基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法及装置，该方法在时序影像动态成像模型中引入时间要素，得到航空下视时间时序影像的瞬时投影模型，并得到目标物像方运动速度与物方运动速度的关系，具有简便快捷，计算准确，充分利用像方测量结果的效果。

Method and device for measuring ground target velocity based on visual sequence images under space-based basis

The present invention discloses a method and device for measuring the velocity of ground object based on the image of space base, which introduces the time factor in the dynamic imaging model of the time series image, and obtains the instantaneous projection model of the time series image under the aerial image, and obtains the relation between the velocity of the object image and the motion speed of the object. It is simple, quick and accurate, and makes full use of the result of image measurement.

【技术实现步骤摘要】
基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法及装置
本专利技术涉及一种基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法及装置，属于空基下视时序影像领域。
技术介绍
时序影像中存在3个时间项，曝光时间间隔、曝光开始时间、曝光时间。相邻两次曝光开始时间的间隔是曝光间隔T(单位是s)，曝光频率(FPS)是F(单位是fps)，F与T为倒数关系。航空时序影像与常规航片包含信息、用途不同。时序影像的研究主要分为两个技术途径：一方面起源于机器视觉的理论和应用，主要以光流算法为主，提高光流算法的精度、通过结构特征和轮廓特征增强稠密光流算法的稳定性、像空间分区域分析光流特征、基于目标物运动的特点研究光流的平滑。这类现有方法围绕时序影像的像方变化特征提高同名点跟踪算法的精度、速度、稳定性等性能，并且将光流算法应用于地物分类、静止地表背景识别和距离测量等。如CN201710546833.1中公开的《基于无人机单目时序影像的电力线下方地物距离检测方法》。另一方面摄影测量研究以严格成像模型为研究手段，基于几何约束条件提高时序影像同名点提取精度、从视频相机的镜头畸变角度优化相机精度，采用传统面阵相机的方法进行视频数据标定。这些现有摄影测量方法以静态影像处理思维处理动态时序影像数据，并未对所得数据进行充分利用。现有下视时序影像的运用主要集中与长时间拍摄所得图像处理，而但实际环境下，飞行平台容易受到动力、气流等多方面不确定因素影响，平台的运动轨迹复杂，难以在现有的模型中用运动方程准确描述长时间的不规则运动情况。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法，该方法准确反应飞行平台处于长期不规则运动情况下的物方运动和像方运动转换关系，从而准确的从所得下视时序影像得出所监控像方的各项运动情况和高程。包括以下步骤：步骤S100：定义飞行平台获取的下视时序影像的像方点p的像坐标为x,y，目标物对应的物方点P的t时刻坐标为(Xt,Yt,Zt)，相机摄站点S的坐标为(XS、YS、ZS)，目标物运动起始点P0的坐标(X0、Y0、Z0)，构建物方运动速度的像方投影关系：其中，Δx和Δy分别为物方速度在X轴上的分量和Y轴上的分量，f为相机的焦距，VX、VY是像方运动速度的X、Y轴上的分量，VCAM为相机在物方纵向的移动速度，Z0为目标物运动起始点P0的Z轴坐标；步骤S200：测定像方运动参数,构建物方瞬时位置方程：其中，Xt,Yt,Zt为物方点P的t时刻坐标，X0、Y0、Z0为目标物运动起始点P0的坐标，VX、VY为目标物运动速度的X轴、Y轴速度分量，t为运动时间；步骤S300：由公式(7)和公式(9)得到目标物像方速度与物方运动速度映射关系：将像方运动参数代入公式(11)中，计算得到目标物的地面运动速度。优选地，当目标物静止时，目标物对应的物方点P的t时刻坐标即为目标物运动起始点P0的坐标，则静止目标物的高Z0为：优选地，步骤S100包括以下步骤：步骤S110：构建包含时间要素的时序影像动态成像模型，时序影像动态成像模型包括：共线方程、目标物运动方程、相机运动方程和相机姿态方程；步骤S120：在tn至tn+1的瞬时采样间隔内，根据时序影像动态成像模得到瞬时相机运动方程、瞬时相机姿态方程、瞬时目标物运动方程；步骤S130：根据瞬时相机运动方程、瞬时相机姿态方程和瞬时目标物运动方程得到物方运动速度的像方投影关系。优选地，瞬时相机运动方程为：其中，K为航高。优选地，瞬时相机姿态方程为：其中，ωS、κS为相机的瞬时姿态参数。优选地，瞬时目标物运动方程：目标物静止时：目标物运动时：本专利技术的又一方面还提供了一种基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量装置，包括：定义投影模块：用于定义飞行平台获取的下视时序影像的像方点p的像坐标为x,y，目标物对应的物方点P的t时刻坐标为(Xt,Yt,Zt)，相机摄站点S的坐标为(XS、YS、ZS)，目标物运动起始点P0的坐标(X0、Y0、Z0)，构建物方运动速度的像方投影关系：其中，Δx和Δy分别为物方速度在像方横纵轴上的分量，f为相机的焦距，VX、VY是像方运动速度的X、Y轴上的分量，VCAM为相机在物方纵向的移动速度，Z0为目标物运动起始点P0的Z轴坐标；测量模块，用于测定像方运动参数,构建物方瞬时位置方程：其中，Xt,Yt,Zt为物方点P的t时刻坐标，X0、Y0、Z0为目标物运动起始点P0的坐标，VX、VY为目标物运动速度的X轴、Y轴速度分量，t为运动时间；计算模块，用于由公式(7)和公式(9)得到目标物像方速度与物方运动速度映射关系：将像方运动参数代入公式(11)中，计算得到目标物的地面运动速度。优选地，目标物静止时，目标物对应的物方点P的t时刻坐标即为目标物运动起始点P0的坐标，则静止目标物的高Z0为：优选地，定义投影模块包括：建模模块，用于构建包含时间要素的时序影像动态成像模型，时序影像动态成像模型包括：共线方程、目标物运动方程、相机运动方程和相机姿态方程；瞬时模块，用于在tn至tn+1的瞬时采样间隔内，根据时序影像动态成像模得到瞬时相机运动方程、瞬时相机姿态方程、瞬时目标物运动方程；投影模块，用于根据瞬时相机运动方程、瞬时相机姿态方程和瞬时目标物运动方程得到物方运动速度的像方投影关系。优选地，瞬时相机运动方程为：其中，K为航高；优选的，瞬时相机姿态方程为：其中，ωS、κS相机的瞬时姿态参数；瞬时目标物运动方程：目标物静止时：目标物运动时：本专利技术能产生的有益效果包括：1)本专利技术所提供的基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法，在时序影像动态成像模型中引入时间要素，得到航空下视时间时序影像的瞬时投影模型，并得到目标物像方运动速度与物方运动速度的关系，具有简便快捷，计算准确，充分利用像方测量结果的效果。2)本专利技术所提供的基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量装置，仅需测量像方的图像中目标物的运动速度即可准确得出物方目标物的运动速度，简单快捷，计算量小。附图说明图1为本专利技术优选实施例中基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法流程框图；图2本专利技术优选实施例中物方和像方坐标系示意图，其中(a)为物方直角坐标系，O为物方起点，以tn时刻相机为物方起点O，Q为tn+1的物方终点，(b)为像平面坐标系；图3为本专利技术优选实施例中基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量装置示意框图；图4为本专利技术验证试验的仿真航空下视时序影像场景示意图；图5为本专利技术验证试验的仿真影像第10帧示意图；图6为本专利技术验证试验的仿真动态标靶像方运动特征示意图。具体实施方式下面结合实施例详述本专利技术，但本专利技术并不局限于这些实施例。本文中物方是指真实的三维世界，包括物方坐标、物方高程等特征。像方是指飞行平台拍摄所得空基下视时序影像各图片中的目标物影像，包括像方速度、像方高度等特征。参见图1，本专利技术提供了一种基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法，包括以下步骤：步骤S100：定义飞行平台获取的下视时序影像的像方点p的像坐标为x,y，目标物对应的物方点P的t时刻坐标为(Xt,Yt,Zt)，相机摄站点S的坐标为(XS、YS、ZS)，目标物运动起始点P0的坐标(X0、Y0、Z0)，构建物方运动速度的像方投影关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：定义飞行平台获取的下视时序影像的像方点p的像坐标为x,y，目标物对应的物方点P的t时刻坐标为(Xt,Yt,Zt)，相机摄站点S的坐标为(XS、YS、ZS)，所述目标物运动起始点P0的坐标(X0、Y0、Z0)，构建物方运动速度的像方投影关系：

【技术特征摘要】
1.一种基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S100：定义飞行平台获取的下视时序影像的像方点p的像坐标为x,y，目标物对应的物方点P的t时刻坐标为(Xt,Yt,Zt)，相机摄站点S的坐标为(XS、YS、ZS)，所述目标物运动起始点P0的坐标(X0、Y0、Z0)，构建物方运动速度的像方投影关系：其中，Δx和Δy分别为物方速度在X轴上的分量和Y轴上的分量，f为相机的焦距，VX、VY是像方运动速度的X、Y轴上的分量，VCAM为相机在物方纵向的移动速度，Z0为目标物运动起始点P0的Z轴坐标；步骤S200：测定像方运动参数,构建物方瞬时位置方程：其中，Xt,Yt,Zt为物方点P的t时刻坐标，X0、Y0、Z0为所述目标物运动起始点P0的坐标，VX、VY为所述目标物运动速度的X轴、Y轴速度分量，t为运动时间；步骤S300：由公式(7)和公式(9)得到所述目标物像方速度与物方运动速度映射关系：将所述像方运动参数代入公式(11)中，计算得到所述目标物的地面运动速度。2.根据权利要求1所述的基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法，其特征在于，当所述目标物静止时，所述目标物对应的物方点P的t时刻坐标即为目标物运动起始点P0的坐标，则所述静止目标物的高Z0为：3.根据权利要求1或2所述的基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法，其特征在于，所述步骤S100包括以下步骤：步骤S110：构建包含时间要素的时序影像动态成像模型，所述时序影像动态成像模型包括：共线方程、目标物运动方程、相机运动方程和相机姿态方程；步骤S120：在tn至tn+1的瞬时采样间隔内，根据所述时序影像动态成像模得到瞬时相机运动方程、瞬时相机姿态方程、瞬时目标物运动方程；步骤S130：根据所述瞬时相机运动方程、瞬时相机姿态方程和瞬时目标物运动方程得到所述物方运动速度的像方投影关系。4.根据权利要求3所述的基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法，其特征在于，所述瞬时相机运动方程为：其中，K为航高。5.根据权利要求3所述的基于空基下视时序影像的地面目标物速度测量方法，其特征在于，所述瞬时相机姿态方程为：ωS＝0、κS＝0其中，ωS、κS为相机的瞬时姿态参数。6.根据权利要求3所述的基于空基下视时序影像的地面目...

【专利技术属性】
技术研发人员：高力，张昊，金飞，王番，芮杰，刘智，
申请(专利权)人：高力，张昊，
类型：发明
国别省市：陕西,61