[發明專利]一種點斑狀目標姿態估計方法及系統

有效

• 申請號: 201611268809.8
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106706133B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 張天序;王鳳林;姚守悝;陸檑;程旭
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于目標姿態估計技術領域，具體涉及一種點斑狀目標姿態估計方法及系統。

背景技術

三維目標的姿態估計是計算機視覺領域的一個熱點研究課題，是三維目標運動估計的重要部分，在人臉識別、飛行器的操作與控制等方面都有廣泛的研究。并且，三維姿態是反映空間目標運動狀態的重要參數，有利于對目標的優化設計和故障分析，在目標跟蹤、目標被動定位和目標識別等應用方面也具有重要的意義。

當目標在空間分辨率很低、成像為點斑狀目標的情況下，此時僅根據點斑狀目標無法準確知道目標的三維姿態信息。因此，如何進行快速準確地估計出點斑狀目標的姿態已成為人們迫切需要解決的難題。

目前，在國內外也有一些針對三維目標的姿態估計。已有的測定空間目標姿態的常用方法主要分為空間目標姿態內側和空間目標姿態外側兩種。它是通過設備進行跟蹤錄像，分析在時間序列上的目標信息，從而估計三維姿態參數，顯然這種方式成本太高。另外大都是針對能夠反映出目標形狀信息的面目標進行估計，并未對點斑狀目標進行姿態估計。而且所處理的方式均是針對目標本身物理信息，未考慮目標的紅外輻射特性曲線隨著姿態變化的關系。

發明內容

針對現有技術的迫切技術需求，本發明提出了一種點斑狀目標姿態估計方法，該方法建立光譜與姿態對應的特性數據庫，分析目標在不同姿態下各組成部分的輻射特性，然后根據所測紅外譜的形態不同從而粗略估計點斑狀目標的姿態，解決了如何根據紅外光譜信息估計點斑狀目標姿態的難題。

一種點斑狀目標姿態估計方法，包括離線訓練部分和在線估計部分；

所述離線訓練部分包括以下步驟：

(1)建立目標三維幾何模型并依據目標結構劃分區域；

(2)針對目標的各區域建立物方溫度分布模型；

(3)建立探測系統觀測大氣層內目標在六種典型姿態下的紅外輻射傳輸模型；所述六種姿態包括頂視、俯視、迎頭、追尾、左右、側面；

(4)利用已建的物方溫度分布模型和紅外輻射傳輸模型構建目標在六種典型姿態下的像方輻射能量模型；

(5)分別在六種典型姿態下，結合目標像方輻射能量模型，仿真計算得到關于波長-目標像方輻射能量的點斑狀目標紅外光譜曲線，從而建立目標姿態與光譜的映射數據庫；

所述在線估計部分包括以下步驟：

(6)探測點斑狀目標；

(7)實時采集點斑狀目標像方輻射能量，繪制關于波長-目標像方輻射能量的點斑狀目標紅外光譜曲線；

(8)將步驟(7)所得的關于波長-目標像方輻射能量的點斑狀目標紅外光譜曲線在目標姿態與光譜的映射數據庫內進行匹配，確定目標姿態。

進一步，所述步驟(4)的具體實現過程為：

(41)根據物方溫度分布模型構建目標物方的輻射特性表達式L(T_(x,y,z))：

已知在波段λ₁～λ₂、溫度為T的等效黑體輻射亮度L_b(T_(x,y,x))為：

則目標表面紅外輻射亮度L(T_(x,y,z))為：

式中：λ為波長，T_(x,y,z)為在位置(x,y,z)處的目標物方溫度，黑體發射率ε＝1，為目標表面材料的紅外發射率；

(42)在目標物方的輻射特性表達式的基礎上考慮大氣影響構建在目標像方的輻射特性表達式：

ρθ為透過率，L_θ為大氣程輻射。

進一步，所述目標為飛機，飛機的輻射亮度主要分為飛機蒙皮、發動機、尾焰三部分分別計算。

進一步，計算飛機蒙皮輻射亮度時首先對在位置(x,y,z)處的目標物方溫度T_(x,y,z)進行處理，得到考慮速度后的目標物方溫度：

式中，k為恢復系數，γ為空氣的定壓熱容量和定容熱容量之比，M為速度。

進一步，所述步驟(8)的具體實現方式為：首先根據步驟(7)所得的關于波長-目標像方輻射能量的點斑狀目標紅外光譜曲線初步判定飛機姿態，從所述映射數據庫中提取該姿態對應的光譜曲線集合；然后在光譜曲線集合中進行精確匹配，確定目標姿態。

進一步，所述目標為飛機，對步驟(7)所得的關于波長-目標像方輻射能量的點斑狀目標紅外光譜曲線進行分析：

若以長波紅外輻射為主，則初步判定姿態為迎頭；

若短/中/長波輻射均存在，則初步判定姿態為側面；