[發明專利]視頻衛星姿態運動圖像補償方法

有效

• 申請號: 201610494336.7
• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN106027904B
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 項軍華;張學陽;張琦;曾國強;李泰博;崔凱凱;稅海濤;吳國福;李志軍;袁福;高玉東;連一君;韓大鵬
• 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: H04N5/232
• 分類號: H04N5/232;H04N7/18;H04N7/20
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陳立新

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及航天航空領域的圖像補償方法，特指一種為視頻衛星拍攝的視頻圖像補償姿態運動的方法。

背景技術

視頻衛星是一種采用視頻成像、視頻數據實時傳輸、人在回路交互式操作工作方式的新型天基信息獲取類微小衛星。與傳統衛星相比，視頻衛星可提供實時視頻圖像，與靜止單幅圖像相比增加了時域信息，可獲取目標的動態過程信息，能夠探測到動態事件的發生，并可以基于視頻圖像中的序列圖像進行圖像重構獲得更高分辨率的圖像，為抗災救災、戰時監控、計劃決策提供第一手資料。

基于人在回路交互式操作工作方式，調整衛星姿態，視頻衛星可以實現對動目標的連續跟蹤監視。但是隨著衛星姿態的變化，圖像也會發生變化，這時已獲得的圖像或目標運動軌跡就相對于當前圖像發生了平移或者旋轉，有必要將其統一到當前的圖像坐標系中，以利于進一步的分析。對此問題目前還未見相關文獻涉及。

發明內容

針對視頻衛星姿態運動對圖像的影響，本發明提出了一種視頻衛星姿態運動圖像補償方法。

本發明的技術方案是：

根據衛星姿態運動信息，得到當前幀時刻相對于上一幀時刻的3-2-1姿態歐拉角，或者相對于過去某一時刻的3-2-1姿態歐拉角，從而對之前已獲得的圖像或目標運動軌跡補償姿態運動。

具體地，本發明一種視頻衛星姿態運動圖像補償方法，包括以下步驟：

步驟一：由星載傳感器得到衛星姿態運動的角速度ω＝(ω_x,ω_y,ω_z)^T，3-2-1姿態歐拉角

步驟二：分為兩種情況，一種是計算當前幀時刻衛星相對于上一幀時刻的3-2-1姿態歐拉角；另一種是計算當前幀時刻衛星相對于過去某一時刻的3-2-1姿態歐拉角。

情況一：計算當前幀時刻衛星相對于上一幀時刻的3-2-1姿態歐拉角

設每幀的時間間隔為Δt，因Δt很小，可以認為Δt角速度恒定，則當前幀時刻衛星相對于上一幀時刻的3-2-1姿態歐拉角可以由ωΔt確定，令

其中在物理意義上，e表示旋轉軸，表示旋轉的角度；在數學意義上，式(1)左邊得到一個三維矢量，將其單位化得到單位矢量e，這個矢量的模長就是e₁,e₂,e₃表示e的三個分量：

e＝(e₁,e₂,e₃)^T,||e||＝1 (2)

當前幀時刻衛星相對于上一幀時刻的姿態矩陣為

其中

A是個3乘3矩陣，它的分量是a_ij，i表示這個分量所在的行，j表示這個分量所在的列；

進而可得當前幀時刻相對于上一幀時刻的3-2-1姿態歐拉角

一般的，跟蹤成像姿態調整時都是衛星繞衛星本體坐標系的x軸或y軸旋轉，衛星的角速度ω是三維矢量，它的三個分量分別是ω_x,ω_y,ω_z，這時

繞x軸旋轉

或者

繞y軸旋轉

情況二：計算當前幀時刻衛星相對于過去某一時刻的3-2-1姿態歐拉角

過去某一時刻的衛星3-2-1姿態歐拉角為當前幀時刻衛星相對于該時刻的姿態矩陣為

其中R_Y(θ)、R_Z(ψ)它們分別表示繞X軸，Y軸，Z軸旋轉θ,ψ得到的旋轉矩陣；

從而由式即可得當前幀時刻衛星相對于過去某時刻的3-2-1姿態歐拉角

步驟三：對已獲得的圖像或軌跡補償姿態運動

定義像素坐標系I-xy，它以視頻圖像左上角為坐標系原點，以像素為坐標單位，x,y分別表示該像素點在視頻圖像中的列數與行數。定義圖像坐標系O-X_pY_p，它以光軸與像平面的交點為原點，OX_p,OY_p分別與像素坐標系的x軸與y軸平行。補償姿態運動就是將過去時刻的圖像或軌跡變換到當前的像素坐標系下。

某點在像素坐標系中的坐標為(m,n)，在圖像坐標系的坐標為(x_p,y_p)，則