远距离倾斜摄影中的目标定位问题是一个具有挑战性的研究课题，其在国防建设、军事侦察、抢险救灾等多个方面具有重要的实际意义。远距离倾斜摄影的典型作用距离在50公里至100公里，而无人机的典型飞行高度约为15公里，是拍摄的图像具有极大的倾斜程度。经典的目标定位方法在计算地面目标定位结果时，随着拍摄距离的增加，测量误差变得愈加明显，显著影响了计算结果准确性。来自中国科学院长春光学精密机械与物理研究所动态成像二部的刘重阳博士及课题组成员在 Drones 期刊发表了文章：“Improving Target Geolocation Accuracy with Multi-View Aerial Images in Long-Range Oblique Photography”，介绍了一种基于多视角观测的远距离倾斜航空摄影地面目标高精度定位方法 (示意图见图1)，并通过仿真实验和无人机实飞图像实验进行了验证，结果表明该方法具有高效性、鲁棒性，并能够实现高精度的目标定位。该项研究对于提升远距离地面目标定位的定位精度具有重要意义。
图1. 多视角观测目标定位示意图。
展开剩余73%研究过程与结果作者考虑到单次目标定位的获取信息的局限性，选择了通过不同位置的多视角观测图像来对远距离目标定位的精度进行提升。与严重依赖GNSS (全球卫星导航系统) 和INS (惯性导航系统) 精度的经典目标地理定位方法不同，本文提出的方法克服了这些局限性，利用在不同地点拍摄的多幅航空图像，无需任何额外的补充信息，就能显示出更高的有效性。为了实现这一目标，本文对相机参数进行了优化，以尽量减小GNSS和INS传感器测得的误差。如图2所示，首先使用图像之间的特征匹配来获取匹配的关键点，从而确定不同图像中地标的像素坐标。然后进行地图构建，通过轨迹生成和三角测量获取这些地标的空间位置。在得到地标的初始化结果后，使用光束法平差来优化相机参数和地标的空间位置。得到相机参数的优化结果后，使用经典的的目标地理定位方法，根据优化后的相机参数计算目标地理位置。图3为仿真实验的结果，从图中可以看出本文所提出的方法在DRMS和CEP95两种评价指标下均可以使用较少数量的图像实现目标地理定位精度的大幅度提升。图4为无人机实飞图像的定位结果，结果显示目标定位精度有显著的提升。
图2. 五种强耦合约束问题下三维时变编队轨迹跟踪。
图3. 仿真结果：拍照距离为50公里、100公里、150公里时，使用不同数量的观测图像定位误差。
图4. 无人机实飞图像实验本文方法与经典方法的对比结果。
研究总结本文介绍了一种在远距离倾斜无人机图像中进行目标地理定位的新方法。通过利用不同视角图像的重叠部分，我们可以获得大量的图像匹配点对。这些匹配点对可用于三角测量和地图构建的初始值。然后，通过光束法平差调整优化相机参数，减少在拍照时相机的随机误差影响。最后，使用优化后的相机参数利用经典方法对目标进行地理定位。仿真结果和无人机实飞图像实验的结果证明了我们的方法的有效性。与基于扩展卡尔曼滤波的经典方法相比，我们的方法在CEP95和DRMS评估指标上都有显著改进。我们的方法有效地减少了无人机图像在进行远距离目标地理定位的误差，对无人机侦察的发展工作具有重要意义。
原文出自 Drones 期刊
Liu, C.; Ding, Y.; Zhang, H.; Xiu, J.; Kuang, H. Improving Target Geolocation Accuracy with Multi-View Aerial Images in Long-Range Oblique Photography. Drones 2024, 8, 177. https://doi.org/10.3390/drones8050177Drones 期刊介绍期刊主要涵盖无人机、无人机系统、远程驾驶航空器系统、水下无人机、无人地面载具、全自动驾驶和太空无人机等相关的最新科学技术及应用。目前期刊已被EI、Scopus和SCIE (Web of Science) 数据库收录，位于Q1分区。
2024 Impact Factor: 4.8 2024 CiteScore: 7.4发布于：北京市