一種測(cè)量航空器速度的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種測(cè)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(shí)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(shí)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(duì)前述兩幅圖像進(jìn)行自動(dòng)配準(zhǔn)，確定前后兩時(shí)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(shí)間計(jì)算出航空器的速度。本發(fā)明的測(cè)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(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，適合未來(lái)的航空發(fā)展趨勢(shì)。
【專利說(shuō)明】一種測(cè)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(cè)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(cè)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(shí)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(duì)前述兩幅圖像進(jìn)行自動(dòng)配準(zhǔn)，確定前后兩時(shí)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(shí)間計(jì)算出航空器的速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量航空器速度的方法，其特征在于，前述步驟1的實(shí)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(guò) 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(cè)量航空器速度的方法，其特征在于，前述步驟2的具體實(shí)現(xiàn) 包括以下步驟： (1) 關(guān)鍵點(diǎn)的檢測(cè)：將輸入圖像通過(guò)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(duì)相鄰尺度的兩個(gè)高斯圖像相減得到DoG金字塔多尺度空間表 示； 對(duì)DoG尺度空間每個(gè)點(diǎn)與相鄰尺度和相鄰位置的點(diǎn)逐個(gè)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(duì)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(gè)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(duì)任意一個(gè)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(gè) 子區(qū)域，對(duì)每個(gè)子區(qū)域計(jì)算梯度方向直方圖，該直方圖均勻分為8個(gè)方向；然后，對(duì)4X4個(gè) 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(gè)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(shí)，則判定該兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)為可能的匹配點(diǎn)； (4) 去除誤匹配：對(duì)已經(jīng)確定的所有可能匹配點(diǎn)對(duì)，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(yàn)，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(gè)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(cè)量航空器速度的方法，其特征在于，前述步驟3中，對(duì)經(jīng)過(guò) 校正的前后兩時(shí)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(duì)各方向的位移進(jìn)行 差分即可得到各方向的瞬時(shí)速度，具體包括： 對(duì)一個(gè)坐標(biāo)軸方向和兩時(shí)刻h和!^,P1和p2是匹配點(diǎn)對(duì)，是月面上同一點(diǎn)P在不同時(shí) 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(shí)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(guò)測(cè)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(shí)刻間攝像機(jī)光心相對(duì)于地面的位移T1T2 :
結(jié)合拍攝時(shí)間，對(duì)各方向的位移進(jìn)行差分即可得到各方向的瞬時(shí)速度： V = T1IVCl I^t11)。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104331882SQ201410579587
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:南京理工大學(xué)