本发明属于视觉测量技术领域，具体涉及一种飞行器与云层相对高度视觉检测方法和装置。
背景技术：
在视觉测量领域，有云底高检测技术，可测量得到云底相对地面的高度。
但是，飞行器飞行时，仅根据云底相对地面的高度无法直接快速的确定飞行器与云层相对高度，而且现有技术无法确定云层厚度，也影响了飞行器与云层相对高度的判断。
技术实现要素：
本发明的目的：本发明提供一种飞行器与云层相对高度视觉检测方法和装置，解决现有技术无法快速准确判断飞行器与云层相对高度的问题。
本发明的技术方案：
本发明提供一种飞行器与云层相对高度视觉检测方法，包括：
获取飞行器伺服框架上的成像系统拍摄得到的图像；
利用云层图像检测算法检测图像中云层的上边界和下边界；
根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线；
根据所述水平位置线和所述云层的上边界和下边界的位置关系，确定飞行器与云层相对高度。
可选的，所述根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线，包括：
根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线与所述图像的中心水平位置线的偏差像元数；
在偏差像元数为正数时，确定水平位置线位于中心水平位置线的下方，且距离所述中心水平位置线的下方的距离为所述偏差像元数；
在偏差像元数为负数时，确定水平位置线在中心水平位置线的上方，且距离所述中心水平位置线的下方的距离为所述偏差像元数的绝对值。
可选的，所述偏差像元数＝(fsinθ)/(pixel×cosγ)；
其中，θ为飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角之和；f为所述光学成像系统焦距，pixel为所述光学成像系统中的探测器的像元尺寸，γ为中心水平位置线与大地水平面的夹角。
可选的，所述方法还包括：
若利用云层图像检测算法未在所述图像内检测到云层，则改变所述成像系统的伺服框架的航向角和/或俯仰角，获取新的图像；
根据所述新的图像，确定飞行器与云层相对高度。
可选的，所述方法还包括：
若在所述成像系统的伺服框架的所有角度上拍摄得到的图像中利用云层图像检测算法均未检测到云层，且各图像的总灰度变化在预设范围内，则确定飞行器的飞行高度与云层高度相当。
可选的，所述根据所述水平位置线和所述云层的上边界和下边界的位置关系，确定飞行器与云层相对高度，包括：
当所述水平位置线在云层上边界的上方时，确定飞行器的飞行高度高于云层高度；
当水平位置线在云层下边界的下方时，确定飞行器的飞行高度低于云层高度；
当水平位置线在云层上边界和云层下边界之间时，确定飞行器的飞行高度与云层高度相当。
本发明还提供一种飞行器与云层相对高度视觉检测装置，包括：
图像获取模块，用于获取飞行器伺服框架上的成像系统拍摄得到的图像；
边界获取模块，用于利用云层图像检测算法检测图像中云层的上边界和下边界；
水平位置线确定模块，用于根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线；
相对高度确定模块，用于根据所述水平位置线和所述云层的上边界和下边界的位置关系，确定飞行器与云层相对高度。
可选的，所述水平位置线确定模块具体用于：
根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线与所述图像的中心水平位置线的偏差像元数；
根据所述偏差像元数和所述图像的中心水平位置线，确定所述图像中的水平位置线。
本发明的优点：
本发明提供一种飞行器与云层相对高度视觉检测方法和装置，可利用自带的光学成像系统和伺服框架检测飞行器与云层的相对高度，为飞行器主动规避云层对目标的遮挡提供检测依据。
附图说明
图1是本发明提供的飞行器与云层相对高度视觉检测方法的流程示意图；
图2是本发明提供的图像图中水平位置线与俯仰角之和的关系示意图；
图3是本发明提供的飞行器与云层相对高度检测的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
图1是本发明提供的飞行器与云层相对高度视觉检测方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供的飞行器与云层相对高度视觉检测方法包括以下内容：
s1、将伺服框架安装在飞行器上，将焦距为f的光学成像系统安装在伺服框架上，光学系统光轴水平状态时，飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角之和为0度；在图像中标记中心水平位置线；该中心水平位置线通过图像中心点，参照图2。
s2、飞行器进行飞行，光学成像系统实时进行清晰成像；
可以理解，在飞行过程中，飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角均可能发生变化。
s3、在光学成像系统成像图像中搜索云层，检测云层的上边界和下边界。
s4、在光学成像系统成像图像中标记水平位置线，该位置线相对中心水平位置线移动的像元数与俯仰角之和θ的关系为(fsinθ)/(pixel×cosγ)个像元；
其中，θ为飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角之和；f为所述光学成像系统焦距，pixel为所述光学成像系统中的探测器的像元尺寸，γ为中心水平位置线与大地水平面的夹角。
在偏差像元数为正数时，确定水平位置线位于中心水平位置线的下方，且距离所述中心水平位置线的下方的距离为所述偏差像元数；
在偏差像元数为负数时，确定水平位置线在中心水平位置线的上方，且距离所述中心水平位置线的下方的距离为所述偏差像元数的绝对值。
s5、根据水平位置线和云层的上边界和下边界，确定相对高度。
示例性的，参照图3，当水平位置线在云层上边界的上方时，飞行器在云层上方飞行，飞行器的飞行高度高于云层高度；
当水平位置线在云层下边界的下方时，飞行器在云层下方飞行，飞行器的飞行高度低于云层高度；
当水平位置线在云层上下边界之间时，飞行器在云层高度范围内飞行，飞行器的飞行高度与云层高度相当。
可选的，当s3中搜索不到云层时，改变伺服框架的俯仰框架角和航向框架角，搜索飞行器周围的云层。可以理解，搜索不到云层，而各搜索方向上图像的总灰度变化不明显，且图像灰度水平分布比较均匀，说明此时飞行器在云层中飞行，飞行器的飞行高度与云层高度相当。
可选的，所述的获取飞行器伺服框架上的成像系统拍摄得到的图像，可以通过去除伺服框架将成像系统固定安装在飞行器的方法简化，此时用固定安装的俯仰角代替所述伺服框架的俯仰角，相应的所述θ为飞行器姿态的俯仰角和固定安装的俯仰角之和。
最后需要指出，以上实施例仅说明本发明的实施技术方案而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术放案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在权利要求范围当中。
1.一种飞行器与云层相对高度视觉检测方法，其特征在于，包括：
获取飞行器伺服框架上的成像系统拍摄得到的图像；
利用云层图像检测算法检测图像中云层的上边界和下边界；
根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线；
根据所述水平位置线和所述云层的上边界和下边界的位置关系，确定飞行器与云层相对高度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线，包括：
根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线与所述图像的中心水平位置线的偏差像元数；
在偏差像元数为正数时，确定水平位置线位于中心水平位置线的下方，且距离所述中心水平位置线的下方的距离为所述偏差像元数；
在偏差像元数为负数时，确定水平位置线在中心水平位置线的上方，且距离所述中心水平位置线的下方的距离为所述偏差像元数的绝对值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏差像元数＝(fsinθ)/(pixel×cosγ)；
其中，θ为飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角之和；f为所述光学成像系统焦距，pixel为所述光学成像系统中的探测器的像元尺寸，γ为中心水平位置线与大地水平面的夹角。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若利用云层图像检测算法未在所述图像内检测到云层，则改变所述成像系统的伺服框架的航向角和/或俯仰角，获取新的图像；
根据所述新的图像，确定飞行器与云层相对高度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若在所述成像系统的伺服框架的所有角度上拍摄得到的图像中利用云层图像检测算法均未检测到云层，且各图像的总灰度变化在预设范围内，则确定飞行器的飞行高度与云层高度相当。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述水平位置线和所述云层的上边界和下边界的位置关系，确定飞行器与云层相对高度，包括：
当所述水平位置线在云层上边界的上方时，确定飞行器的飞行高度高于云层高度；
当水平位置线在云层下边界的下方时，确定飞行器的飞行高度低于云层高度；
当水平位置线在云层上边界和云层下边界之间时，确定飞行器的飞行高度与云层高度相当。
7.一种飞行器与云层相对高度视觉检测装置，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获取飞行器伺服框架上的成像系统拍摄得到的图像；
边界获取模块，用于利用云层图像检测算法检测图像中云层的上边界和下边界；
水平位置线确定模块，用于根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线；
相对高度确定模块，用于根据所述水平位置线和所述云层的上边界和下边界的位置关系，确定飞行器与云层相对高度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述水平位置线确定模块具体用于：
根据飞行器姿态的俯仰角和伺服框架的俯仰角，确定所述图像中的水平位置线与所述图像的中心水平位置线的偏差像元数；
根据所述偏差像元数和所述图像的中心水平位置线，确定所述图像中的水平位置线。
技术总结