[發明專利]一種用于多目偏振視覺的航向角求解方法

有效

• 申請號: 201810063658.5
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108225335B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 何曉峰;范晨;胡小平;張禮廉;王玉杰;練軍想;吳雪松;李鑫
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

1.一種用于多目偏振視覺的航向角求解方法，其特征在于包括以下幾個步驟：

(1)求解天空偏振度的梯度信息，識別剔除偏振圖像中的遮擋障礙區域，建立偏振光定向模型；

步驟(1)通過以下步驟實現：

1)求解偏振度的梯度信息

由多目偏振視覺傳感器獲取的偏振信息，包含偏振角β(i,j)和偏振度χ(i,j)，偏振度的梯度求解方法為：

式中，grad(·)表示梯度值，(i,j)表示像素位置；

2)識別偏振圖像中的天空與非天空區域，按照如下規則剔除偏振圖像中的遮擋障礙區域根據每個像素的梯度信息，剔除規則如下：

式中，Sky表示天空區域，non-Sky表示非天空區域，ε為梯度閾值，取值范圍0.02～0.07；

3)利用天空區域的偏振信息，建立偏振光定向模型

偏振光的定向模型為：

[v_l×]^-1v_p＝λKx_s (3)

式中，x_s＝[sin(ψ+δ_s) cos(ψ+δ_s) 1]^T，ψ為航向角，δ_s為太陽方位角，v_p為偏振光的E矢量方向的單位矢量，v_l為觀測散射光方向的單位矢量，K為太陽矢量的變換矩陣，λ為常數；

(2)建立求解航向角的目標優化函數，并利用全局最小二乘法求解航向角；

步驟(2)通過以下步驟實現：

1)利用天空區域多測量點的偏振角信息建立的定向方程為：

式中，J和D為相關測量矩陣與向量，R和r為測量噪聲；

2)建立求解航向角的目標優化函數

令F＝[-D J]，y＝[1 cos(ψ+δ_s) sin(ψ+δ_s)]^T，則求解航向角的目標優化函數為：

min||Fy||²＝miny^TF^TFy (5)

s.t.y^Ty＝2 (6)

3)利用全局最小二乘法求解航向角

根據全局最小二乘可知，上述目標函數的最優解y^*為矩陣F^TF的最小特征值對應的特征向量，則載體的航向角為：

ψ＝arctan(y^*(3)/y^*(2))-δ_s (7)

式中，y^*(·)表示組成向量y^*的單個元素。