專(zhuān)利名稱(chēng)：線陣圖像中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攝影測(cè)量、圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及線陣圖像中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)圖像中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)分析和參數(shù)測(cè)量在國(guó)防預(yù)警、交通管制等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，長(zhǎng)期以來(lái)一直是攝影測(cè)量、圖像處理領(lǐng)域長(zhǎng)期研究的重要課題。在各種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)、跟蹤和識(shí)別中，運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量是一個(gè)關(guān)鍵的內(nèi)容。目前，利用光學(xué)圖像測(cè)量目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法主要有兩種第一種，對(duì)目 標(biāo)進(jìn)行連續(xù)拍攝獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的序列圖像，通過(guò)計(jì)算相鄰圖像幀之間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的距離來(lái)計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的速度和方向等參數(shù)；第二種，利用目標(biāo)單幅成像時(shí)曝光時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)模糊，計(jì)算出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的速度和方向等參數(shù)。這兩種方法都是基于面陣像機(jī)獲取的光學(xué)圖像，第一種方法需要處理的數(shù)據(jù)量較大，由于面陣像機(jī)拍攝頻率的限制，為了獲得目標(biāo)的序列圖像，常常要設(shè)置多臺(tái)像機(jī)進(jìn)行拍攝，增加了像機(jī)標(biāo)定和布置的難度。第二種方法需要從目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模糊中得到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)位移，對(duì)特征提取的算法要求較高，精度難以保證。相比以面陣傳感器為成像器件的面陣像機(jī)而言，以線陣傳感器為成像器件的線陣像機(jī)在靈敏度、成像頻率等方面更具優(yōu)勢(shì)，線陣像機(jī)掃描成像的獨(dú)特原理使得它獲得的線陣圖像具有背景單一，分辨率高的特點(diǎn)，特別在拍攝高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)時(shí)，可以得到目標(biāo)輪廓更為清晰的目標(biāo)影像，因此，線陣圖像在分析運(yùn)動(dòng)目標(biāo)方面具有很好的潛質(zhì)。目前，尚沒(méi)有該方面的測(cè)量方法的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的線陣圖像計(jì)算目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度和方向等參數(shù)。本發(fā)明的目的是提供一種新的利用光學(xué)圖像測(cè)量目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法，為從線陣圖像中測(cè)量目標(biāo)的位置、姿態(tài)和速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)提供了一種技術(shù)途徑。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種線陣圖像中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于包括下述步驟第一步，進(jìn)行線陣像機(jī)的標(biāo)定。對(duì)用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的線陣像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取線陣像機(jī)的內(nèi)方位元素和外方位元素。第二步，確定線陣像機(jī)的成像模型。確定空間任意一點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)之間的成像幾何關(guān)系。第三步，計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上選取至少5個(gè)能夠在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)線陣圖像上找出其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)的特征點(diǎn)，利用這些特征點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)之間的成像幾何關(guān)系，建立成像關(guān)系式，獲得一系列關(guān)于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的非線性方程，通過(guò)對(duì)由這些非線性方程構(gòu)成的非線性方程組的優(yōu)化求解，得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用線陣像機(jī)獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的線陣圖像，該圖像在反映目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況方面具有分辨率高，目標(biāo)輪廓清晰的特點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的線陣圖像能夠同時(shí)記錄運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在成像過(guò)程中的時(shí)間和空間信息，通過(guò)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上的特征點(diǎn)與其線陣圖像上對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)之間的成像幾何關(guān)系，可以精確地測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。


圖I是線陣圖像中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量方法的流程圖；圖2是線陣像機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)掃描成像的示意圖；圖3是目標(biāo)上的特征點(diǎn)與其對(duì)應(yīng)的線陣圖像中的成像點(diǎn)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。第一步，進(jìn)行線陣像機(jī)的標(biāo)定。本發(fā)明中采用的是線陣像機(jī)作為攝影測(cè)量的工具。線陣像機(jī)的成像模型中包含了線陣像機(jī)的內(nèi)方位元素和外方位元素，這些方位元素是通過(guò)線陣像機(jī)的標(biāo)定來(lái)獲取的。線陣像機(jī)的標(biāo)定以及成像模型的描述具體參見(jiàn)C. A. Luna, M. Mazo, et al, Calibration ofLine-Scan Cameras, IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, 2010，59，(8), pp. 2185-2190.為了描述線陣像機(jī)成像時(shí)空間關(guān)系，定義如下坐標(biāo)系(如附圖2所示)測(cè)量坐標(biāo)系O-XYZ :在實(shí)際運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的測(cè)量中，選擇地平面上任一點(diǎn)作為測(cè)量坐標(biāo)系原點(diǎn)0，正北方向?yàn)閄軸的正方向，豎直向上的方向?yàn)閆軸正方向，O-XY平面與地平面重合，O-XY平面與Z軸構(gòu)成右手系。測(cè)量坐標(biāo)系用以描述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和線陣像機(jī)的空間姿態(tài)和位置；像空間坐標(biāo)系o-xyz o為線陣像機(jī)傳感器的攝影中心，z軸的正方向是主光軸朝向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方向，y軸的正方向是平行于線陣傳感器且豎直向下的方向，X軸垂直于線陣傳感器的方向，o-xy平面與z軸構(gòu)成右手系；像平面坐標(biāo)系o' -X, y':坐標(biāo)原點(diǎn)o'為傳感器的成像主點(diǎn)，X'軸平行于X軸，y'軸平行于y軸。目標(biāo)坐標(biāo)系0。-^:為敘述方便定義該坐標(biāo)系，用以描述目標(biāo)上的點(diǎn)在目標(biāo)上的位置。目標(biāo)的位置、姿態(tài)和速度參數(shù)和像機(jī)的位置和姿態(tài)參數(shù)都在測(cè)量坐標(biāo)系中定義。對(duì)用于拍攝運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的線陣像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲得線陣像機(jī)的內(nèi)方位元素和外方位元素。線陣像機(jī)的內(nèi)方位元素包括傳感器的焦距f，像主點(diǎn)偏移量yo;外方位元素包括傳感器的位置(用攝影中心的坐標(biāo)O (Xs，Ys, Zs)表示)，姿態(tài)(用像空間坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系坐標(biāo)軸之間旋轉(zhuǎn)過(guò)的角度￠, ，K表示)。第二步，確定線陣像機(jī)的成像模型。確定空間任意一點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)之間的成像幾何關(guān)系。測(cè)量坐標(biāo)系中的任意一空間點(diǎn)(X，Y，Z)與其對(duì)應(yīng)的成像點(diǎn)U丨,y/ )之間的成像幾何關(guān)系，即線陣像機(jī)的成像模型表示為
權(quán)利要求
1.一種線陣圖像中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量方法，其特征在于包括下述步驟 第一步，進(jìn)行線陣像機(jī)的標(biāo)定 對(duì)用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的線陣像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取線陣像機(jī)的內(nèi)方位元素和外方位元素； 第二步，確定線陣像機(jī)的成像模型 確定空間任意一點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)之間的成像幾何關(guān)系； 第三步，計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上選取至少5個(gè)能夠在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)線陣圖像上找出其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)的特征點(diǎn)，利用這些特征點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)之間的成像幾何關(guān)系，建立成像關(guān)系式，獲得關(guān)于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的非線性方程，通過(guò)對(duì)由上述非線性方程構(gòu)成的非線性方程組的優(yōu)化求解，得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用光學(xué)圖像測(cè)量目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法。技術(shù)方案包括下述步驟第一步，進(jìn)行線陣像機(jī)的標(biāo)定，獲取線陣像機(jī)的內(nèi)方位元素和外方位元素。第二步，確定線陣像機(jī)的成像模型，確定空間任意一點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)之間的成像幾何關(guān)系。第三步，計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上選取至少5個(gè)特征點(diǎn)，利用這些特征點(diǎn)和其對(duì)應(yīng)成像點(diǎn)之間的成像幾何關(guān)系，獲得關(guān)于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的非線性方程，通過(guò)求解方程得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。本發(fā)明能夠精確地測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
文檔編號(hào)G01C11/00GK102798380SQ20121023593
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月9日
發(fā)明者文貢堅(jiān), 趙竹新, 回丙偉 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)