[發明專利]一種基于天文標定的多傳感器空間配準方法

有效

• 申請號: 201610844592.4
• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN106595702B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 張廷華;孫華燕;樊桂花;李迎春;都琳;徐韜祜;王帥;朱建國;高宇軒
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍裝備學院
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗;仇蕾安

本發明公開了一種基于天文標定的多傳感器空間配準方法。使用本發明能夠在未嚴格標定光學系統內參數的情況下，實現多個傳感器的空間配準，且還能夠分別求取每個傳感器及其光學系統的內外參數。本發明利用依巴谷星表獲得局部模擬星圖，依據四邊形對角線的簡比不變性和星點坐標構成矩陣的奇異值不變性，將多個傳感器獲得的觀測星圖分別與模擬星圖進行匹配，利用模擬星圖，將星座特征轉換為圖像傳感器中像點之間的特征，獲得每個傳感器及光學系統的精確內參數(焦距、主點)和外參數(方位角、俯仰角、橫滾角)，簡化了多個傳感器之間的特征提取和匹配識別，且適用于不同模態的傳感器之間的空間配準。

技術領域

本發明涉及光學系統天文標定技術領域，具體涉及一種基于天文標定的多傳感器空間配準方法。

背景技術

航天靶場的光電測量設備通常在一個跟蹤轉臺上搭載可見、紅外等多種傳感器，光學系統采用多通道或共孔徑結構形式，通常具有光學系統長焦距、傳感器大面陣的特點。共平臺的多傳感器之間可以實現視場拼接或數據融合，其關鍵是多個傳感器之間的空間配準。空間配準選擇對應的序列幀，基于相似性度量和空間形變將圖像坐標映射到另一幀圖像上。常用的基于特征或灰度的配準算法難以滿足大面陣傳感器配準的實時性要求，而傳統的相機標定方法難以滿足長焦鏡頭工作距的要求。為了提高共平臺多傳感器空間配準方法的適用性，可以采用基于天文標定的空間配準方法。

天文標定的關鍵是星圖識別，其參數標定精度和識別準確率與星點位置提取精度和特征識別的魯棒性密切相關。星圖識別算法包括基于星座特征的星圖識別算法、基于字符模式的星圖識別算法和基于智能行為的星圖識別算法。其中，以三角形算法為代表的基于星座特征的星圖識別算法，利用恒星之間的相互位置關系組成特征進行識別的算法直觀易懂，容易實現，誤匹配概率低，因而得到廣泛應用。由于三角形星圖識別算法中三角形特征維數較低，容易造成冗余匹配和錯誤識別，改進的三角形星圖識別算法主要利用增加觀測星或幾何關系等約束條件增加星圖的識別成功率，如四邊形星圖模式是分解為兩個具有公共邊的三角形模式，使用三角形模式的特征，在保證算法計算量和存儲量的前提下，提升算法的識別成功率。

現有星圖識別算法針對單個傳感器光學系統，直接應用于多傳感器的空間配準，存在以下缺陷：首先，這些算法中采用的特征不變量及其計算過程依賴成像系統內參數的初始值，如角距依賴于光學系統焦距；其次，算法對于所有星點采用相同的模式和特征識別，計算量較大；最后，由于天文標定采用的小孔成像的理想模型，構造恒星與圖像坐標中星點之間的對應關系，所以不能反映不同成像系統之間的參數關系，需要將每個成像系統與星表映射后在計算成像系統之間的映射關系，沒有提取反映多個通道之間相對關系的仿射不變量。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于天文標定的多傳感器空間配準方法，能夠在未嚴格標定光學系統內參數的情況下，實現多個傳感器的空間配準，且還能夠分別求取每個傳感器及其光學系統的內外參數，該方法適用于共平臺的多通道和共孔徑光學系統的多傳感器空間配準，同時也適用于單孔徑光學系統。

本發明的基于天文標定的多傳感器空間配準方法，包括如下步驟：

步驟1，光電測量設備中的所有傳感器同時拍攝同一個指定空域，獲得各自的觀測星圖以及觀測星圖中各星點的坐標；

步驟2，依據光電測量設備的觀測時間、觀測地點及指向，依據依巴谷星表獲取模擬星圖；

步驟3，針對各觀測星圖，在觀測星圖中選擇滿足如下條件的四邊形作為觀測四邊形：對角線交點位于觀測星圖中，且主對角線最長；計算所述觀測四邊形的對角線簡比和主對角線長度；所述主對角線為四邊形中較長的對角線；

步驟4，從模擬星圖中所有星點組成的各四邊形中，尋找滿足以下條件的四邊形作為各觀測星圖對應的比對四邊形：

(a)對角線交點位于星圖內；

(b)滿足公式：