跳转至

DJI 飞行算法流程和问题

约 922 个字 4 行代码 预计阅读时间 3 分钟

图像标定信息

DJI 无人机拍摄的图片中包含以下有助于标定的信息：

参数 描述 示例值
imageWidth 总像素宽 8192pixel
imageHeight 总像素高 5460pixel
focalLength 焦距 35mm
relativeAltitude 相对无人机起飞点的高度 -
absoluteAltitude 无人机拍摄画面图像中心高程 -
latA 无人机拍摄画面图像中心纬度 -
lonA 无人机拍摄画面图像中心经度 -
GimbalRollDegree 云台 Roll 角 -
GimbalYawDegree 云台 Yaw 角 -
GimbalPitchDegree 云台 Pitch 角 -
FlightRollDegree 无人机 Roll 角 -
FlightYawDegree 无人机 Yaw 角 -
FlightPitchDegree 无人机 Pitch 角 -
DewarpData 相机内参和畸变参数 [fx,fy,cx,cy,k1,k2,p1,p2,k3]

Table 1. DJI 无人机图像标定参数表

推算信息

基于已知参数可以推算出以下信息：

Text Only
1
2
3
sensorWidth      传感器宽度 根据相机型号推算为36.045mm
sensorHeight     传感器高度 根据相机型号推算为24.024mm
hA               拍摄地平面的高程 推算为 absoluteAltitude - relativeAltitude

未知信息和问题

相机标定问题

相机内参矩阵和畸变矩阵矫正方式不明确。目前参考了此链接的计算方式，但转换需要理论依据，且开启矫正和关闭对精度帮助不明显。

坐标系问题

在姿态角均为 0 下（初始状态）图像方位与北东地参考系的关系不明确：

  • 图像右指和下指分别指向北、东、地的正向还是反向？
  • 当前方案选为图像右指对应西向，图像下指对应天向

旋转中心问题

rotateCenter(x,y,z) 云台姿态角旋转中心不明确：

  • 以焦点为旋转中心
  • 以 CMOS 传感器为旋转中心

算法中计算结果差距没有明显优劣。

欧拉旋转问题

执行欧拉旋转函数时 GimbalxxxDegree 和 FlightxxxDegree 与实际云台旋转关系不明确。

当前方案： - 参考系选为北东地参考系 - 仅使用 GimbalxxxDegree - 按照ZYX 顺序做内旋

算法流程

完整计算步骤

  1. 输入参数：上述参数和待计算像素坐标 (targetX, targetY) 以左上角为原点

  2. 坐标转换：做偏移得到以图像中心为原点的坐标系

    Text Only
    1
2
3
    X轴正向：图像右指
Y轴正向：图像下指
坐标：(targetOffsetX, targetOffsetY)

  3. 相机校正：执行相机内参校正和畸变校正函数

    Text Only
    1
    返回：校正后的xy像素偏移量 (correctedX, correctedY)

  4. 物理转换：应用传感器长宽和图像长宽

    Text Only
    1
    得到：物理偏移量 (correctXmm, corectedYmm)

  5. 坐标系转换：转换为以镜头焦点为原点的北东地参考系坐标

    Text Only
    1
    (northmm, eastmm, downmm) = (-focalLengthmm, -correctXmm, -corectedYmm)

  6. 欧拉旋转：对坐标执行欧拉旋转

    Text Only
    1
2
    输入：(northmm, eastmm, downmm)
输出：(rNorthmm, rEastmm, rDownmm)

  7. 焦点处理：焦点 (0, 0, 0) 为原点，欧拉旋转值不变

  8. 射线交点计算：

    Text Only
    1
2
3
    射线：从 (0, 0, 0) 到 (rNorthmm, rEastmm, rDownmm)
平面：z = relative_altitude
交点：(intersectionNorth, intersectionEast, intersectionDown)

  9. 相对偏移：(intersectionNorth, intersectionEast, intersectionDown) 为相对于标定点无人机的偏移量

  10. 最终坐标：通过已知无人机经纬度高程和北东地偏移，使用以下函数求得标定点坐标：

    C
    1
2
3
4
    lla_offset_to_lla(
    double lonA, double latA, double hA,
    double north, double east, double up
)

改进建议

  1. 相机标定：建立完整的相机标定流程，确定内参和畸变参数的准确性
  2. 坐标系统一：明确定义各个坐标系之间的转换关系
  3. 旋转中心验证：通过实际测试确定最优的旋转中心选择
  4. 参数验证：设计实验验证欧拉角参数的使用方式

这套算法为 DJI 无人机图像的地理坐标标定提供了完整的解决方案，但仍需要进一步的理论验证和实验优化。

评论