，確定該距離為目標距離值，所述被測物體在所述移動平臺的測量方向上；

獲取所述被測物體的相對位置坐標：為所述移動平臺建立移動平臺載體坐標系，獲取所述被測物體在所述移動平臺載體坐標系上的坐標，確定為相對位置坐標；

獲取所述被測物體的平面位置坐標：為所述移動平臺建立本地平面坐標系，根據(jù)所述相對位置坐標獲取所述被測物體在所述本地平面坐標系上的平面位置坐標；

獲取所述移動平臺的位置：利用所述移動平臺通過位置估測方式測出所述移動平臺的地理坐標；

計算所述被測物體的位置：通過所述平面位置坐標以及所述移動平臺的地理坐標，計算所述被測物體的地理坐標。

優(yōu)選的，在所述獲取移動平臺與被測物體之間的目標距離值的步驟中：通過距離感測方式測量所述目標距離值。

優(yōu)選的，所述移動平臺包括測距儀，通過所述測距儀測得所述目標距離值。

優(yōu)選的，所述移動平臺還包括相機和云臺，所述相機通過所述云臺固定于所述移動平臺，所述測距儀固定于所述相機，通過所述測距儀獲得所述相機與所述被測物體之間的距離，并根據(jù)將該距離按預設規(guī)則計算后確定為所述移動平臺與所述被測物體之間的所述目標距離值。

優(yōu)選的，所述測距儀為一維激光測距儀，使所述一維激光測距儀的激光與所述相機的鏡頭軸線平行，將所述相機的視角中心對準所述被測物體，所述一維激光測距儀返回的距離即為所述相機與所述被測物體之間的所述距離。

優(yōu)選的，在獲取所述被測物體的相對位置坐標的步驟前，還包括如下步驟：

獲取所述被測物體的第一位置坐標：為所述相機建立相機載體坐標系，使所述被測物體在所述相機載體坐標系的xc軸上，根據(jù)所述目標距離值計算獲取所述被測物體在所述相機載體坐標系的坐標，確定為第一位置坐標；

獲取所述被測物體的第二位置坐標：為所述云臺建立云臺載體坐標系，根據(jù)所述第一位置坐標、所述云臺載體坐標系到所述相機載體坐標系的旋轉矩陣以及所述云臺載體坐標系的原點到所述相機載體坐標系的原點的平移向量，計算獲取所述被測物體在所述云臺載體坐標系的坐標，確定為第二位置坐標。

優(yōu)選的，在獲取所述被測物體的相對位置坐標的步驟中，根據(jù)所述第二位置坐標、所述移動平臺載體坐標系到所述云臺載體坐標系的旋轉矩陣以及所述移動平臺載體坐標系的原點到所述云臺載體坐標系的原點的平移向量，計算獲取所述被測物體的相對位置坐標。

本發(fā)明還提供一種遠程測量物體坐標的裝置，包括：測距模塊，用于測量所述裝置與被測物體之間目標距離值，所述被測物體在所述測距模塊的測量方向上；數(shù)據(jù)處理模塊，用于為所述裝置建立裝置載體坐標系和本地平面坐標系，并根據(jù)所述目標距離值計算所述被測物體在所述裝置載體坐標系的坐標，確定為相對位置坐標；還用于根據(jù)相對位置坐標計算獲取所述被測物體在所述本地平面坐標系上的平面位置坐標；以及用于根據(jù)所述平面位置坐標以及所述裝置的地理坐標，計算得到所述被測物體的地理坐標；位置估測模塊，用于定位獲取所述裝置的地理坐標。

本發(fā)明同時提供一種飛行器，包括無人機飛行平臺、裝配于所述無人機飛行平臺的動力裝置和固定于所述無人機飛行平臺的相機，所述飛行器還包括：傳感器，固定于所述無人機飛行平臺，用于檢測被測物體與所述無人機飛行平臺之間的目標距離值；數(shù)據(jù)處理器，與所述傳感器通訊連接，用于為所述無人機飛行平臺建立飛行平臺載體坐標系和本地平面坐標系，并根據(jù)所述目標距離值計算所述被測物體在所述飛行平臺載體坐標系的坐標，確定為相對位置坐標，以及用于根據(jù)相對位置坐標計算獲取所述被測物體在所述本地平面坐標系上的平面位置坐標；定位裝置，固定于所述無人機飛行平臺，用于定位獲取所述無人機飛行平臺的地理坐標；及定位處理器，與所述數(shù)據(jù)處理器通訊連接，用于根據(jù)所述平面位置坐標以及所述無人機飛行平臺的地理坐標，計算得到所述被測物體的地理坐標。

優(yōu)選的，所述飛行器還包括固定于所述無人機飛行平臺的云臺，所述相機通過所述云臺固定于所述無人飛行平臺，所述傳感器固定于所述相機，并使所述傳感器的檢測方向與所述相機的鏡頭軸線平行；所述數(shù)據(jù)處理器還用于為所述相機建立相機載體坐標系、為所述云臺建立云臺載體坐標系，根據(jù)所述目標距離值計算獲取所述被測物體在所述相機載體坐標系的坐標，確定為第一位置坐標；并根據(jù)所述第一位置坐標、所述云臺載體坐標系到所述相機載體坐標系的旋轉矩陣以及所述云臺載體坐標系的原點到所述相機載體坐標系的原點的平移向量，計算獲取所述被測物體在所述云臺載體坐標系的坐標，確定為第二位置坐標，通過所述第二位置坐標計算獲取所述被測物體在所述飛行平臺坐標系的所述相對位置坐標。

與相關技術相比，本發(fā)明的遠程測量物體坐標的方法、裝置及飛行器通過獲取所述移動平臺(或裝置或飛行器)與被測物體之間的目標距離值，并建立所述移動平臺的所述載體坐標系及本地平面坐標系，通過所述目標距離值獲取所述被測物體在所述載體坐標系的位置坐標，再通過所述被測物體在所述載體坐標系的位置坐標獲取所述被測物體在所述本地平面坐標系上的平面位置坐標，通過獲取所述移動平臺的地理坐標后，結合所述被測物體的所述平面位置坐標，獲取所述被測物體的地理坐標，實現(xiàn)快速且準確的遠程測量物體的坐標的目的。

【附圖說明】

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的流程框圖；

圖2為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的步驟s1的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的步驟s3結構示意圖；

圖4為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的步驟s4結構示意圖；

圖5為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的步驟s5結構示意圖；

圖6為本發(fā)明遠程測量物體坐標的裝置的結構框圖；

圖7為本發(fā)明飛行器的結構示意圖。

【具體實施方式】

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的流程框圖。本發(fā)明提供了一種遠程測量物體坐標的方法，該方法包括如下步驟：

請結合參圖2，為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的步驟s1的結構示意圖。

步驟s1、獲取移動平臺與被測物體之間的目標距離值：

通過移動平臺100測量其與被測物體200之間的距離，確定該距離為目標距離值，所述被測物體200在所述移動平臺100的測量方向上。

本實施方式中，所述移動平臺100包括相機101、云臺102、測距儀103和位置估測系統(tǒng)104。所述相機101通過所述云臺102固定于所述移動平臺100，所述測距儀103固定于所述相機101。具體的，所述測距儀103為距離傳感的一維激光測距儀。當然，所述測距儀103并不限于此，還可以為紅外儀、超聲波儀等，或者也可以為視覺傳感的視頻測距儀，這都是可行的。所述位置估測系統(tǒng)104用于估測所述移動平臺100的地理坐標。

需要說明的是，本實施方式中，所謂“地理坐標”包括經(jīng)度、緯度和高度。

所述相機101與所述被測物體200之間的距離通過所述測距儀103測量獲得，并根據(jù)該距離按預設規(guī)則計算后確定為所述移動平臺100與所述被測物體200之間的所述目標距離值。

本步驟中，所述測距儀103測量時，將所述測距儀103固定安裝在所述相機101上形成剛性連接(當然也包括固定在所述云臺102且位于所述相機101旁邊)，并使所述一維激光測距儀的激光與所述相機101的鏡頭軸線平行。

由于激光與所述相機101的鏡頭的軸線相距較短，在測量遠處的所述被測物體200時，激光打到所述被測物體200上的點約為所述相機101視角的正中央。因此，測量時，將所述相機101的視角中心對準所述被測物體200，所述一維激光測距儀返回的距離測量值與所述相機101到所述被測物體200之間的距離非常相近，誤差在可控制的允許范圍內(nèi)，因此，所述一維激光測距儀返回的距離即為所述相機101與所述被測物體200之間的所述距離，即所述目標距離值，設為lspotcx。

步驟s2、獲取所述被測物體的第一位置坐標：

為所述相機101建立相機載體坐標系，使所述被測物體200在所述相機載體坐標系的xc軸上，根據(jù)所述目標距離值計算獲取所述被測物體200在所述相機載體坐標系的坐標，確定為第一位置坐標，設為則可得：

請結合參圖3，為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的步驟s3結構示意圖。

步驟s3、獲取所述被測物體的第二位置坐標：

為所述云臺102建立云臺載體坐標系，根據(jù)所述第一位置坐標、所述云臺載體坐標系到所述相機載體坐標系的旋轉矩陣以及所述云臺載體坐標系的原點到所述相機載體坐標系的原點的平移向量，計算獲取所述被測物體在所述云臺載體坐標系的坐標，確定為第二位置坐標，設為

本步驟中，所述云臺102的roll、pitch、yaw三軸在同一點形成交叉點，并且所述相機101中心點(所述相機載體坐標系的原點)在該交叉點上。則被測物體200在所述云臺坐標系的位置坐標，即所述第二位置坐標為：

其中，為所述云臺載體坐標系到所述相機載體坐標系的旋轉矩陣；為所述云臺載體坐標系的原點到所述相機載體坐標系的原點的平移向量；αg、βg、γg分別為所述相機101在所述云臺坐標系上的yaw、pitch、roll角度，該角度由所述云臺102控制獲取。

請結合參圖4，為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的步驟s4結構示意圖。

步驟s4、獲取所述被測物體的相對位置坐標：

為所述移動平臺100建立移動平臺載體坐標系，獲取所述被測物體200在所述移動平臺載體坐標系上的坐標，確定為相對位置坐標，設為

根據(jù)所述第二位置坐標、所述移動平臺載體坐標系到所述云臺載體坐標系的旋轉矩陣以及所述移動平臺載體坐標系的原點到所述云臺載體坐標系的原點的平移向量，計算獲取所述被測物體200在所述移動平臺載體坐標系中的相對位置坐標。

則所述被測物體200在所述移動平臺載體坐標系上的坐標為：

其中，為所述移動平臺載體坐標系到所述云臺載體坐標系的旋轉矩陣，為所述移動平臺載體坐標系的原點到所述云臺載體坐標系的原點的平移向量。

本步驟中，所述云臺102與所述移動平臺100為剛性連接，所述云臺載體坐標系與所述移動平臺載體坐標系只存在平移關系，沒有旋轉關系。需要說明的是，本實施試中，所述云臺102通過緩沖機構連接到所述移動平臺，形成剛性連接，以在拍攝中濾除掉不必要的震動。

需要說明的是，所謂相對位置坐標：以移動平臺載體坐標系為原點，移動平臺朝向為x軸的坐標系上的坐標，用來展示被測物體與移動平臺之間的相對位置。

請結合參圖5，為本發(fā)明遠程測量物體坐標的方法的步驟s5結構示意圖。

步驟s5、獲取所述被測物體的平面位置坐標：

具體的，為所述移動平臺100建立本地平面坐標系，本步驟中的本地平面坐標系以本地北東地位置坐標系為例說明，根據(jù)所述相對位置坐標獲取所述被測物體200在所述本地平面坐標系上的平面位置坐標，設為則可得：

其中，為所述本地平面坐標系到所述移動平臺載體坐標系的旋轉矩陣；為所述本地平面坐標系的原點到所述移動平臺載體坐標系的原點的平移向量，因所述本地平面坐標系的原點與所述移動平臺載體坐標系的原點重合，故兩個坐標系間沒有平移向量；αb、βb、γb分別為所述移動平臺100在所述本地平面坐標系上的yaw、pitch、roll角度，可通過在所述移動平臺100設置姿態(tài)估測裝置測量獲得。

步驟s6、獲取所述移動平臺的位置：

利用所述移動平臺100通過位置估測方式測出所述移動平臺100的地理坐標。

本步驟中，通過所述位置估測系統(tǒng)104獲取所述移動平臺100的地理坐標。比如，所述位置估測系統(tǒng)104為gps定位系統(tǒng)等。

步驟s7、計算所述被測物體的位置：

通過所述平面位置坐標以及所述移動平臺的地理坐標，計算所述被測物體的地理坐標。即通過上述各坐標系的之間的關系進行反向推算得到所述被測物體的位置，包括其地理坐標，即包括經(jīng)度、緯度和高度。在本實施例中，具體可通過如下公式進行計算：

hspot＝hbase-z

其中，latspot、lonspot分別為所述被測物體的緯度、經(jīng)度坐標，latbase、lonbase分別為所述移動平臺的緯度、經(jīng)度，rearth為地球半徑，x、y、z分別為本實施例中所述被測物體在本地北東地坐標系中的平面位置坐標的x、y、z值。

需要說明的是，本發(fā)明的遠程測量物體坐標的方法還可以通過上述步驟s1-s7測量兩個物體的具體位置，再計算出兩個物體之間的距離，這也是可行的。比如：

通過本發(fā)明的遠程測量物物體坐標的方法的步驟s1-s7分別獲得a和b兩點的經(jīng)度和緯度，則a和b兩點間的水平距離設為d，

d＝rearth·cos^-1c·π÷180

其中，rearth為地球半徑，c可通過下列式子求得：

c＝sinlata·sinlatb·cos(lona-lonb)+coslata·coslatb

其中，lata與lona分別是a點的緯度與經(jīng)度，latb與lonb分別是b點的緯度與經(jīng)度。

這對于本領域技術人員參考本申請的技術方案是很容易想到的。而所述遠程測量物體坐標的方法可運用于無人機、無人探測車、無人潛水器等設備中，這都是可行的。

本發(fā)明的遠程測量物體坐標的方法可實現(xiàn)快速且準確的遠程測量物體的坐標的目的。

請結合參閱圖6，為本發(fā)明遠程測量物體坐標的裝置的結構框圖。本發(fā)明還提供一種遠程測量物體坐標的裝置600，包括相互通訊連接或電連接的測距模塊601、數(shù)據(jù)處理模塊602及位置估測模塊603。

所述測距模塊601用于測量所述裝置600與被測物體(未圖示)之間目標距離值，所述被測物體在所述測距模塊601的測量方向上。

所述數(shù)據(jù)處理模塊602用于為所述裝置600建立裝置載體坐標系和本地平面坐標系，并根據(jù)所述目標距離值計算所述被測物體在所述裝置載體坐標系的坐標，確定為相對位置坐標；還用于根據(jù)相對位置坐標計算獲取所述被測物體在所述本地平面坐標系上的平面位置坐標；以及用于根據(jù)所述平面位置坐標以及所述裝置600的地理坐標，計算得到所述被測物體的地理坐標。所述本地平面坐標系可以為本地北東地坐標系，但然不限于此，其原理一樣。

當然，所述測距模塊601還可能通過相機或云臺等其它結構連接到所述裝置600，此時，所述數(shù)據(jù)處理模塊602還用于為所述相機建立相機載體坐標系以及為所述云臺建立云臺載體坐標系，將所述目標距離值依次轉換為所述相機載體坐標系的坐標、所述云臺載體坐標系的坐標、所述裝置載體坐標系的坐標及所述裝置的所述平面坐標系的坐標，具體轉換原理在上述遠程測量物體坐標的方法中已詳細描述，在此不在贅述。

所述位置估測模塊603用于定位獲取所述裝置600的地理坐標，經(jīng)如為gps定位系統(tǒng)等。

請結合參閱圖7，為本發(fā)明的飛行器的結構示意圖。本發(fā)明同時提供一種飛行器700，包括無人機飛行平臺701、動力裝置702、云臺703、相機704、傳感器705、數(shù)據(jù)處理器(未圖示)、定位裝置707和定位處理器(未圖示)。

所述無人機飛行平臺701機無人機機身。

所述動力裝置702裝配于所述無人機飛行平臺701，為所述飛行器700提供飛行動力。本實施方式中，所述動力裝置702為螺旋槳。

所述云臺703用于搭載其它協(xié)助結構裝置，如攝像機等，可用于調(diào)節(jié)被搭載結構的角度和位置。

所述相機704固定于所述無人機飛行平臺701，用于取景、對位及拍攝等。

本實施方式中，具體的，所述相機704通過所述云臺703固定于所述無人機飛行平臺701。

所述傳感器705固定于所述無人機飛行平臺701，用于檢測被測物體與所述無人機飛行平臺701之間的目標距離值。所述傳感器705可以為激光測距儀、紅外測距儀、超聲波測距儀或視覺測距儀等，這都是可行的。

本實施方式中，所述傳感器705為一維激光測距儀，其固定于所述相機704旁邊，或者機固定于所述相機704，這也是可行的。并使所述傳感器705的檢測方向與所述相機704的鏡頭軸線平行。

當所述傳感器705需要檢測被測物體時，由于激光與所述相機704的鏡頭的軸線相距較短，在測量遠處的所述被測物體時，激光打到所述被測物體上的點約為所述相機704視角的正中央。因此，測量時，將所述相機704的視角中心對準所述被測物體，所述一維激光測距儀返回的距離測量值與所述相機704到所述被測物體之間的距離非常相近，誤差在可控制的允許范圍內(nèi)，因此，所述一維激光測距儀返回的距離即為所述相機704與所述被測物體之間的所述距離，即目標距離值。

本實施方式中，所述傳感器705固定安裝在所述相機704上形成剛性連接。

所述數(shù)據(jù)處理器與所述傳感器通訊連接或電連接，用于為所述無人機飛行平臺701建立飛行平臺載體坐標系和本地平面坐標系(如，本地北東地坐標系)，并根據(jù)所述目標距離值計算所述被測物體在所述飛行平臺載體坐標系的坐標，確定為相對位置坐標，以及用于根據(jù)相對位置坐標計算獲取所述被測物體在所述本地平面坐標系上的平面位置坐標。

當然，為了更高的定位精確度，所述數(shù)據(jù)處理器還用于為所述相機建立相機載體坐標系以及為所述云臺建立云臺載體坐標系，將所述目標距離值依次轉換為所述相機載體坐標系的坐標、所述云臺載體坐標系的坐標、所述飛行平臺載體坐標系的坐標及所述飛行平臺的所述平面坐標系的坐標。即，根據(jù)所述目標距離值計算獲取所述被測物體在所述相機載體坐標系的坐標，確定為第一位置坐標；并根據(jù)所述第一位置坐標、所述云臺載體坐標系到所述相機載體坐標系的旋轉矩陣以及所述云臺載體坐標系的原點到所述相機載體坐標系的原點的平移向量，計算獲取所述被測物體在所述云臺載體坐標系的坐標，確定為第二位置坐標，通過所述第二位置坐標計算獲取所述被測物體在所述飛行平臺坐標系的所述相對位置坐標。具體坐標轉換原理在上述遠程測量物體坐標的方法中已詳細描述，在此不在贅述。

所述定位裝置707固定于所述無人機飛行平臺701，比如所述定位裝置707為gps定位系統(tǒng)等，用于定位獲取所述無人機飛行平臺701的地理坐標。

所述定位處理器與所述數(shù)據(jù)處理器通訊連接或電連接，用于根據(jù)所述平面位置坐標以及所述無人機飛行平臺的地理坐標，計算得到所述被測物體的地理坐標。

需要說明的是，所述定位處理器與所述數(shù)據(jù)處理器即為所述飛行器700的軟件程序。

與相關技術相比，本發(fā)明的遠程測量物體坐標的方法、裝置及飛行器通過獲取所述移動平臺(或裝置或飛行器)與被測物體之間的目標距離值，并建立所述移動平臺的所述載體坐標系及本地平面坐標系，通過所述目標距離值獲取所述被測物體在所述載體坐標系的位置坐標，再通過所述被測物體在所述載體坐標系的位置坐標獲取所述被測物體在所述本地平面坐標系上的平面位置坐標，通過獲取所述移動平臺的地理坐標后，結合所述被測物體的所述平面位置坐標，獲取所述被測物體的地理坐標，實現(xiàn)快速且準確的遠程測量物體的坐標的目的。

以上所述的僅是本發(fā)明的實施方式，在此應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構思的前提下，還可以做出改進，但這些均屬于本發(fā)明的保護范圍。