一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)，涉及空中加油技術(shù)領(lǐng)域。通過將紅色環(huán)反光膜橢圓擬合結(jié)果與藍(lán)色環(huán)反光膜橢圓擬合結(jié)果結(jié)合，并輔以強(qiáng)光源，形成加油錐套視覺強(qiáng)特征，從而使得加油錐套視覺測(cè)量精度更高，且紅色+藍(lán)色雙色特征有效克服了加油錐套姿態(tài)解算二義性問題，從而提升空中加油對(duì)接成功率。
【專利說明】
一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及空中加油技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法及 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 自主空中加油技術(shù)能夠?yàn)橛腥藱C(jī)/無人機(jī)延長滯空時(shí)間，拓展作戰(zhàn)半徑，提升遠(yuǎn)程 打擊能力，增強(qiáng)完成使命任務(wù)的能力，具有極其重要的戰(zhàn)略地位，對(duì)我國現(xiàn)有空戰(zhàn)模式轉(zhuǎn)型 和發(fā)展具有重大意義，能夠大幅提升我國防空能力，而加油錐套的精確定位是成功、安全完 成自主空中加油任務(wù)的關(guān)鍵所在。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，采用視覺測(cè)量技術(shù)對(duì)加油錐套進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和位姿解算已成為主要 技術(shù)方案?，F(xiàn)有方法中，采用LED燈作為加油錐套視覺測(cè)量的檢測(cè)特征，利用空間點(diǎn)與圖像 點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系求解加油錐套空間位姿，特征提取困難、位姿解算算法復(fù)雜且精度較低，特別是 加油錐套空間姿態(tài)的測(cè)量，由于其圖像中圓形的對(duì)稱性，姿態(tài)解算二義性問題一直未曾解 決，給自主空中加油過程留下了安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有 技術(shù)中存在的問題。
[0005] -種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法，所述方法包括：
[0006] 采集加油錐套的運(yùn)動(dòng)視頻，并在所述運(yùn)動(dòng)視頻中采集圖像，其中所述加油錐套的 端面安裝有紅色反光膜，所述加油錐套內(nèi)側(cè)安裝有藍(lán)色反光膜；
[0007] 將所述圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間，并設(shè)置閾值以提取所述加油錐套視覺強(qiáng)特征；
[0008] 采用Canny邊緣檢測(cè)算法在所述加油錐套的視覺強(qiáng)特征中提取所述紅色反光膜的 圖像邊緣和藍(lán)色反光膜的圖像邊緣，并利用橢圓擬合算法求解所述紅色反光膜的圖像邊緣 和藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)；
[0009] 利用所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)求解所述加油錐套的姿態(tài)角 度，并利用所述藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)對(duì)求解得到的所述姿態(tài)角度進(jìn)一 步處理，消除所述加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量中的二義性，獲得所述加油錐套的準(zhǔn)確姿態(tài)角度。
[0010] 優(yōu)選地，步驟將所述圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間，并設(shè)置閾值以提取所述加油錐套視 覺強(qiáng)特征具體包括：
[0011] 通過下式將所述圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間：
[0012] V=max(R,G,B)

[0015] H=H+360，if H<0
[0016] 其中，R、G、B分別代表RGB色彩空間的紅色、綠色和藍(lán)色的強(qiáng)度值;H、S、V分別代表 HSV色彩空間的色調(diào)、飽和度和明度的強(qiáng)度值；
[0017]設(shè)置H通道閾值，提取所述圖像所需通道的色彩蒙板，從而將所述加油錐套端面圖 像與背景分割，獲得所述加油錐套視覺強(qiáng)特征。
[0018] 優(yōu)選地，步驟利用所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)求解所述加油錐 套的姿態(tài)角度，并利用所述藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)對(duì)求解得到的所述姿 態(tài)角度進(jìn)一步處理，消除所述加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量中的二義性，獲得所述加油錐套的準(zhǔn) 確姿態(tài)角度具體包括：
[0019] 定義所述加油錐套的靜止坐標(biāo)系和空間旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所述靜止坐標(biāo)系固定不動(dòng)， 所述空間旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系依次繞所述靜止坐標(biāo)系的Y軸和X軸旋轉(zhuǎn)，并定義其旋轉(zhuǎn)過的角度分別 為偏航角和俯仰角，所述姿態(tài)角度包括所述偏航角和俯仰角，其中所述偏航角和俯仰角均 通過所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓偏心率的反余弦計(jì)算獲得；
[0020] 對(duì)比所述藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓中心坐標(biāo)和所述紅色反光膜的圖像 邊緣形成的橢圓的中心坐標(biāo)，判定所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓偏心率的反余弦 的正負(fù)，進(jìn)而確定所述加油錐套的準(zhǔn)確姿態(tài)角度。
[0021] 本發(fā)明還提供了一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0022] 圖像采集模塊，用于采集加油錐套的運(yùn)動(dòng)視頻，并在所述運(yùn)動(dòng)視頻中采集圖像，其 中所述加油錐套的端面安裝有紅色反光膜，所述加油錐套內(nèi)側(cè)安裝有藍(lán)色反光膜；
[0023] 特征提取模塊，用于將所述圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間，并設(shè)置閾值以提取所述加油 錐套視覺強(qiáng)特征；
[0024] 橢圓擬合模塊，用于采用Canny邊緣檢測(cè)算法在所述加油錐套的視覺強(qiáng)特征中提 取所述紅色反光膜的圖像邊緣和藍(lán)色反光膜的圖像邊緣，并利用橢圓擬合算法求解所述紅 色反光膜的圖像邊緣和藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)；
[0025] 姿態(tài)求解模塊，用于利用所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)求解所述 加油錐套的姿態(tài)角度，并利用所述藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)對(duì)求解得到的 所述姿態(tài)角度進(jìn)一步處理，消除所述加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量中的二義性，獲得所述加油錐 套的準(zhǔn)確姿態(tài)角度。
[0026] 本發(fā)明實(shí)施例中加油錐套空中姿態(tài)測(cè)量方法及系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有 益效果:改裝簡單易行，且不含電氣元件，有效避免加油過程的安全隱患。將紅色環(huán)反光膜 橢圓擬合結(jié)果與藍(lán)色環(huán)反光膜橢圓擬合結(jié)果結(jié)合，并輔以強(qiáng)光源，形成加油錐套視覺強(qiáng)特 征，從而使得加油錐套視覺測(cè)量精度更高，且紅色+藍(lán)色雙色特征有效克服了加油錐套姿態(tài) 解算二義性問題，從而提升空中加油對(duì)接成功率。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本發(fā)明發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法的步驟流程圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的經(jīng)過改裝的受油機(jī)和加油錐套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3為圖2中加油錐套的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的坐標(biāo)系示意圖；
[0032] 圖5為使用圖1中方法測(cè)量的誤差圖；
[0033] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)的功能模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]參照?qǐng)D1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法，所述方法包 括：
[0036]步驟100,對(duì)自主空中加油的加油錐套730、受油機(jī)700進(jìn)行適當(dāng)改裝，以便于得到 質(zhì)量良好的加油錐套運(yùn)動(dòng)圖像，如圖2和圖3所示；
[0037] 具體地，步驟100包括：
[0038]子步驟110，在加油錐套730端面加貼紅色反光膜740;
[0039]子步驟120,加油錐套730內(nèi)側(cè)加貼藍(lán)色反光膜750;
[0040] 子步驟130,受油機(jī)700機(jī)背加裝相機(jī)710,并附加連接線、上位機(jī)、姿態(tài)解算軟件 等。
[0041] 步驟200,定義加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量所用的相關(guān)坐標(biāo)系，包括世界坐標(biāo)系、相機(jī) 坐標(biāo)系、像素坐標(biāo)系和圖像物理圖像坐標(biāo)系；
[0042]具體地，世界坐標(biāo)系為（0W，Xw，Yw，Zw)，相機(jī)坐標(biāo)系（〇，X c，Yc，Zc)以相機(jī)光心為原 點(diǎn)，以垂直于圖像平面向外的相機(jī)光軸為Z。軸，X。軸和Y。軸遵照右手坐標(biāo)系分別平行于圖像 平面的相機(jī)坐標(biāo)系；圖像的物理圖像坐標(biāo)系(O^xj)以圖像中心為原點(diǎn)，向右為x軸正向， 向下為y軸正向；以及像素坐標(biāo)系(〇〇，u，v)以圖像左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，向右為u軸正向，向下 為v軸正向，如圖4所示。物理圖像坐標(biāo)系中的點(diǎn)p為相機(jī)坐標(biāo)系中的點(diǎn)P的投影點(diǎn)，以及物理 圖像坐標(biāo)系和像素坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示，uo和vo為將所述物理圖像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至所 述像素坐標(biāo)系后所述物理圖像坐標(biāo)系原點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0043]步驟300,采用受油機(jī)700機(jī)背上的相機(jī)710采集改裝后的加油錐套730運(yùn)動(dòng)視頻， 以一定幀率采集圖像，并選取合適的圖像大小，不影響視覺解算軟件實(shí)時(shí)處理為宜；
[0044]步驟400,將圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間，并設(shè)置閾值以提取加油錐套視覺強(qiáng)特征； [0045] 具體地，步驟400包括：
[0046]子步驟410,將圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間；相機(jī)所采集圖像為全彩色圖像，其由各為 8比特像素深度的紅、綠、藍(lán)圖像組成。通過提取紅色通道圖像，并通過下式將所采集圖像轉(zhuǎn) 換至HSV色彩空間：
[0050] H=H+360，if H<0
[0051 ] 其中，R、G、B分別代表RGB色彩空間的紅色、綠色和藍(lán)色的強(qiáng)度值，取值范圍0-255， 無量綱;H、S、V分別代表HSV色彩空間的色調(diào)、飽和度和明度的強(qiáng)度值，色調(diào)取值范圍為0° -360°，飽和度取值范圍是0 % -100 %，飽和值越大，顏色越飽和，明度取值范圍是0 % -100 %， 顏色從黑到白。
[0052]子步驟420,通過設(shè)置H通道閾值，即可提取圖像所需通道的色彩蒙板，從而將加油 錐套端面圖像與背景分割。
[0053]步驟500,采用Canny邊緣檢測(cè)算法在加油錐套的視覺強(qiáng)特征中提取紅色反光膜 740的圖像邊緣和藍(lán)色反光膜750的圖像邊緣，并利用橢圓擬合算法求解紅色反光膜740的 圖像邊緣和藍(lán)色反光膜750的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)；
[0054] 具體地，步驟500包括：
[0055]子步驟510,采用Canny邊緣檢測(cè)算法對(duì)加油錐套730的圖像中紅色反光膜740和藍(lán) 色反光膜750的"環(huán)形"視覺特征進(jìn)行邊緣提取，記錄邊緣像素點(diǎn)在像素坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(X， y)；
[0056]子步驟520,加油錐套端面為圓形，所成圖像為橢圓；利用子步驟510邊緣提取得到 的邊緣像素點(diǎn)的坐標(biāo)信息，采用橢圓擬合算法計(jì)算紅色反光膜740的圖像邊緣和藍(lán)色反光 膜750的圖像邊緣形成的橢圓在像素坐標(biāo)系下的中心坐標(biāo)和橢圓的其他參數(shù)。橢圓擬合算 法如下：
[0057]平面任意位置的橢圓方程數(shù)學(xué)表達(dá)式：
[0059] 式中，（XQ，yo)代表橢圓的中心坐標(biāo)、a代表長軸半徑、b代表短軸半徑、<9代表長軸 與x軸的夾角。令：

[0065] 則橢圓的方程可改寫為：
[0066] x2+Axy+By2+Cx+Dy+E = 0 (8)
[0067] 根據(jù)最小二乘原理，應(yīng)通過求目標(biāo)函數(shù)：
[0069]來確定參數(shù)A、B、C、D和E。其中k = l，2,3, ? ? ?，n，n彡5。
[0070]由極值原理，欲使F值最小，必有：
[0072] 求解得A、B、C、D和E值后便可得到橢圓中心坐標(biāo)為：
[0074] 經(jīng)過色彩空間轉(zhuǎn)換、灰度閾值分割、最小二乘橢圓擬合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)加油錐套的識(shí)別 任務(wù)，并有效地提取了橢圓長軸半徑a、橢圓短軸半徑b和長軸與x軸的夾角
[0075] 步驟600,利用空間圓的不同旋轉(zhuǎn)方式之間的等價(jià)關(guān)系以及所得紅色反光膜740的 圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)求解加油錐套空間姿態(tài)角度一一俯仰角和偏航角，并利用藍(lán)色 反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)對(duì)求解得到的姿態(tài)角度進(jìn)一步處理，消除加油錐套空 間姿態(tài)測(cè)量中的二義性，獲得加油錐套的準(zhǔn)確姿態(tài)角度。
[0076] 具體地，步驟600包括：
[0077] 子步驟610，定義加油錐套靜止坐標(biāo)系s : 0XYZ，空間旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系b: oxyz，且s : 0XYZ 與相機(jī)坐標(biāo)系成鏡像關(guān)系。靜止坐標(biāo)系固定不動(dòng)，而旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系依次繞靜止坐標(biāo)系的Y軸和 X軸旋轉(zhuǎn)，并定義其旋轉(zhuǎn)過的角度分別為偏航角P和俯仰角0。
[0078]采用兩種旋轉(zhuǎn)方式來描述加油錐套的空間相對(duì)姿態(tài)。第一種旋轉(zhuǎn)是按轉(zhuǎn)動(dòng)方 式求解姿態(tài)Cf矩陣。對(duì)于加油錐套的任意空間姿態(tài)，均可以通過此種方式將其從垂直于相 機(jī)成像面的姿態(tài)轉(zhuǎn)換至當(dāng)前姿態(tài)。其旋轉(zhuǎn)順序?yàn)橄壤@Y軸旋轉(zhuǎn)再繞新的X'軸旋轉(zhuǎn)0，即可 得到當(dāng)前加油錐套空間姿態(tài)。根據(jù)歐拉角度變換規(guī)則，可知，該旋轉(zhuǎn)矩陣為：
[0080] 其中，1^、132表示靜止坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)之后的坐標(biāo)系。
[0081 ]第二種加油錐套空間姿態(tài)描述方式是按a-0- y轉(zhuǎn)動(dòng)方式求解旋轉(zhuǎn)矩陣Cf。.該方式 基于加油錐套圖像序列處理得到的橢圓擬合結(jié)果進(jìn)行空間姿態(tài)旋轉(zhuǎn)變換，所需參數(shù)a為橢 圓長軸與x軸夾角，即S角，0為紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓偏心率的反余弦，
標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣為： ，Y為輔助旋轉(zhuǎn)角。第二種加油錐套空間姿態(tài)描述方式相對(duì)于靜止坐
[0083]因兩種旋轉(zhuǎn)方式具有等價(jià)性，對(duì)比式（12)和（13)，由第三行不含y項(xiàng)，可得：
[0085]左右兩邊平方和均為1，形成"自洽"，即三個(gè)等式之間具有內(nèi)部邏輯性，任意兩個(gè) 等式的解適用于第三個(gè)等式。若已知a，P，則有：
[0087]根據(jù)圖像橢圓擬合參數(shù)數(shù)據(jù)即可解算得到加油錐套的空間姿態(tài)信息(漢的。
[0088]子步驟620，消除加油錐套姿態(tài)角度解算二義性；
[0089] 對(duì)于識(shí)別圓面姿態(tài)問題，各角度值域均在(-90°，90°)范圍內(nèi)。a角度測(cè)量值的正負(fù) 取值不存在問題；而0的正負(fù)無從判定，故存在雙解，其中一個(gè)解為錯(cuò)解。通過在加油錐套 730內(nèi)側(cè)加貼藍(lán)色反光膜750的方式，對(duì)比藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓中心坐標(biāo)和紅 色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的中心坐標(biāo)，即可判定0的正負(fù)，進(jìn)而確定加油錐套的準(zhǔn)確 姿態(tài)角度。
[0090] 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差圖見圖5,可見姿態(tài)測(cè)量誤差在1°以內(nèi)，并對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn) 行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得到結(jié)果見表1，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度說明本發(fā)明的可靠和高效。
[0092]基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)， 如圖6所示，由于該系統(tǒng)解決技術(shù)問題的原理和一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法相似， 因此該系統(tǒng)的實(shí)施可參照方法的實(shí)施，重復(fù)之處不再贅述。
[0093]坐標(biāo)系定義模塊800,用于定義加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量所用的相關(guān)坐標(biāo)系，包括世 界坐標(biāo)系、相機(jī)坐標(biāo)系、像素坐標(biāo)系和圖像物理圖像坐標(biāo)系；
[0094]圖像采集模塊810,用于采用受油機(jī)700機(jī)背上的相機(jī)710采集改裝后的加油錐套 730運(yùn)動(dòng)視頻，以一定幀率采集圖像，并選取合適的圖像大??；
[0095]特征提取模塊820,用于將圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間，并設(shè)置閾值以提取加油錐套 視覺強(qiáng)特征；
[0096]橢圓擬合模塊830,用于采用Canny邊緣檢測(cè)算法在加油錐套的視覺強(qiáng)特征中提取 所色反光膜的圖像邊緣和藍(lán)色反光膜的圖像邊緣，并利用橢圓擬合算法求解紅色反光膜的 圖像邊緣和藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)；
[0097]姿態(tài)求解模塊840,用于利用紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)求解加油 錐套的姿態(tài)角度，并利用藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)對(duì)求解得到的姿態(tài)角度 進(jìn)一步處理，消除加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量中的二義性，獲得加油錐套的準(zhǔn)確姿態(tài)角度。
[0098] 應(yīng)當(dāng)理解，以上一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)包括的模塊僅為根據(jù)該系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行的邏輯劃分，實(shí)際應(yīng)用中，可以進(jìn)行上述模塊的疊加或拆分。并且該實(shí)施例 提供的一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能與上述實(shí)施例提供的一種空中 加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法一一對(duì)應(yīng)，對(duì)于該系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的更為詳細(xì)的處理流程，在上述 方法實(shí)施例一中已做詳細(xì)描述，此處不再詳細(xì)描述。
[0099] 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí) 施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī) 可用存儲(chǔ)介質(zhì)（包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等）上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品的形式。
[0100] 本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法、設(shè)備（系統(tǒng)）、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程 圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流 程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序 指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn) 生一個(gè)機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí) 現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。
[0101] 這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特 定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指 令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或 多個(gè)方框中指定的功能。
[0102] 這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì) 算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或 其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一 個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。
[0103] 盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0104] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量方法，其特征在于，所述方法包括： 采集加油錐套的運(yùn)動(dòng)視頻，并在所述運(yùn)動(dòng)視頻中采集圖像，其中所述加油錐套的端面 安裝有紅色反光膜，所述加油錐套內(nèi)側(cè)安裝有藍(lán)色反光膜； 將所述圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間，并設(shè)置閾值以提取所述加油錐套視覺強(qiáng)特征； 采用Canny邊緣檢測(cè)算法在所述加油錐套的視覺強(qiáng)特征中提取所述紅色反光膜的圖像 邊緣和藍(lán)色反光膜的圖像邊緣，并利用橢圓擬合算法求解所述紅色反光膜的圖像邊緣和藍(lán) 色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)； 利用所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)求解所述加油錐套的姿態(tài)角度，并 利用所述藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)對(duì)求解得到的所述姿態(tài)角度進(jìn)一步處 理，消除所述加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量中的二義性，獲得所述加油錐套的準(zhǔn)確姿態(tài)角度。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟將所述圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間，并設(shè)置 閾值以提取所述加油錐套視覺強(qiáng)特征具體包括： 通過下式將所述圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間：H=H+360,if H<0 其中，R、G、B分別代表RGB色彩空間的紅色、綠色和藍(lán)色的強(qiáng)度值;H、S、V分別代表HSV色 彩空間的色調(diào)、飽和度和明度的強(qiáng)度值； 設(shè)置H通道閾值，提取所述圖像所需通道的色彩蒙板，從而將所述加油錐套端面圖像與 背景分割，獲得所述加油錐套視覺強(qiáng)特征。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟利用所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的 橢圓的參數(shù)求解所述加油錐套的姿態(tài)角度，并利用所述藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓 的參數(shù)對(duì)求解得到的所述姿態(tài)角度進(jìn)一步處理，消除所述加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量中的二義 性，獲得所述加油錐套的準(zhǔn)確姿態(tài)角度具體包括： 定義所述加油錐套的靜止坐標(biāo)系和空間旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，所述靜止坐標(biāo)系固定不動(dòng)，所述 空間旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系依次繞所述靜止坐標(biāo)系的Y軸和X軸旋轉(zhuǎn)，并定義其旋轉(zhuǎn)過的角度分別為偏 航角和俯仰角，所述姿態(tài)角度包括所述偏航角和俯仰角，其中所述偏航角和俯仰角均通過 所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓偏心率的反余弦計(jì)算獲得； 對(duì)比所述藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓中心坐標(biāo)和所述紅色反光膜的圖像邊緣 形成的橢圓的中心坐標(biāo)，判定所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓偏心率的反余弦的正 負(fù)，進(jìn)而確定所述加油錐套的準(zhǔn)確姿態(tài)角度。4. 一種空中加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括： 圖像采集模塊，用于采集加油錐套的運(yùn)動(dòng)視頻，并在所述運(yùn)動(dòng)視頻中采集圖像，其中所 述加油錐套的端面安裝有紅色反光膜，所述加油錐套內(nèi)側(cè)安裝有藍(lán)色反光膜； 特征提取模塊，用于將所述圖像轉(zhuǎn)換至HSV色彩空間，并設(shè)置閾值以提取所述加油錐套 視覺強(qiáng)特征； 橢圓擬合模塊，用于采用Canny邊緣檢測(cè)算法在所述加油錐套的視覺強(qiáng)特征中提取所 述紅色反光膜的圖像邊緣和藍(lán)色反光膜的圖像邊緣，并利用橢圓擬合算法求解所述紅色反 光膜的圖像邊緣和藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)； 姿態(tài)求解模塊，用于利用所述紅色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)求解所述加油 錐套的姿態(tài)角度，并利用所述藍(lán)色反光膜的圖像邊緣形成的橢圓的參數(shù)對(duì)求解得到的所述 姿態(tài)角度進(jìn)一步處理，消除所述加油錐套空間姿態(tài)測(cè)量中的二義性，獲得所述加油錐套的 準(zhǔn)確姿態(tài)角度。
【文檔編號(hào)】G01C11/02GK106052650SQ201610579748
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月21日 公開號(hào)201610579748.0, CN 106052650 A, CN 106052650A, CN 201610579748, CN-A-106052650, CN106052650 A, CN106052650A, CN201610579748, CN201610579748.0
【發(fā)明人】孔星煒, 董新民, 支健輝, 王旭峰
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍空軍工程大學(xué)