一种多云天气下基于云层观测的视觉定位系统及方法与流程

1.本发明涉及视觉定位导航领域,具体涉及一种多云天气下基于云层观测的视觉定位系统及方法。


背景技术：

2.地面及低空移动平台导航定位，依赖卫星导航手段。卫星导航依赖于无线电信号，恶劣环境下易受干扰，易出现移动平台导航结果不可用情况。需要一种在特殊环境下，接替卫星导航，提供稳定导航结果的技术方案。
3.视觉导航不依赖无线电信号，可以通过匹配不同时刻采集的图像，解算出相对位姿移动，用于导航定位，能够弥补卫星导航的不足。在城市内，移动平台周围特征明显，可以通过观测周围固定特征目标，反推得出相机位置或移动平台的移动。而在湖面、沙地等地面特征不明显的场景下，基于特征提取的视觉导航方法难以在地面获取稳定的特征参考点进行匹配和特征解算。故，无法实现精确导航。
4.由于云层移动，因此无法将其作为固定参考点进行移动平台位置解算。需借助其他手段进行云层描述及其移动趋势定量化描述，由此换算出云层和移动平台之间的相互位置，从而有效利用云层的特征信息，实现特定环境下的视觉导航能力。


技术实现要素：

5.为解决湖面、沙地等地面特征不明显的场景下的导航需求、提升导航效能，本发明提供一种多云天气下基于云层观测的视觉定位系统及方法。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：一种多云天气下基于云层观测的视觉定位系统，包括：地面图像采集模块，用于从地面实时采集云层图像；地面图像处理模块，用于对当前采样时刻采集的云层图像与上一采样时刻采集的云层图像进行图像差分和二值化处理；地面图像匹配模块，用于匹配或比较上一采样时刻的二值化图像与当前采样时刻的二值化图像，得到中心点像素位移；地面云层运动速度计算模块，其根据地面图像匹配模块得到的中心点像素位移，计算云层运动速度；视觉传感器，用于从移动平台采集云层图像；视觉导航模块，包括初始视觉导航模块以及视觉导航修正模块；初始视觉导航模块，根据视觉传感器得到的相邻时刻的两幅图像，计算视觉传感器或移动平台相对于云层的平面位移；视觉导航修正模块，接收地面云层运动速度计算模块得到的云层运动速度信息，对初始视觉导航模块测算出的视觉传感器或移动平台相对于云层的平面位移进行修正，得到移动平台相对于地面的真实位移，得到移动平台在导航坐标系下的实际位置。
7.地面图像处理模块中，图像采样并差分周期计算方法如下，当时地面风速为；（1）二值化的原则为：（2）其中，为差分图像中的像素灰度，为处理后的灰度。
8.地面图像匹配模块具体为：二值化图像中特征图形的选取原则为，上一采样时刻的二值化图像中，选取灰度值为255的能够闭环的区域，取外边界，计算区域边界的中心点，以及图形内部像素点数量，的位置坐标为；区域边界中心点的选取采用几何中心的方式，即获取区域边界在横轴、纵轴上的最大和最小坐标值，分别求中值，作为中心点的位置坐标值；对比前后两幅二值化图像，在后一幅图中找出与前一幅图中能够闭环的区域对应的闭环区域，对后一图中闭环区域取外边界作为一个独立图形；后一图中闭环区域的外边界的中心点表示为，后一图中闭环区域的外边界内部的像素点数量表示为，的位置坐标为；比较中心点及的坐标位置，图像坐标系的和轴分别对应北向n和东向e，求出两个中心点在和方向上的像素位移；（3）（4）两幅二值化图像中所有匹配图形对的中心点像素位移均值表示为。
9.地面云层运动速度计算模块具体为：图像坐标系的和轴分别对应北向n和东向e，计算得到当前采样时刻云层的运动速度；（5）（6）（6）（7）
其中，表示当前采样时刻云层北向移动速度，表示当前采样时刻云层东向移动速度，表示当前采样时刻云层的运动速度；为云层高度，为相机焦距，为相机成像平面单像素尺寸，为图像采样并差分周期；为两幅二值化图像中所有匹配图形对的中心点轴像素位移均值；为两幅二值化图像中所有匹配图形对的中心点轴像素位移均值。
10.中心点、像素点对比原则为：（8）（9）表示像素数量变化阈值，表示中心点的距离阈值；（10）其中，表示上一采样时刻云层的运动速度；为云层高度，为相机焦距，为相机成像平面单像素尺寸，为图像采样并差分周期。
11.所述的初始视觉导航模块具体为：定义导航坐标系为系，前一时刻载体相机坐标系为系，后一时刻的载体相机坐标系为系；选取相邻两个时刻下的两幅图像，提取两幅图像中的特征点并进行匹配；一对匹配的特征点表示为，（11）（12）分别为前一时刻、后一时刻图像中的匹配特征点的像素坐标，分别为前一时刻、后一时刻图像中的某匹配特征点的轴值；分别为前一时刻、后一时刻图像中的某匹配特征点的轴值；假设云层特征点在同一平面上，由此匹配特征点满足单应矩阵约束；（13）单应矩阵的描述为:（14）其中为相机内参矩阵，为云层平面在前一时刻载体相机坐标系下的单位法向
量，为云层平面到相机的距离；和分别为待求的相邻两个时刻载体相机坐标系的旋转矩阵和平移向量；根据多组匹配特征点组成方程组，可求出，从而恢复出和；基于前一时刻载体相机坐标系相对于导航坐标系的旋转关系，可获取后一时刻载体相机坐标系相对于导航坐标系的旋转关系，可获取相机或移动平台在导航坐标系下的实时位移；（15）（16）位移的组成为：（17）其中表示相机相对于云层北向位移，为相机相对于云层东向位移，为相机相对于云层天向位移。
12.所述视觉导航修正模块具体为：视觉导航修正模块结合初始视觉导航模块得出的移动平台相对云层的平面位移以及地面云层运动速度计算模块得出的云层运动速度信息进行差分处理，获取移动平台真实的东向位移和北向位移：（18）得到移动平台在导航坐标系下的实际位置：（19）指后一时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置；指前一时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置；为相邻两个时刻之间的时间间隔。
13.所述的地面图像采集模块、地面图像处理模块、地面图像匹配模块、地面云层运动速度计算模块组成地面视觉观测设备；视觉传感器和视觉导航模块组成载体视觉导航设备，地面视觉观测设备和载体视觉导航设备通过数据链路交互云层运动速度信息。
14.本发明还提供一种多云天气下基于云层观测的视觉定位方法，其采用前述的多云天气下基于云层观测的视觉定位系统，对移动平台进行视觉定位。
15.相对于现有技术，本发明的有益效果为：地面视觉观测设备测得的云层速度信息经由通信链路传输至移动平台，移动平台的视觉导航修正模块结合移动平台的初始视觉导
航模块求解输出的移动平台相对云层的平面移动位置以及地面视觉观测设备传来的云层速度信息进行差分处理，剔除云层移动的影响，获取移动平台相对地面的真实的东向和北向位移，计算移动平台（例如飞行器、无人机或汽车）在导航坐标系下的实际位置。
附图说明
16.图1为多云天气下基于云层观测的视觉定位系统的示意图；图2为多云天气下基于云层观测的视觉定位方法的简要流程图；图3为图像坐标系示意图；图4为云层运动的观测过程；图5为前后两幅二值化图像示意图。
具体实施方式
17.下面针对本发明的实施示例进行详细完整地描述，显然，这里所描述的实施示例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.本文中的载体即移动平台，可以是无人机、汽车、飞行器等可移动设备。
19.多云天气下基于云层观测的视觉定位系统由地面视觉观测设备、载体视觉导航设备、数据链路组成。地面视觉观测设备负责观测云层运动，得到云层运动数据。载体视觉导航设备负责观测云层，接收地面视觉观测设备发来的云层运动数据，计算载体相对于云层的运动信息。地面视觉观测设备与载体视觉导航设备之间，通过数据链路进行互联，交互云层的运动信息，如图1所示。
20.地面视觉观测设备，包括：地面图像采集模块（例如相机，该相机位于地面端），用于从地面实时采集云层图像；地面图像处理模块，用于接收地面图像采集模块所采集的云层图像，对当前采样时刻采集的云层图像与上一采样时刻采集的云层图像进行图像差分和二值化处理；地面图像匹配模块，用于匹配或比较上一采样时刻的二值化图像与当前采样时刻的二值化图像，得到二值化图像中匹配图形的中心点像素位移；地面云层运动速度计算模块，其根据地面图像匹配模块得到的匹配图形中心点像素位移，计算云层运动速度。
21.地面视觉观测设备位于地面观测站（简称为地面端）中，地面图像处理模块、地面图像匹配模块以及地面云层运动速度计算模块均集成于地面端的计算机内。地面端的计算机负责处理观测到的云层静态信息，计算得到云层运动数据，再通过数据链路将云层运动数据发送给载体视觉导航设备。
22.载体视觉导航设备，包括：视觉传感器(即天向的相机，该相机位于载体端)，用于从移动平台采集云层图像；视觉导航模块，包括初始视觉导航模块以及视觉导航修正模块；初始视觉导航模块，根据视觉传感器得到的相邻采样时刻的两幅图像，计算视觉传感器或移动平台相对于云层的运动距离；视觉导航修正模块，接收地面云层运动速度计算模块得到的云层运动速度信息，并对初始视觉导航模块测算出的视觉传感器或移动平台相对于云层的运动距离进行修正，得到移动平台相对于地面（导航坐标系）的实际运动距离和/或移动平台的实际位置。
23.视觉导航模块（包括初始视觉导航模块以及视觉导航修正模块）集成于载体搭载的处理模块（可以为处理计算机、处理器）中。
24.由于云层移动，因此设计地面观测站观测云层，将云层移动信息提供给移动平台视觉导航模块进行差分，由此获取移动平台的精确位置。
25.图2示出了多云天气下基于云层观测的视觉定位方法的简要流程图，具体步骤为：地面观测站视觉设备（即地面视觉观测设备）观测云层，获取云层运动速度；载体平台（即前述的移动平台）依托视觉导航，测量载体平台相对于云层的移动位置；地面观测站视觉设备所获得的地面云层观测信息被传输至载体平台，由视觉导航模块对载体的视觉导航输出信息（即计算得到的载体的平面位移）进行修正；更新载体实际位置。
26.云层运动的运动趋势在地面视觉观测设备的相机坐标系下近似描述为，其中表示云层北向移动速度，表示云层东向移动速度。若云层向北移动，则为正；若云层向南移动，则为负；若云层向东移动，则为正；若云层向西移动，则为负。
27.图像坐标系如图3所示。
28.地面端的相机采集到相关图像信息之后，以二维数据的形式将数据存入计算机。图像坐标系以图像的左上角作为原点，定义直角坐标系-，其为像素图像平面坐标系，每一个像素点用坐标(,)表示位置。本方法中，认为地面端的相机在安装过程中和轴分别对应北向（n）和东向（e）。
29.云层运动的观测过程如图4。
30.地面视觉观测中，一个地面观测站大约管理5km*5km大小的区域，可以网格化部署多个观测站。
31.在当前采样时刻，每采集一幅云层图像，由地面图像处理模块将其与上一采样时刻采集的云层图像进行图像差分（即两幅图像每个像素点的像素值做减法，具体地，当前采样时刻采集图像的每个像素点的像素值减去上一采样时刻采集图像的每个像素点的像素值，得到差分图像）和二值化，得到当前采样时刻的二值化图像。由地面图像匹配模块将当前采样时刻的二值化图像与上一采样时刻的二值化图像进行比较，由地面云层运动速度计算模块求得云层的运动速度。
32.其中在获取当前采样时刻图像前，需看是否满足采样周期，满足采样周期时则采集当前时刻图像。
33.下面以某个地面观测站具有一个相机为例详述。
34.地面图像处理模块：对当前采样时刻采集的图像与上一采样时刻采集的图像进行图像差分和二值化，得到当前采样时刻的二值化图像。上一采样时刻的二值化图像的获取方式为：对上一采样时刻采集的图像与上二采样时刻采集的图像进行图像差分和二值化，得到上一采样时刻的二值化图像，其中上二采样时刻为上一采样时刻的前一次采样时刻，上一采样时刻和上二采样时刻为相邻采样时刻。
35.地面图像匹配模块：将当前采样时刻的二值化图像与上一采样时刻的二值化图像进行比较（匹配），得到匹配图形对（匹配图形对由上一采样时刻的二值化图像中的图形和当前采样时刻的二值化图像中的图形组成）。对二值化图像中存在的图形进行编号，计算图形的特性（包括中心点、总像素点）：按照一定的原则匹配二值化图像中的图形，计算该匹配图形对的中心点的像素位移，求出两幅二值化图像中所有匹配图形对的中心点像素位移均
值，作为云层整体移动趋势在图像坐标系下的表示。
36.地面云层运动速度计算模块：根据所有匹配图形对的中心点的像素位移均值、相机的焦距、云层高度等信息求解得出云层的运动速度。
37.图像采样并差分周期（单位为秒）计算方法如下，综合考虑当时地面风速（单位为m/s）。经验取值为10。其中既是采样周期，也是差分周期，采样周期与差分周期相等。
38.（1）二值化的原则如下，其中，为差分图像中的像素灰度，为处理后的灰度。
39.（2）二值化图像中特征图形的选取原则如下，上一采样时刻的二值化图像中，选取灰度值为255的能够闭环的区域（例如第一闭环区域），取外边界作为一个独立图形，该独立图形又被称作：区域边界，如图5中左侧不规则圈所示。计算区域边界的中心点，以及区域边界内部的像素点数量，区域边界指的是灰度值为255的能够闭环的区域的外边界，例如第一闭环区域的外边界。的位置坐标为，其中为中心点的轴值，其中为中心点的轴值。
40.区域边界中心点的选取采用几何中心的方式，即获取区域边界在横轴、纵轴上的最大和最小坐标值，对其分别求中值，作为中心点的位置坐标值。即，获取区域边界在横轴上的最大和最小坐标值，取区域边界在横轴上最大坐标和最小坐标的平均值，作为中心点的横坐标；获取区域边界在纵轴上的最大和最小坐标值，取区域边界在纵轴上最大坐标和最小坐标的平均值，作为中心点的纵坐标。所述的横轴即轴，纵轴即轴。
41.区域边界内部的像素点数量可以由计算程序遍历区域边界计数得出。像素点数量为区域边界内部的像素点总数量，即总像素点。区域边界内部为整个灰度值为255的能够闭环的区域中除外边界以外的所有剩余部分。
42.对比前后两幅二值化图像（即上一采样时刻的二值化图像与当前采样时刻的二值化图像，上一采样时刻的二值化图像简称为前一幅图，当前采样时刻的二值化图像简称为后一幅图），在后一幅图中找出与前一幅图中第一闭环区域对应的闭环区域（为了叙述的方便，称为第二闭环区域，其也需为灰度值为255的能够闭环的区域），对后一图中第二闭环区域取外边界作为一个独立图形，如图5中右侧不规则圈表示；计算第二闭环区域的外边界的中心点表示为，第二闭环区域的外边界的内部的像素点数量表示为。的位置坐标为，其中为中心点的轴值，其中为中心点的轴值。
43.第二闭环区域外边界的中心点和区域边界内部像素点的计算方式与第一闭环区
域外边界的中心点和区域边界内部像素点的计算方式相同。
44.第二闭环区域外边界中心点的选取也采用几何中心的方式，即获取第二闭环区域外边界在横轴、纵轴上的最大和最小坐标值，对其分别求中值，作为中心点的位置坐标值。第二闭环区域外边界内部的像素点数量由计算程序遍历第二闭环区域外边界内部计数得出。第二闭环区域外边界内部为第二闭环区域除外边界以外的所有剩余部分。
45.比较第一闭环区域和第二闭环区域的外边界所形成图形的中心点及的坐标位置。当满足公式（8）和（9）时，求出两个中心点在和方向上的像素位移（）。为两幅二值化图像中左右匹配图形对的中心点轴像素位移；为两幅二值化图像中左右匹配图形对的中心点轴像素位移。
46.（3）（4）二值化图像中，灰度值为255的能够闭环的区域一般不止一个，选取上一采样时刻的二值化图像所有的灰度值为255的能够闭环的区域，且分别与当前采样时刻的二值化图像中相应的区域作匹配或对比，组成若干组图形匹配对，例如前述的第一闭环区域与第二闭环区域组成第一组图形匹配对，依此类推，分别得到若干组图形匹配对的两中心点以及像素点数量，针对每组图形匹配对都计算得到一个在和方向上的像素位移（计算方式与相同），然后把所有的两个中心点在和方向上的像素位移分别求平均（即分别对轴像素位移求平均值，记作；对轴像素位移求平均值，记作）。
47.两幅二值化图像中所有左右匹配图形对的中心点像素位移均值表示为。中心点像素位移均值即中心点平均移动像素。
48.基于本方法的约定，图像坐标系的和轴分别对应北向（n）和东向（e），计算得到云层的运动速度。
49.（5）（6）（6）（7）其中，表示当前采样时刻云层北向移动速度，表示当前采样时刻云层东向移动速度，表示当前采样时刻云层的运动速度（又称作观测速度），初始状态下没有观测速度，则选取10-30m/s作为经验值；为云层高度，为相机焦距，为相机成像平面单像
素尺寸，为图像采样并差分周期；为两幅二值化图像中所有匹配图形对的中心点轴像素位移均值；为两幅二值化图像中所有匹配图形对的中心点轴像素位移均值。本段中，相机指地面观测站用于采集云层图像的相机。
50.云层的高度可采用地面双目视觉或激光测高的方式进行求得（地面双目视觉方法、激光测距方法为现有通用技术，不再赘述），和为相机自身参数。在使用该公式计算时，长度单位均统一为米（m）进行计算。
51.中心点、像素点对比原则（即第一闭环区域与第二闭环区域的匹配原则）为：（8）（9）表示像素数量变化阈值，为的10%，表示中心点的距离阈值；可根据云层的运动趋势计算，由于云层运动趋势会变化，故不断地更新。求解方程如下：（10）其中，表示上一采样时刻的云层的运动速度，也由地面云层运动速度计算模块计算得到，初始状态下没有计算出云层运动速度，则选取10-30m/s作为经验值；为云层高度，为相机焦距，为相机成像平面单像素尺寸，为图像采样并差分周期。当某匹配图形对的中心点与像素点数量同时满足公式（8）和（9）时，针对该匹配图形对计算所得的在和方向上的像素位移才是有效的，才能用于中心点像素位移均值的计算。
52.在进行地面视觉观测时，初始状态下没有计算出云层运动速度，则选取10-30m/s作为初始的云层运动速度，并实时发送至移动平台的视觉导航模块；在时刻1（地面端第一次采样），得到云层图像；在时刻2（地面端第二次采样），得到云层图像，对时刻2采集的图像与时刻1采集的图像进行图像差分和二值化，得到时刻2的二值化图像；在时刻3（地面端第三次采样），得到云层图像，对时刻3采集的图像与时刻2采集的图像进行图像差分和二值化，得到时刻3的二值化图像，将时刻3的二值化图像与时刻2的二值化图像进行图形匹配，得到各匹配图形对的中心点以及像素点数量，分别判断其是否符合公式（8）-（9），计算所有符合公式（8）-（9）的匹配图形对的中心点移动像素均值，将其代入公式（5）-（7）中进行计算，得到了时刻3的云层的运动速度，并实时发送至移动平台的视觉导航模块。此过程中由公式（10）计算，公式（10）中为时刻2的云层的运动速度，由于时刻2的云层的运动速度还没通过计算得到，故其为设定的初始云层运动速度。
53.在时刻4（地面端第四次采样），得到云层图像，对时刻4采集的图像与时刻3采集的图像进行图像差分和二值化，得到时刻4的二值化图像，将时刻4的二值化图像与时刻3的二
值化图像进行图形匹配，得到各匹配图形对的中心点以及像素点数量，分别判断其是否符合公式（8）-（9），计算所有符合公式（8）-（9）的匹配图形对的中心点移动像素均值，将其代入公式（5）-（7）中进行计算，得到了时刻4的云层的运动速度，并实时发送至移动平台的视觉导航模块。此过程中由公式（10）计算，公式（10）中为时刻3的云层运动速度。
54.在时刻5（地面端第五次采样），得到云层图像，对时刻5采集的图像与时刻4采集的图像进行图像差分和二值化，得到时刻5的二值化图像，将时刻5的二值化图像与时刻4的二值化图像进行图形匹配，得到各匹配图形对的中心点以及像素点数量，分别判断其是否符合公式（8）-（9），计算所有符合公式（8）-（9）的匹配图形对的中心点移动像素均值，将其代入公式（5）-（7）中进行计算，得到了时刻5的云层的运动速度，并实时发送至移动平台的视觉导航模块。此过程中由公式（10）计算，公式（10）中为时刻4的云层运动速度。
55.之后，依次类推。
56.移动平台移动过程中，依托移动平台搭载的天向的相机观测云层，获取相邻时刻的两幅图像（即云层观测图像），可由初始视觉导航模块计算相机相对于云层的平面位移，即移动平台相对于云层的平面位移。天向的相机又称作视觉传感器。相机和移动平台固连，相机的位置可以认为是移动平台的位置。具体过程如下：定义导航坐标系为系（东、北、天），前一时刻载体相机坐标系为系，后一时刻的载体相机坐标系为系。
57.选取相邻两个时刻（相邻两个时刻之间的时间间隔为，即移动平台中的采样周期，相邻两个时刻分别为前一时刻、后一时刻）下的两幅图像，使用sift/surf/orb等方法（可任选一种）提取两幅图像中的特征点并进行匹配，一对匹配的特征点表示为。
58.（11）（12）参见图3，分别为前一时刻、后一时刻图像中的匹配特征点的像素坐标，分别为前一时刻、后一时刻图像中的某匹配特征点的轴值；分别为前一时刻、后一时刻图像中的某匹配特征点的轴值；移动平台中的采样周期与地面视觉观测中的采样周期可以不相同或相同。移动平台、地面视觉观测设备均独立完成采样，且可同时或不同时完成采样，故移动平台的采样时刻与地面视觉观测设备的采样时刻可相同或不同。
59.由于云层距离移动平台的距离远大于相机的焦距，因此作假设，认为云层特征点在同一平面上，由此匹配特征点满足如下单应矩阵约束。
60.（13）单应矩阵的描述为：（14）
其中为相机内参矩阵，为云层平面在前一时刻载体相机坐标系下的单位法向量（在一定时刻是固定的，随相机的姿态改变而改变），为的转置矩阵，为云层平面到相机的距离。地面观测站和载体间的气压高度差可以用来求得地面观测站与载体之间的高度差，结合地面观测站获取的云层高度以及地面观测站与载体之间的高度差，可求得云层平面到载体的距离（即云层平面到相机的距离）。和分别为待求的相邻两个时刻载体相机坐标系的旋转矩阵和平移向量。本段中，相机指移动平台的天向相机。
61.根据多组匹配特征点组成方程组，可求出，从而恢复出和。基于前一时刻载体相机坐标系相对于导航坐标系的旋转关系，可获取后一时刻载体相机坐标系相对于导航坐标系的旋转关系，可获取相机或移动平台在导航坐标系下的实时位移。
62.（15）（16）位移的组成为：（17）其中表示相机相对于云层北向位移（即移动平台相对于云层北向位移），为相机相对于云层东向位移（即移动平台相对于云层东向位移），为相机相对于云层天向位移（即移动平台相对于云层天向位移）。
63.地面视觉观测设备测得的云层速度信息经由通信链路（即数据链路）传输至移动平台，移动平台的视觉导航修正模块结合移动平台的初始视觉导航模块求解输出的平台相对云层的平面移动位置以及云层速度信息进行差分处理，初始视觉导航模块计算得到的是移动平台相对于云层的相对运动，由地面视觉观测设备算出云层的移动情况，然后移动平台的相机相对于云层的平面位移减去云层自身的位移，得到移动平台相对于地面的真实位移,即剔除云层移动的影响，获取移动平台真实的东向位移和北向位移。
64.（18）从而累加得到移动平台在导航坐标系下的实际位置。
65.（19）指后一时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置，指后一时刻；指前一时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置，指前一时刻；为相邻两个时刻之
间的时间间隔。
66.移动平台的初始位置是一定的（可预设）。载体视觉导航中，接收地面视觉观测设备发来的实时云层运动速度信息。
67.载体视觉导航中，在第一时刻（载体端第一次采样），载体端相机拍摄云层图像；此过程中未求出相机或移动平台在导航坐标系下的位移，故在第一时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置仍为移动平台初始位置。
68.在第二时刻（载体端第二次采样），载体端相机再次拍摄云层图像，按照上述的方法求得第二时刻相机或移动平台在导航坐标系下的位移（实际是指从第一时刻到第二时刻，相机或移动平台的实时位移）；再根据此时已经接收到的最新的云层运动速度信息，通过公式（18）和(19)计算移动平台的真实的东向位移和北向位移（指从第一时刻到第二时刻，移动平台真实的东向位移和北向位移）和第二时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置；此过程中，前一时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置为第一时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置；在第三时刻（载体端第三次采样），载体端相机再次拍摄云层图像，按照上述的方法求得第三时刻相机或移动平台在导航坐标系下的位移（实际是指从第二时刻到第三时刻，相机或移动平台的实时位移）；再根据此时已经接收到的最新的云层运动速度信息，通过公式（18）和(19)计算移动平台的真实的东向位移和北向位移（指从第二时刻到第三时刻，移动平台真实的东向位移和北向位移）以及第三时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置；此过程中，前一时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置为第二时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置；在第四时刻（载体端第四次采样），载体端相机再次拍摄云层图像，按照上述的方法求得第四时刻相机或移动平台在导航坐标系下的位移（实际是指从第三时刻到第四时刻，相机或移动平台的实时位移）；再根据此时已经接收到的最新的云层运动速度信息，通过公式（18）和(19)计算移动平台的真实的东向位移和北向位移（指从第三时刻到第四时刻，移动平台真实的东向位移和北向位移）以及第四时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置；此过程中，前一时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置为第三时刻移动平台在导航坐标系下的实际位置；之后，依次类推。
69.地面视觉观测早于载体视觉导航，在载体视觉导航中计算从第一时刻到第二时刻移动平台真实的东向位移和北向位移时，视觉导航模块所收到的最新的云层运动速度信息可以为地面端的时刻3的云层的运动速度、地面端的时刻4的云层的运动速度、地面端的时刻5的云层的运动速度或地面端后面时刻的云层运动速度。
70.地面视觉观测设备每次采样后，都会计算得到更新的云层运动速度，并立即将更新的云层运动速度信息实时发送至移动平台。视觉导航模块在计算真实的东向位移和北向位移时，会采用所收到的最新的云层运动速度。
71.默认视觉导航模块在计算真实的东向位移和北向位移时，所收到的最新的云层运动速度为（地面端，当前采样时刻云层北向移动速度）和（地面端，当前采样时刻云层东向移动速度），地面视觉观测中的当前采样时刻指视觉导航模块所接收到的最新的云层运动速度信息所对应的地面端相机的那个采样时刻。
72.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；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范围。上述实施仅是本发明的较佳实施例，凡是依据本发明所做的任何修改和改变，均应包含在本发明专利的保护范围。