一種測量航空器速度的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測量航空器速度的方法，利用攝像機(jī)拍攝的序列圖像估算航空器速度，其實現(xiàn)包括以下步驟：步驟1.根據(jù)姿態(tài)角度信息分別將前后兩時刻的圖像從當(dāng)前位置校正到姿態(tài)角均為0的位置；步驟2.基于SIFT算法對前述兩幅圖像進(jìn)行自動配準(zhǔn)，確定前后兩時刻的圖像重合區(qū)域，得到一組最佳匹配點(diǎn)；以及步驟3.結(jié)合遙感器高度信息和拍攝時間計算出航空器的速度。本發(fā)明的測量航空器速度的方法具有工作性能獨(dú)立、抗干擾力強(qiáng)和使用簡單方便等優(yōu)點(diǎn)，適合未來的航空發(fā)展趨勢。
【專利說明】一種測量航空器速度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空遙感領(lǐng)域，具體而言涉及一種測量航空器速度的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 攝像機(jī)成像模型：由于攝像機(jī)固定在航空器上，因此，攝像機(jī)的位姿可直接用于表 征航空器的位姿。攝像機(jī)成像模型可描述如下：
[0003]

【權(quán)利要求】
1. 一種測量航空器速度的方法，利用攝像機(jī)拍攝的序列圖像估算航空器速度，其特征 在于，包括以下步驟： 步驟1、根據(jù)姿態(tài)角度信息分別將前后兩時刻的圖像從當(dāng)前位置校正到姿態(tài)角均為〇 的位置； 步驟2、基于SIFT算法對前述兩幅圖像進(jìn)行自動配準(zhǔn)，確定前后兩時刻的圖像重合區(qū) 域，得到一組最佳匹配點(diǎn)；以及 步驟3、結(jié)合遙感器高度信息和拍攝時間計算出航空器的速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量航空器速度的方法，其特征在于，前述步驟1的實現(xiàn)包括 以下步驟： 首先確定轉(zhuǎn)換后圖像大小，然后將校正后的坐標(biāo)值逆變換至原圖像坐標(biāo)點(diǎn)，最后通過 二次插值法進(jìn)行亞像素定位，得到校正后的圖像，其中校正公式為：
式中：入為比例因子，K為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣，R為單位正交旋轉(zhuǎn)矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量航空器速度的方法，其特征在于，前述步驟2的具體實現(xiàn) 包括以下步驟： (1) 關(guān)鍵點(diǎn)的檢測：將輸入圖像通過不同尺度的高斯核函數(shù)連續(xù)濾波和下采樣，形成 高斯金字塔圖像，然后再對相鄰尺度的兩個高斯圖像相減得到DoG金字塔多尺度空間表 示； 對DoG尺度空間每個點(diǎn)與相鄰尺度和相鄰位置的點(diǎn)逐個進(jìn)行比較，得到的局部極值位 置即為關(guān)鍵點(diǎn)所處的位置和對應(yīng)的尺度； (2) 構(gòu)造 SIFT描述子：利用關(guān)鍵點(diǎn)鄰域像素的梯度方向分布特性，為每個關(guān)鍵點(diǎn)指定 方向參數(shù)：將坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)到特征點(diǎn)方向，以保證旋轉(zhuǎn)不變性；對任意一個關(guān)鍵點(diǎn)，在其所在 的尺度空間，取以關(guān)鍵點(diǎn)為中心的16X 16像素大小的鄰域，再將此鄰域均勻地分為4X4個 子區(qū)域，對每個子區(qū)域計算梯度方向直方圖，該直方圖均勻分為8個方向；然后，對4X4個 子區(qū)域的8方向梯度直方圖根據(jù)位置依次排序，構(gòu)成一個4X4X8= 128維的向量，該向量 即為SIFT描述子； (3) 特征匹配：采用歐式距離作為兩幅圖像中關(guān)鍵點(diǎn)的相似性判定度量，當(dāng)此距離小 于設(shè)定閾值時，則判定該兩個關(guān)鍵點(diǎn)為可能的匹配點(diǎn)； (4) 去除誤匹配：對已經(jīng)確定的所有可能匹配點(diǎn)對，設(shè)定較小的容差，應(yīng)用RANSAC魯棒 方法進(jìn)行幾何一致性檢驗，得到一組最佳匹配點(diǎn)； (5) 仿射變換：將兩幅圖像映射到同一個坐標(biāo)系下確定重合區(qū)域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量航空器速度的方法，其特征在于，前述步驟3中，對經(jīng)過 校正的前后兩時刻序列圖像的匹配點(diǎn)，位于不同高度上相互平行且平行于月面的平面上， 故結(jié)合高度信息可分別求出攝像機(jī)光心在x、y、z方向上的位移，然后對各方向的位移進(jìn)行 差分即可得到各方向的瞬時速度，具體包括： 對一個坐標(biāo)軸方向和兩時刻h和!^,P1和p2是匹配點(diǎn)對，是月面上同一點(diǎn)P在不同時 刻的像點(diǎn)，故根據(jù)相似三角形原理可得得到：
式中：i = 1，2, Oi是相機(jī)的位置，OiCi為攝像機(jī)焦距f，OiT i為攝像機(jī)高度Hi,點(diǎn)Ci為 h時刻圖像的中心點(diǎn)，CiPi為圖像中像素點(diǎn)Pi到中心像素點(diǎn)的距離； 由于攝像機(jī)焦距f、攝像機(jī)高度OiTi已知，通過測量圖像中匹配點(diǎn)P1和P 2到圖像中心 像素點(diǎn)的距離CiPi,得到：
由此，求得兩時刻間攝像機(jī)光心相對于地面的位移T1T2 :
結(jié)合拍攝時間，對各方向的位移進(jìn)行差分即可得到各方向的瞬時速度： V = T1IVCl I^t11)。
【文檔編號】G06T7/00GK104331882SQ201410579587
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】孫權(quán)森, 王立, 周雨薇, 王濤, 沈肖波 申請人:南京理工大學(xué)