專利名稱：紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的脫靶量誤差的室外快速標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于在室外快速檢測(cè)并修正紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率誤差及像面傾斜誤差，特別是一種紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的脫靶量誤差的室外快速標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
紅外技術(shù)在試驗(yàn)場(chǎng)的最初應(yīng)用是目標(biāo)捕獲跟蹤。現(xiàn)在做成多元器件接收、光像掃描的檢測(cè)系統(tǒng)，配裝在光測(cè)設(shè)備上，稱為“紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)”，主要用于彈道參數(shù)的測(cè)量。紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量原理與可見光攝影和電視測(cè)量相同，采用凝視成像，并具有自動(dòng)跟蹤功倉泛(HE Zhao-cai. Optical measurement system[M]. National Defence IndustrialPress = Beijing(何照才·光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)[M].北京國(guó)防工業(yè)出版社)，2002.)。用紅外探測(cè)器測(cè)出目標(biāo)與紅外光視軸的脫靶角量(ΛΑ，ΛΕ)，再與軸角數(shù)據(jù)久，Ee)合成為目標(biāo)角位置坐標(biāo)(Am, Em)。
「咖。I14 =Ae+bA,k =￡ +Δ￡⑴
It me脫靶量(ΛΑ，ΔΕ)的測(cè)量精度將影響紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的最終測(cè)量結(jié)果和總體性能指標(biāo)，因此脫靶量的測(cè)量是紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，而紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率誤差及像面傾斜誤差是影響脫靶量精度的主要誤差。Zhang提出了一種基于平面控制點(diǎn)的攝像機(jī)標(biāo)定方法(Z. Zhang. A Flexible New Technique for CameraCalibration[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，2000, 22:1330-1334.)。為保證標(biāo)定準(zhǔn)確，Zhang的方法要求標(biāo)定平面上的控制點(diǎn)盡量分布在整個(gè)視場(chǎng)，而紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的焦距較長(zhǎng)，標(biāo)定時(shí)需要將標(biāo)定平面放置得足夠遠(yuǎn)并且制作得足夠大，這是難以實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的脫靶量誤差的室外快速標(biāo)定方法，能在室外對(duì)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的脫靶量誤差(主要指空間分辨率及像面傾斜角度)進(jìn)行快速標(biāo)定，檢測(cè)并修正其空間分辨率誤差及像面傾斜誤差，以提高紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率及像面傾斜角度的室外快速標(biāo)定方法，步驟如下(I)打開紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)，尋找一處背景豐富的固定場(chǎng)景觀察，根據(jù)Harris的方法提取場(chǎng)景圖像的Harris角點(diǎn),記為第I巾貞圖像角點(diǎn),設(shè)找到的Harris角點(diǎn)總數(shù)為k,記錄下這k個(gè)角點(diǎn)的圖像位置(X丨尤)，(右,0，…，(XfJf)及軸角位置(4，4),(4，^),···，(4，^);(2)轉(zhuǎn)動(dòng)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的跟蹤架，在不同的軸角位置對(duì)步驟(I)中選定的場(chǎng)景觀察，提取場(chǎng)景圖像的Harris角點(diǎn)，記為第2幀圖像角點(diǎn)，將這些角點(diǎn)與第I幀圖像角點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)完成后，記錄下這些角點(diǎn)的圖像位置(IU1)，(右忑)，…，(4龍)及軸角位置(AUl1),(A:::，￡:2),…,(42X2h(3)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤架在不同的軸角位置重復(fù)步驟(2)，角點(diǎn)在圖像上的位置也發(fā)生變化，從而形成了一系列的點(diǎn)跡，將每幀圖像的角點(diǎn)與上一幀圖像的角點(diǎn)按照步驟(2)的內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并記錄其圖像位置…，( , )及軸角位置
··%(<,<)；(4)將全部幀中的所有角 點(diǎn)的圖像位置數(shù)據(jù)與軸角位置數(shù)據(jù)代入空間分辨率/及像面傾斜角度J計(jì)算公式，經(jīng)過計(jì)算得i 。
Λc
a = -arctan—
^ (,3本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在對(duì)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率及像面傾斜角度進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，不需要任何特制的標(biāo)定平面，只需用紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)對(duì)周圍場(chǎng)景中進(jìn)行拍攝，并對(duì)拍攝圖像中的固定角點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，然后經(jīng)過一系列計(jì)算即可，而這些都可以通過計(jì)算機(jī)快速實(shí)現(xiàn)。通過實(shí)驗(yàn)，在配置3Ghz的Intel Pentium4的計(jì)算機(jī)上,對(duì)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)拍攝的每幀圖像應(yīng)用本發(fā)明的計(jì)算方法，得到的計(jì)算時(shí)間分布曲線如圖3，最大計(jì)算時(shí)間為15. 0ms，平均計(jì)算時(shí)間為12. 6ms，達(dá)到了紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)在室外快速標(biāo)定的要求，具有適應(yīng)性強(qiáng)，快速簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖I是某一紅外場(chǎng)景中部分Harris角點(diǎn)的分布，Harris角點(diǎn)用圓點(diǎn)表示。圖2隨著紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的跟蹤架的轉(zhuǎn)動(dòng)，紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)所拍攝的圖像上的Harris角點(diǎn)位置也發(fā)生變化。如果將拍攝的每幀圖像上的Harris角點(diǎn)位置記錄并在同一幀圖像中顯示，就會(huì)形成一系列的點(diǎn)跡，如圖中的黑色圓點(diǎn)所示。圖3本發(fā)明在在配置3Ghz的Intel Pentium4的計(jì)算機(jī)上，根據(jù)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)所拍攝的每幀圖像，計(jì)算紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率及像面傾斜角度所需時(shí)間的曲線,橫坐標(biāo)為圖像的巾貞序列，縱坐標(biāo)為對(duì)橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)巾貞圖像計(jì)算所需的時(shí)間。
具體實(shí)施例方式假設(shè)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的軸系誤差已調(diào)平，則影響測(cè)量精度的主要因素有大氣抖動(dòng)、加工裝配誤差、空間分辨率誤差。已知軸角數(shù)據(jù)(Ae，EJ，目標(biāo)在成像后輸出的圖像位置為(X，Y)，設(shè)目標(biāo)的真實(shí)位置為(Am，Em)，誤差模型可描述為
i Am = A0 + ft^sina + fX cos a+ Gir; Jfv".丄·4(2)
[Em =Ee + JY cosa-JX sm α + εΕ式中，f為紅外成像系統(tǒng)的空間分辨率，是指紅外成像系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)空間形狀的分辨能力，通常用瞬時(shí)視場(chǎng)角(IFOV)的大小來表示，單位為毫弧度mrad;a為紅外探測(cè)器像面繞視準(zhǔn)軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，是由加工裝配誤差造成紅外探測(cè)器像面的水平坐標(biāo)軸、垂直坐標(biāo)軸與測(cè)量系統(tǒng)不重合所造成的；ε Α、ε E主要包含了大氣抖動(dòng)等所造成的隨機(jī)誤差。轉(zhuǎn)動(dòng)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的跟蹤架，通過對(duì)場(chǎng)景圖像中的固定角點(diǎn)(如窗角、屋沿角
等)的位置測(cè)量，根據(jù)式(2)建立條件方程
權(quán)利要求
1.一種紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率及像面傾斜角度的室外快速標(biāo)定方法，其特征在于步驟如下 (1)打開紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)，尋找一處背景豐富的固定場(chǎng)景觀察，根據(jù)Harris的方法提取場(chǎng)景圖像的Harr i s角點(diǎn),記為第I巾貞圖像角點(diǎn),設(shè)找到的Harr is角點(diǎn)總數(shù)為k,記錄下這 k 個(gè)角點(diǎn)的圖像位置)，··、( )及軸角位置AA^EtJ- (2)轉(zhuǎn)動(dòng)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的跟蹤架，在不同的軸角位置對(duì)步驟(I)中選定的場(chǎng)景觀察，提取場(chǎng)景圖像的Harris角點(diǎn)，記為第2幀圖像角點(diǎn)，將這些角點(diǎn)與第I幀圖像角點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)完成后，記錄下這些角點(diǎn)的圖像位置KU1)，(私療)，…,(片尤)及軸角位置(42，￡i2)，(4i￡U,…,(42,θ (3)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤架在不同的軸角位置重復(fù)步驟(2)，角點(diǎn)在圖像上的位置也發(fā)生變化，從而形成了一系列的點(diǎn)跡，將每幀圖像的角點(diǎn)與上一幀圖像的角點(diǎn)按照步驟(2)的內(nèi)容進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并記錄其圖像位置(Α ， )，(χ,υ〗χ··、(χ,κ)及軸角位置 (4)將全部幀中的所有角點(diǎn)的圖像位置數(shù)據(jù)與軸角位置數(shù)據(jù)代入空間分辨率/及像面傾斜角度 計(jì)算公式，經(jīng)過計(jì)算得
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率及像面傾斜角度的室外快速標(biāo)定方法，其特征在于步驟(2)中關(guān)聯(lián)方法為計(jì)算需關(guān)聯(lián)的角點(diǎn)(X2，Y2)與第I幀圖像角點(diǎn)( )， ,的歐式距離
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率及像面傾斜角度的室外快速標(biāo)定方法，其特征在于在步驟(2)中，
全文摘要
本發(fā)明公開了一種紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的空間分辨率及像面傾斜角度的室外快速標(biāo)定方法，打開紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)，尋找一處背景豐富的固定場(chǎng)景觀察，根據(jù)Harris的方法提取場(chǎng)景圖像的Harris角點(diǎn)；轉(zhuǎn)動(dòng)紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的跟蹤架，在不同的軸角位置對(duì)選定的場(chǎng)景觀察，提取場(chǎng)景圖像的Harris角點(diǎn)；不斷轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤架在不同的軸角位置重復(fù)，角點(diǎn)在圖像上的位置也發(fā)生變化，從而形成了一系列的點(diǎn)跡；將全部幀中的所有角點(diǎn)的圖像位置數(shù)據(jù)與軸角位置數(shù)據(jù)代入空間分辨率及像面傾斜角度計(jì)算公式。本發(fā)明達(dá)到了紅外跟蹤測(cè)量系統(tǒng)在室外快速標(biāo)定的要求，具有適應(yīng)性強(qiáng)，快速簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M11/02GK102829957SQ20121027561
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者陳錢, 彭晨, 顧國(guó)華, 錢惟賢, 路東明, 隋修寶, 何偉基, 任侃, 張聞文, 于雪蓮, 李宏哲, 毛晨 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)