[發明專利]線陣圖像中目標運動參數的測量方法

有效

• 申請號: 201210235931.0
• 申請日: 2012-07-09
• 公開（公告）號: CN102798380A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 文貢堅;趙竹新;回丙偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 王文惠

技術領域

本發明涉及攝影測量、圖像處理領域，尤其涉及線陣圖像中目標運動參數的測量方法。

背景技術

光學圖像中目標的運動分析和參數測量在國防預警、交通管制等領域有著非常廣泛的應用，長期以來一直是攝影測量、圖像處理領域長期研究的重要課題。在各種運動目標的檢測、跟蹤和識別中，運動參數的測量是一個關鍵的內容。

目前，利用光學圖像測量目標的運動參數的方法主要有兩種：第一種，對目標進行連續拍攝獲得目標運動的序列圖像，通過計算相鄰圖像幀之間目標運動的距離來計算目標運動的速度和方向等參數；第二種，利用目標單幅成像時曝光時間內產生的運動模糊，計算出目標運動的速度和方向等參數。這兩種方法都是基于面陣像機獲取的光學圖像，第一種方法需要處理的數據量較大，由于面陣像機拍攝頻率的限制，為了獲得目標的序列圖像，常常要設置多臺像機進行拍攝，增加了像機標定和布置的難度。第二種方法需要從目標的運動模糊中得到目標的運動位移，對特征提取的算法要求較高，精度難以保證。

相比以面陣傳感器為成像器件的面陣像機而言，以線陣傳感器為成像器件的線陣像機在靈敏度、成像頻率等方面更具優勢，線陣像機掃描成像的獨特原理使得它獲得的線陣圖像具有背景單一，分辨率高的特點，特別在拍攝高速運動的目標時，可以得到目標輪廓更為清晰的目標影像，因此，線陣圖像在分析運動目標方面具有很好的潛質。目前，尚沒有該方面的測量方法的研究。

發明內容

本發明要解決的技術問題是利用運動目標的線陣圖像計算目標的運動速度和方向等參數。本發明的目的是提供一種新的利用光學圖像測量目標運動參數的方法，為從線陣圖像中測量目標的位置、姿態和速度等運動參數提供了一種技術途徑。

本發明的技術方案是：一種線陣圖像中目標運動參數的測量方法，其特征在于包括下述步驟：

第一步，進行線陣像機的標定。

對用于測量運動目標的線陣像機進行標定，獲取線陣像機的內方位元素和外方位元素。

第二步，確定線陣像機的成像模型。

確定空間任意一點和其對應成像點之間的成像幾何關系。

第三步，計算運動目標的運動參數

在運動目標上選取至少5個能夠在運動目標線陣圖像上找出其對應成像點的特征點，利用這些特征點和其對應成像點之間的成像幾何關系，建立成像關系式，獲得一系列關于目標運動參數的非線性方程，通過對由這些非線性方程構成的非線性方程組的優化求解，得到目標運動參數。

本發明的有益效果：本發明采用線陣像機獲取運動目標的線陣圖像，該圖像在反映目標的運動情況方面具有分辨率高，目標輪廓清晰的特點。運動目標的線陣圖像能夠同時記錄運動目標在成像過程中的時間和空間信息，通過運動目標上的特征點與其線陣圖像上對應成像點之間的成像幾何關系，可以精確地測量運動目標的運動參數。

附圖說明

圖1是線陣圖像中目標運動參數測量方法的流程圖；

圖2是線陣像機對運動目標掃描成像的示意圖；

圖3是目標上的特征點與其對應的線陣圖像中的成像點的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做詳細說明。

第一步，進行線陣像機的標定。

本發明中采用的是線陣像機作為攝影測量的工具。線陣像機的成像模型中包含了線陣像機的內方位元素和外方位元素，這些方位元素是通過線陣像機的標定來獲取的。線陣像機的標定以及成像模型的描述具體參見：C.A.Luna,M.Mazo,et?al，Calibration?of?Line-Scan?Cameras,IEEE?TRANSACTIONS?ON?INSTRUMENTATION?AND?MEASUREMENT,2010,59,(8),pp.2185-2190.

為了描述線陣像機成像時空間關系，定義如下坐標系（如附圖2所示）：

測量坐標系O-XYZ：在實際運動目標的測量中，選擇地平面上任一點作為測量坐標系原點O，正北方向為X軸的正方向，豎直向上的方向為Z軸正方向，O-XY平面與地平面重合，O-XY平面與Z軸構成右手系。測量坐標系用以描述運動目標和線陣像機的空間姿態和位置；

像空間坐標系o-xyz：o為線陣像機傳感器的攝影中心，z軸的正方向是主光軸朝向運動目標的方向，y軸的正方向是平行于線陣傳感器且豎直向下的方向，x軸垂直于線陣傳感器的方向，o-xy平面與z軸構成右手系；

像平面坐標系o′-x′y′：坐標原點o′為傳感器的成像主點，x′軸平行于x軸，y′軸平行于y軸。