[發(fā)明專利]一種基于無線信道的目標(biāo)位姿圖像測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310464818.4
• 申請日: 2013-10-08
• 公開（公告）號: CN103528568A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 諶德榮;王長元;周廣銘;蔣玉萍;高翔霄;楊曉樂;關(guān)詠梅;董齊齊;趙燕
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);北京宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;H04N7/18
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理與位姿測量技術(shù)，尤其涉及一種基于無線信道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的目標(biāo)位姿圖像測量方法。

背景技術(shù)

位姿圖像測量技術(shù)具有不接觸被測物體的優(yōu)點(diǎn)，在科研、軍事、空間開發(fā)等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。在某些位姿測量的場景中，需要將觀測點(diǎn)設(shè)置在飛行器（例如飛機(jī)、飛船、火箭等）上，測量與飛行器具有相對運(yùn)動(dòng)的飛行目標(biāo)（例如衛(wèi)星、火箭等）的相對位姿參數(shù)。設(shè)置在飛行器上的觀測點(diǎn)通過無線信道與地面接收站通信。

圖像測量的精度高度依賴于圖像分辨率和幀率，當(dāng)圖像分辨率和幀率足夠高時(shí)才能獲得高測量精度。在航天、軍事等領(lǐng)域，測量系統(tǒng)采用無線信道傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，信道容量較低使測量系統(tǒng)的圖像分辨率和幀率較低，需要通過合理的方案設(shè)計(jì)，優(yōu)化位姿圖像測量技術(shù)的各個(gè)步驟，達(dá)到較高的位姿測量精度。

北京理工大學(xué)航天測控實(shí)驗(yàn)室研制的目標(biāo)位姿遠(yuǎn)程圖像觀測系統(tǒng)，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在較低的信道容量下圖像的無線傳輸，圖像可用于對目標(biāo)位姿進(jìn)行定性的觀測。但是受無線信道容量所限，這種系統(tǒng)所傳輸?shù)膱D像分辨率和碼率較低，不能對目標(biāo)位姿進(jìn)行定量測量。

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)對基于視覺的空間目標(biāo)位姿測量方法進(jìn)行了研究，在論文“基于視覺的空間目標(biāo)位置姿態(tài)測量方法研究”中，提出了在較高圖像分辨率的條件下精確測量目標(biāo)位姿的方法，但是該方法沒有考慮在低信道容量下高分辨率圖像無法傳輸?shù)膯栴}。

典型無線信道容量不高于2Mbps，上述方法在此較低的信道容量下都不能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)位姿的高精度圖像測量，為此需要針對此信道容量的較低數(shù)據(jù)傳輸條件設(shè)計(jì)目標(biāo)位姿圖像測量方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對無線信道的低信道容量的傳輸條件提出一種目標(biāo)位姿圖像測量方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)位姿的高精度圖像測量，適用于具有先驗(yàn)信息的各種類型的合作目標(biāo)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種基于無線信道的目標(biāo)位姿圖像測量方法，將位姿測量算法分解為特征提取和位姿參數(shù)解算兩環(huán)節(jié)，且在特征提取環(huán)節(jié)得到的圖像特征信息數(shù)據(jù)的傳輸碼率滿足無線信道的低容量限制。

本發(fā)明的方法包括，設(shè)置發(fā)射端和接收端；

所述發(fā)射端包括攝像機(jī)和圖像處理單元；所述攝像機(jī)拍攝飛行目標(biāo)的高分辨率圖像；其中攝像機(jī)拍攝的圖像分辨率高于512×512，幀率高于50bps；

所述圖像處理單元提取所述攝像機(jī)拍攝圖像的至少3個(gè)特征點(diǎn)，確定特征點(diǎn)在圖像中的坐標(biāo)；并建立所述坐標(biāo)與目標(biāo)的先驗(yàn)特征的匹配關(guān)系，生成圖像特征信息數(shù)據(jù)。

在對攝像機(jī)拍攝的圖像進(jìn)行特征提取的步驟中，所提取的特征點(diǎn)可以是所述圖像的角點(diǎn)、邊緣等圖像特征。

在所述步驟中，所述生成的圖像特征信息數(shù)據(jù)需經(jīng)過圖像預(yù)處理、目標(biāo)檢測、特征檢測、特征匹配、圖像特征信息數(shù)據(jù)輸出等環(huán)節(jié)，以上環(huán)節(jié)可選擇與測量場景相適應(yīng)的已成熟的公知算法實(shí)現(xiàn)。

由于本發(fā)明的方法中待測目標(biāo)為合作目標(biāo)，因此具有先驗(yàn)特征信息，與圖像處理有關(guān)的算法可根據(jù)目標(biāo)特征的不同采取公知的相應(yīng)的特征匹配算法，生成的圖像特征信息數(shù)據(jù)能夠計(jì)算出目標(biāo)位姿參數(shù)。

所述生成的圖像特征信息數(shù)據(jù)通過無線信道從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩恕?/p>

所述接收端包括位姿解算單元，位姿解算單元采用接收到的所述圖像特征信息數(shù)據(jù)進(jìn)行位姿參數(shù)解算。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的無線信道容量較低，不能實(shí)時(shí)傳送高分辨率和高幀率圖像，但是圖像特征信息數(shù)據(jù)的傳輸碼率可以滿足無線信道的容量限制。

本發(fā)明將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流采用圖像特征信息數(shù)據(jù)代替整幅圖像，從而滿足容量較低的無線信道要求；并將位姿的圖像測量分為特征提取和位姿參數(shù)解算兩個(gè)步驟，特征提取在高分辨率和高幀率圖像的條件下完成，保證了圖像特征信息數(shù)據(jù)的精度，從而保證了位姿參數(shù)的測量精度。

通過以下結(jié)合附圖以舉例方式對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的描述后，本發(fā)明的其他特征、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加的明顯。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于無線信道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的目標(biāo)位姿圖像測量方法的系統(tǒng)組成框圖。

圖2是本發(fā)明的一種基于無線信道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的目標(biāo)位姿圖像測量方法的測量流程圖。

圖3是本發(fā)明的一種基于無線信道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的目標(biāo)位姿圖像測量方法的飛行目標(biāo)外觀圖。

圖4是本發(fā)明的一種基于無線信道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的目標(biāo)位姿圖像測量方法的飛行目標(biāo)的特征點(diǎn)示意圖。

圖5是本發(fā)明的一種基于無線信道數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的目標(biāo)位姿圖像測量方法的示意圖。