[發明專利]一種光學捷聯導引頭圖像跟蹤方法

有效

• 申請號: 201710390225.6
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107203770B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 樊志華;鄭翰清;衛俊杰;謝長生;吳建東
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06K9/62;G06T5/00;F41G7/26
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 朱成之;周乃鑫

1.一種光學捷聯導引頭圖像跟蹤方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1，提取目標模板特征：

讀入運動模糊圖像復原后的第一幀圖像，在其中選定待跟蹤的目標區域；在目標區域內進行多尺度的Harris特征點檢測，并對檢測出的特征點計算特征尺度，得到一組對尺寸縮放、旋轉和光照變化保持不變的局部特征點；選取待跟蹤的特征點，對該特征點對應的不變特征區域進行16×16點采樣，提取出與待跟蹤特征點對應的SIFT描述子；

步驟2，讀取下一幀圖像，進行運動模糊圖像復原：

獲取模糊圖像的運動角度，估計運動模糊圖像的點擴散函數，包含：通過基于頻譜閾值化處理的Radon變換估計運動角度；以及，獲取模糊圖像的模糊長度，通過微分自相關估計模糊長度；根據估計出的運動模糊點擴散函數，對模糊圖像進行維納濾波圖像復原；

步驟3，預測波門位置：

根據載體姿態角，通過慣性坐標系、載體坐標系以及成像坐標系之間的坐標轉換，得到目標成像因載體姿態變化而在成像坐標系上的變化，對波門位置進行預測；

步驟4，確定目標位置：

對完成運動模糊圖像復原的當前幀圖像，在波門區域進行多尺度的Harris特征點檢測，并對檢測出的特征點計算特征尺度，得到一組對尺寸縮放、旋轉和光照變化保持不變的局部特征點，并生成對應的SIFT描述子；通過比較待跟蹤特征點的SIFT描述子與波門區域每一個局部特征點的SIFT描述子的相似度，將描述子的歐氏距離最小的特征點作為最佳匹配特征點，將最佳匹配特征點所對應的位置作為目標位置；

步驟5，更新目標模板特征：

根據描述子的相似度來確定是否更新描述子模板，其中，當待跟蹤特征點的描述子與最佳匹配特征點的描述子的相似度低于閾值時，對待跟蹤點描述子進行更新；之后，循環至步驟2；

所述步驟3中預測波門位置時，進一步包括以下步驟：

S3-1、獲取載體坐標系o-x_by_bz_b下，待跟蹤特征點的光軸指向向量用方位角θ_h和俯仰角θ_p表示為

所述方位角θ_h是基于待跟蹤特征點的像素坐標，通過公式獲得的，

所述俯仰角θ_p是基于待跟蹤特征點的像素坐標，通過公式獲得的，

其中，y表示待跟蹤特征點在成像坐標系y軸上的坐標，d表示像素大小，x表示待跟蹤特征點在成像坐標系x軸上的坐標，f表示光學系統焦距；

對待跟蹤特征點的坐標加上整體偏移量，得到預測波門的初步位置；

S3-2、已知上一幀慣性坐標系o-x_iy_iz_i下，載體坐標系o-x_by_bz_b的方位角α₁，俯仰角β₁和橫滾角γ₁，獲取慣性坐標系o-x_iy_iz_i下待跟蹤特征點的光軸指向向量

所述光軸指向向量由載體坐標系o-x_by_bz_b到慣性坐標系o-x_iy_iz_i的轉換矩陣C_b-i(α₁,β₁,γ₁)和載體坐標系o-x_by_bz_b下的光軸指向向量得到，表示為

S3-3、根據當前幀慣性坐標系下o-x_iy_iz_i，載體坐標系o-x_by_bz_b的方位角α₂，俯仰角β₂和橫滾角γ₂，獲取載體坐標系o-x_by_bz_b下待跟蹤特征點的光軸指向向量

所述光軸指向向量由慣性坐標系o-x_iy_iz_i到載體坐標系o-x_by_bz_b的轉換矩陣C_i-b(α₂,β₂,γ₂)和慣性坐標系o-x_iy_iz_i下的光軸指向向量得到，表示為

S3-4、獲取載體坐標系o-x_by_bz_b下，跟蹤波門的中心位置(x₂,y₂)；

x₂表示預測波門中心在成像坐標系x軸上的坐標：

波門中心俯仰角度θ_p2，由余弦定理得出：

y₂表示預測波門中心在成像坐標系y軸上的坐標：

波門中心方位角θ_h2，由余弦定理得出：