滚仰式视觉相机扫描搜索规划方法、系统、设备及介质与流程

本技术涉及自动控制，具体涉及一种滚仰式视觉相机扫描搜索规划方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、视觉相机通过搭载飞行平台对陆地、海上等指定区域进行扫描搜索实现对目标的探测与识别。目前，视觉相机滚仰式承载平台常用的一种搜索方式为：俯仰角度固定，滚动沿与飞行方向垂直进行前向横扫。针对低空、远距离等飞行空间状态的搜索应用需求，穿轨方向扫描成像范围受到不同程度的限制，进而影响搜索效率与飞行平台航迹的规划。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本技术旨在提供一种滚仰式视觉相机扫描搜索规划方法、系统、设备及介质。

2、第一方面，本技术提供一种滚仰式视觉相机扫描搜索规划方法，包括如下步骤：

3、s100.接收扫描任务，并获取扫描任务信息，其中，所述扫描任务信息包括穿轨方向扫描范围、飞行空间状态信息，所述飞行空间状态信息包括飞行高度、工作距离；其中，飞行平台上设有双轴稳定平台，用于安装所述视觉相机，所述视觉相机在所述双轴稳定平台上做滚动俯仰运动；所述飞行平台上还设有导航系统，所述导航系统用于获取所述飞行空间状态信息，所述导航系统具有导航坐标系，所述导航坐标系的原点为导航系统原点，x轴沿正北方向，z轴沿铅垂线方向，y轴与x轴、z轴满足右手定则，指向正东方向；

4、s200.根据所述扫描任务信息构建辅助坐标系，并在所述辅助坐标系下构建行扫描线，其中，所述辅助坐标系的原点为所述导航系统的原点，x轴与飞行方向且与水平面平行，z轴沿铅垂线方向指向地心，y轴与x轴、z轴满足右手定则；所述行扫描线与所述辅助坐标系的x轴垂直，且所述行扫描线与所述辅助坐标系原点间的距离根据所述工作距离确定，所述辅助坐标系的x轴在所述行扫描线上的投影为所述行扫描线的中点；

5、s300.根据所述扫描任务信息离线计算得到在所述辅助坐标系下的相关变量参考值集合，所述相关变量参考值集合包括多个相关变量，以及与各所述相关变量对应的相关变量参考值，所述相关变量至少包括行扫描线宽度、规划位置坐标、规划位置成像时刻、行扫描线中点，与其对应的所述相关变量参考值包括行扫描线宽度参考值，规划位置参考坐标、规划位置参考成像时刻，以及行扫描线中点的参考俯仰指向角；

6、s400.根据所述相关变量参考值初始化各所述相关变量，得到多个初始化变量，所述视觉相机处于等待扫描状态；控制所述视觉相机切换至扫描搜索状态，并按照所述初始化变量控制其运动;

7、s500.实时获取在所述辅助坐标系下的行扫描线中点实时坐标，记为行扫描线中点实时辅助坐标;

8、s600.根据所述中点实时辅助坐标得到在所述辅助坐标系下的规划位置实时坐标，记为规划位置实时辅助坐标；

9、s700.将所述行扫描线中点实时辅助坐标和规划位置实时辅助坐标转换至地球坐标系下，得到行扫描线中点实时地球坐标和规划位置实时地球坐标;

10、s800.根据所述行扫描线中点实时地球坐标和所述规划位置实时地球坐标，控制所述视觉相机调整角度。

11、根据本技术实施例提供的技术方案，步骤s800之后还包括如下步骤：

12、s900.设置时间间隔；

13、s1000.经过所述时间间隔后，重复执行步骤s500-s800。

14、根据本技术实施例提供的技术方案，得到所述规划位置参考坐标包括如下步骤：

15、s310.将所述穿轨方向扫描范围均匀划分为多个搜索参考子区域，每个所述搜索参考子区域均具有视轴参考指向点；

16、s320.获取各所述视轴参考指向点和所述行扫描线中点的距离，记为规划距离;

17、s330.根据所述规划距离，得到各所述视轴参考指向点的坐标，即为所述规划位置参考坐标。

18、根据本技术实施例提供的技术方案，步骤s500包括如下步骤：

19、s510.获取辅助坐标系下的视轴与x轴的夹角，记为第一夹角；

20、s520.获取所述视觉相机与目标点的距离，记为实时距离；

21、s530.根据所述第一夹角和所述实时距离得到在辅助坐标系下所述行扫描中点实时辅助坐标的x轴坐标和z轴坐标，得到行扫描线中点实时辅助坐标。

22、根据本技术实施例提供的技术方案，步骤s800包括如下步骤：

23、s810.持续获取所述飞行平台的位置信息和姿态信息，以及所述双轴稳定平台的框架角度信息；

24、s820.根据所述位置信息和所述姿态信息，将所述规划位置实时地球坐标转换到相机基座坐标系或视轴坐标系下，得到规划位置实时转换坐标；

25、s830.根据所述规划位置实时转换坐标和所述框架角度信息，计算得到目标角度，所述目标角度为所述双轴稳定平台需要调整的角度；

26、s840.根据所述目标角度驱控制所述双轴稳定平台动作，进而调整所述视觉相机的俯仰角度和滚动角度。

27、根据本技术实施例提供的技术方案，所述行扫描线宽度参考值通过如下公式得到：

28、公式（1）

29、式中， d为所述视觉相机的工作距离， θ代表所述视觉相机的视场角； ε代表余量值。

30、第二方面，本技术提供一种滚仰式视觉相机扫描搜索规划系统，用于实现如上所述的滚仰式视觉相机扫描搜索规划方法，包括：

31、接收模块，所述接收模块配置用于接收扫描任务，并获取扫描任务信息，其中，所述扫描任务信息包括穿轨方向扫描范围、飞行空间状态信息，所述飞行空间状态信息包括飞行高度、工作距离；其中，飞行平台上设有双轴稳定平台，用于安装所述视觉相机，所述视觉相机在所述双轴稳定平台上做滚动俯仰运动；所述飞行平台上还设有导航系统，所述导航系统用于获取所述飞行空间状态信息，所述导航系统具有导航坐标系，所述导航坐标系的原点为导航系统原点，x轴沿正北方向，z轴沿铅垂线方向，y轴与x轴、z轴满足右手定则，指向正东方向；

32、构建模块，所述构建模块配置用于根据所述扫描任务信息构建辅助坐标系，并在所述辅助坐标系下构建行扫描线，其中，所述辅助坐标系的原点为所述导航系统的原点，x轴与飞行方向且与水平面平行，z轴沿铅垂线方向指向地心，y轴与x轴、z轴满足右手定则；所述行扫描线与所述辅助坐标系的x轴垂直，且所述行扫描线与所述辅助坐标系原点间的距离根据所述工作距离确定，所述辅助坐标系的x轴在所述行扫描线上的投影为所述行扫描线的中点；

33、第一计算模块，所述第一计算模块配置用于根据所述扫描任务信息离线计算得到在所述辅助坐标系下的相关变量参考值集合，所述相关变量参考值集合包括多个相关变量，以及与各所述相关变量对应的相关变量参考值，所述相关变量至少包括行扫描线宽度、规划位置坐标、规划位置成像时刻、行扫描线中点，与其对应的所述相关变量参考值包括行扫描线宽度参考值，规划位置参考坐标、规划位置参考成像时刻，以及行扫描线中点的参考俯仰指向角；

34、初始化模块，所述初始化模块配置用于根据所述相关变量参考值初始化各所述相关变量，得到多个初始化变量，所述视觉相机处于等待扫描状态；控制所述视觉相机切换至扫描搜索状态，并按照所述初始化变量控制其运动;

35、第一获取模块，所述第一获取模块配置用于实时获取在所述辅助坐标系下的行扫描线中点实时坐标，记为行扫描线中点实时辅助坐标;

36、第二获取模块，所述第二获取模块配置用于根据所述中点实时辅助坐标得到在所述辅助坐标系下的规划位置实时坐标，记为规划位置实时辅助坐标；

37、转换模块，所述转换模块配置用于将所述行扫描线中点实时辅助坐标和规划位置实时辅助坐标转换至地球坐标系下，得到行扫描线中点实时地球坐标和规划位置实时地球坐标;

38、控制模块，所述控制模块配置用于根据所述行扫描线中点实时地球坐标和所述规划位置实时地球坐标，控制所述视觉相机调整角度。

39、第三方面，本技术提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如以上所述的滚仰式视觉相机扫描搜索规划方法的步骤。

40、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上所述的滚仰式视觉相机扫描搜索规划方法的步骤。

41、综上所述，本技术提出一种滚仰式视觉相机扫描搜索规划方法，接收扫描任务后，根据扫描任务信息构建辅助坐标系和行扫描线，并离线计算得到相关变量的参考值，根据相关变量的参考值初始化相关变量，并控制相机视轴指向行扫描线中点，进入扫描模式后，通过实时获取辅助坐标系下的行扫描线中点坐标和规划位置坐标，并将二者转换至地球坐标系下，进而控制相机调整角度，实现了沿穿轨方向的扫描搜索；本技术通过视觉相机的滚动、俯仰运动以及飞行平台的飞行运动，能够在穿轨和沿轨方向进行全面扫描，极大地扩展了扫描成像的范围；另外，本技术对于不同的搜索场景和任务需求，可以根据穿轨方向扫描范围、飞行空间状态等因素灵活调整行扫描线的宽度、规划扫描位置等，适应各种复杂的环境条件，提高了适用性。