[發(fā)明專利]基于時間編碼的發(fā)光合作標(biāo)志攝像測量方法

在審

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• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108519076A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張紅良;王梓;尚洋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01C11/12
• 分類號: G01C11/12
• 代理公司: 湖南省國防科技工業(yè)局專利中心 43102
• 代理人: 馮青

本發(fā)明涉及一種基于時間編碼的合作發(fā)光標(biāo)志攝像測量方法。攝像測量中的合作標(biāo)志采用時間編碼發(fā)光標(biāo)志，合作標(biāo)志的發(fā)光部位、發(fā)光強(qiáng)度根據(jù)設(shè)定隨時間發(fā)生周期性的改變，該改變規(guī)律形成時間上的編碼，攝像測量中攝像機(jī)對合作標(biāo)志連續(xù)成像，根據(jù)標(biāo)志發(fā)光時間編碼規(guī)律檢測和跟蹤圖像中的合作標(biāo)志，根據(jù)攝像測量模型進(jìn)行相對位姿攝像測量。本發(fā)明采用時間編碼方式設(shè)計(jì)發(fā)光合作標(biāo)志，有利于排除復(fù)雜背景干擾，具有較好的抗干擾能力，具有很高的使用價值和工程意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺、攝像測量領(lǐng)域，具體的，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的攝像測量方法，通過對發(fā)光合作標(biāo)志進(jìn)行時間編碼，提升了計(jì)算機(jī)視覺或攝像測量中的合作標(biāo)志檢測抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜背景條件下的攝像測量。

背景技術(shù)

基于計(jì)算機(jī)視覺的攝像測量同城是指利用攝像機(jī)拍攝目標(biāo)圖像，通過相關(guān)信息計(jì)算目標(biāo)攝像機(jī)相對像機(jī)的位置和姿態(tài)等信息。為提高測量的精度和速度，通常在目標(biāo)上排布位置已知的合作標(biāo)志。合作標(biāo)志又稱為合作靶標(biāo)，即形狀、大小、相對位置關(guān)系已知的人工靶標(biāo)。基于合作標(biāo)志的位姿測量有著十分廣泛的應(yīng)用，例如航天器交會對接、機(jī)械臂抓取、無人機(jī)著陸著艦、戰(zhàn)斗機(jī)空中加油相對位置關(guān)系測量等。

攝像測量中合作標(biāo)志的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)核心和關(guān)鍵技術(shù)。近場測量中合作標(biāo)志通常通常設(shè)計(jì)為一些具有特定幾何形狀的圖案，例如圓、T形、矩形等。由于距離較近，合作標(biāo)志的檢測難度不大；特定的幾何形狀可以提供豐富的額外信息，提高攝像測量位姿估計(jì)的精度。而遠(yuǎn)距離、復(fù)雜背景條件下，幾何圖案識別和提取難度較大，常用的合作標(biāo)志為發(fā)光合作標(biāo)志，如多個發(fā)光燈。根據(jù)系統(tǒng)配置可選用可見光波段的紅光、黃光、綠光、白光，也可選用紅外波段、紫外波段的發(fā)光標(biāo)志燈。如在固定翼無人機(jī)的著陸助降中，有些學(xué)者研究了近紅外燈、紅外標(biāo)志塊等作為合作標(biāo)志，利用機(jī)載攝像機(jī)拍攝合作標(biāo)志，進(jìn)行攝像測量計(jì)算。

抗復(fù)雜背景的干擾是合作標(biāo)志檢測和識別的難點(diǎn)問題。選用紅外等特定波段的發(fā)光標(biāo)志可以一定程度上提高系統(tǒng)的抗干擾能力，但需要在攝像機(jī)鏡頭前對應(yīng)波段的濾波片，這導(dǎo)致攝像機(jī)只對某一波段敏感，限制了攝像機(jī)的一些其他應(yīng)用。

本發(fā)明提出了一種新的抗背景干擾的攝像測量方法，該方法對發(fā)光合作標(biāo)志進(jìn)行時間編碼，即利用控制電路實(shí)現(xiàn)不同發(fā)光標(biāo)志或發(fā)光標(biāo)志不同部位發(fā)光強(qiáng)度隨時間改變，該改變規(guī)律形成時間上的編碼，攝像測量中可以根據(jù)該時間編碼信息提取圖像中的合作標(biāo)志，排除背景的干擾，實(shí)現(xiàn)抗干擾高精度的攝像測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于時間編碼的合作發(fā)光標(biāo)志攝像測量方法，攝像測量中的合作標(biāo)志采用時間編碼發(fā)光標(biāo)志，合作標(biāo)志的發(fā)光部位、發(fā)光強(qiáng)度根據(jù)設(shè)定隨時間發(fā)生周期性的改變，該改變規(guī)律形成時間上的編碼，攝像測量中攝像機(jī)對合作標(biāo)志連續(xù)成像，根據(jù)標(biāo)志發(fā)光時間編碼規(guī)律檢測和跟蹤圖像中的合作標(biāo)志，根據(jù)攝像測量模型進(jìn)行相對位姿攝像測量。

本發(fā)明中的發(fā)光標(biāo)志發(fā)光光譜采用與攝像機(jī)成像匹配的可見光或紅外譜段。配合攝像機(jī)濾光片能進(jìn)一步提高抗干擾能力。

本發(fā)明中發(fā)光標(biāo)志時間編碼實(shí)現(xiàn)方式為利用控制電路設(shè)置不同發(fā)光部件的電源通斷和電源電壓大小，使合作標(biāo)志的發(fā)光部位、發(fā)光強(qiáng)度根據(jù)設(shè)定隨時間發(fā)生周期性的改變。發(fā)光標(biāo)志不同部位發(fā)光強(qiáng)度隨時間的改變規(guī)律構(gòu)成時間編碼方式。

攝像測量中利用攝像機(jī)對合作標(biāo)志連續(xù)成像，由于發(fā)光合作標(biāo)志在時間上有亮度和部位的改變，因此連續(xù)圖像上合作標(biāo)志會呈現(xiàn)出不同的明暗變化的，利用該時間編碼信息，結(jié)合圖像配準(zhǔn)、差圖像和形態(tài)學(xué)處理等技術(shù)可魯棒地檢測出合作標(biāo)志。由于背景不存在時間編碼，因此合作標(biāo)志的檢測具有較好的抗干擾能力。