[發明專利]一種探地雷達單道電磁波譜三維定位方法

有效

• 申請號: 201410419396.3
• 申請日: 2014-08-23
• 公開（公告）號: CN104155635B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 蔣海波;陳建中;李娜;周星梅;胡斌;胡君
• 申請（專利權）人: 中國科學院成都生物研究所
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S13/02
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙)51212
• 代理人: 朱月仙

1.一種探地雷達單道電磁波譜三維定位方法，包括發射電磁波的探地雷達天線，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟(1)、獲取任意時刻探地雷達天線的三維位置與位姿信息；

步驟(2)、通過某一時刻的探地雷達天線的三維位置與位姿信息對所述對應時刻探地雷達發射的電磁波譜進行三維顯示校正，獲得任意時刻探地雷達發射電磁波的三維空間信息，

所述步驟(1)獲取任意時刻探地雷達天線的三維位置與位姿信息包括如下步驟：

(1.1)包括相對位置已經確定的第一圖像采集設備和第二圖像采集設備，當探地雷達天線在地表運動時，第一圖像采集設備和第二圖像采集設備保持靜止并分別采集探地雷達天線在任意時刻運動的圖像信息，每一時刻對應一幀圖像；

(1.2)根據第一圖像采集設備和第二圖像采集設備的相對位置信息，以及根據第一圖像采集設備和第二圖像采集設備分別采集的探地雷達天線在任意時刻運動的圖像信息獲取的探地雷達天線的二維坐標信息，通過二維坐標與三維坐標的轉換關系獲取探地雷達天線的三維坐標；

(1.3)利用圖像處理方法根據所述探地雷達天線的三維坐標確定每一幀圖像中探地雷達天線的位置與姿態信息。

2.如權利要求1所述的探地雷達單道電磁波譜三維定位方法，其特征在于：所述步驟(1.2)具體為：通過第一圖像采集設備和第二圖像采集設備分別采集的探地雷達天線的運動圖像，以同時獲得探地雷達某一特征點分別在兩個圖像采集設備形成圖像的對應坐標，并通過這兩個坐標，利用二維坐標與三維坐標的轉換關系構成兩個方程，獲得該特征點的三維坐標。

3.如權利要求2所述的探地雷達單道電磁波譜三維定位方法，其特征在于：所述步驟(1.2)中獲取探地雷達天線三維坐標的轉換關系為：

其中為探地雷達天線的三維坐標；(u,v)為圖像坐標系中的坐標；(x_w,y_w,z_w)為對應點在世界坐標系中的坐標；A為第一圖像采集設備或第二圖像采集設備的內參數矩陣，為第一圖像采集設備或第二圖像采集設備的外參數矩陣，由旋轉矩陣R和平移向量t組成，內參數矩陣A中的(u₀,v₀)為第一圖像采集設備或第二圖像采集設備光軸與圖像平面的交點坐標，當圖像平面與第一圖像采集設備或第二圖像采集設備光軸不完全垂直時，用傾斜系數γ來表示圖像平面與第一圖像采集設備或第二圖像采集設備光軸的傾斜程度；若每一個像素在x軸與y軸方向上的物理尺寸計為d_x，d_y，則f_x為第一圖像采集設備或第二圖像采集設備鏡頭焦距與d_x的比值，f_y為第一圖像采集設備或第二圖像采集設備鏡頭焦距與d_y的比值，k_x＝f_x，k_s＝γf_x，k_y＝f_y。

4.如權利要求1-3任一所述的探地雷達單道電磁波譜三維定位方法，其特征在于：所述步驟(1.3)利用圖像處理方法根據所述探地雷達天線的三維坐標確定每一幀圖像中探地雷達天線的位置與姿態信息包含如下步驟：

(1.3.1)對探地雷達天線進行角點檢測，獲得探地雷達天線四角上的坐標信息，并通過四角上的坐標信息獲取探地雷達天線的邊界信息；

(1.3.2)通過提取探地雷達天線的邊界信息獲取探地雷達天線的幾何中心位置信息，該中心位置為電磁波發射點的位置；

(1.3.3)根據探地雷達天線的中心位置信息，通過幾何關系確定探地雷達天線的包括行進偏角、俯仰角、翻滾角的姿態信息。

5.如權利要求4所述的探地雷達單道電磁波譜三維定位方法，其特征在于：步驟(2)通過某一時刻的探地雷達天線的三維位置與位姿信息對所述對應時刻探地雷達發射的電磁波譜進行三維顯示校正，獲得任意時刻探地雷達發射電磁波的三維空間信息包括如下步驟：

(2.1)坐標的原點為第一圖像采集設備或第二圖像采集設備芯片所在的位置，單道電磁波顯示時，按照獲取的探地雷達天線的行進偏角、俯仰角、翻滾角以及探地雷達天線的幾何中心位置坐標在三維坐標中顯示；

(2.2)根據步驟(2.1)的信息對探地雷達在該對應時間發出的電磁波圖像進行校正，從而獲得具有三維空間信息的電磁波的準確發射與返回信息。