本发明专利技术公布了一种基于视觉运动建模的传递对准方法及装置，属于视觉导航以及传递对准领域的应用范畴。根据需求和实际情况在子惯导附近事先布置好高速摄像机，使得待测子惯导位于摄像机的拍摄视场内，摄像机与主惯导固连。利用摄像机采集子惯导设备上标识点的高准确性、高精度特征点信息，通过视觉摄像机获得的图像序列对主子惯导的相对运动甚至相对扰动进行动态参数建模。在动态模型快速建立基础上，利用传递对准建立卡尔曼滤波方程进而实现主子惯导的传递对准。本发明专利技术可以用在需要进行主子惯导对准的领域解决高精度传递对准问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字摄像测量、计算机视觉、传递对准等领域，在利用摄像机测量的方法基础上进行速度匹配传递对准。
技术介绍
传递对准技术是武器惯 导系统准确定位，实施精确打击的保障，在军事领域已得到深入研究和广泛的应用。传递对准通常分粗对准(Coarse Alignment)和精对准(FineAlignment)两个阶段来完成。粗对准是将主惯导的位置、速度等导航信息直接传给子惯导，没有动态匹配的过程；精对准则要估计出主子惯导的失准角误差并做进一步的修正。目前，国外传递对准技术已经成功应用于各种类型的战术武器。例如美国的“捕鲸叉”空舰导弹、“哈姆”空地反辐射导弹、“SRAM”近距离空地导弹等。随着现代战争对快速反应和生存能力要求的不断提高，对传递对准的精度和快速性要求越来越高。目前，国内学者对传递对准技术有着广泛而深入的研究，如国防科技大学、西北工业大学、北京航空航天大学、空军工程大学、东南大学、哈尔滨工程大学、南京航空航天大学等国内各大高校及研究所都取得了相应的研究成果。但是，目前的传递对准技术大多局限于利用各种匹配算法和滤波技术改进传递对准精度以实时估计并修正平台误差角，对于运动过程中主子惯导的相对扰动以及振动情况下的传递对准技术鲜有研究。并且，随着数字式高速摄像机为代表的光学测量设备的不断更新，计算机视觉已经在智能人机交互、视觉交通监管等领域有着广泛的应用。在不需要人为干预的情况下，借助计算机强大的数据处理功能，通过对摄像机对监控场景拍摄的图像序列进行自动分析和处理，实现对监控场景中目标检测与识别。由于摄像机具有低成本、高精度、非接触等众多优点，在航空领域也发挥了越来越重要的作用。但是，目前的计算机视觉主要都集中于已知环境地图信息进行追踪或者根据合作目标进行位姿检测。国内还未有学者将其利用到传递对准的研究上。考虑到以上情况，将计算机视觉运动建模与传递对准结合起来以进一步提高传递对准的的精度和快速性。附录文献文献I :刘建业，曾庆化，赵伟，熊智等.导航系统理论与应用[M].西安西北工业大学出版社，2010.文献2 :(美)Shapiro L G, Stockman G C 著.赵清杰,钱芳,蔡利栋译.计算机视觉[M].机械工业出版社，2005.
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术不足，提供了一种基于视觉运动建模的传递对准方法及装置，该方法事先布置好摄像机，获得高准确性、高精度的特征点信息，通过拍摄的图像序列对主子惯导的相对扰动变化等情况建立实时的动态参数模型。在此基础上，利用传递对准建立卡尔曼滤波方程进而实现主子惯导的高精度传递对准。该专利技术适用于飞机、舰船、车辆等 多种载体。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案一种基于视觉运动建模的传递对准方法，包括以下步骤第一步对高速摄像机进行建模，获得从世界坐标系到图像坐标系的投影关系，并对高速摄像机的畸变进行非线性优化，再用两步法对高速摄像机进行标定；第二步根据需求和实际情况在子惯导附近事先布置好高速摄像机，使得待测子惯导位于高速摄像机的拍摄视场内。高速摄像机与主惯导固连，利用高速摄像机采集子惯导设备上标识点的特征点信息，通过高速摄像机获得的图像序列对主子惯导的相对运动和相对扰动进行动态参数建模；第三步采用捷联惯性测量单元中陀螺与加速度计分别采集得到子惯导的角速度和比力；第四步在第二步得到的视觉动态参数模型的基础上，利用传统的传递对准算法，将主惯导经补偿后得到的参数值传递给子惯导计算机，经卡尔曼滤波实时估计并修正姿态失准角实现主子惯导的对准，完成高精度传递对准的全过程。所述卡尔曼滤波包括系统连续状态方程和系统观测方程的建立如下在飞行器起飞准备或者起飞时，建立系统连续状态方程Mt) = A(t)X(t) + G(t)W(t) ,^ ^, X(t)为导航系统误差状态量，A(t)为状态转移矩阵，G(t)系统噪声系数矩阵，W(t)为导航系统噪声向量；建立系统观测方程Z(t) =H(t)X(t)+V(t)，其中Z(t)为量测系统的量测值，H(t)为量测系数矩阵，V(t)为观测白噪声矢量。一种基于视觉运动建模的传递对准方法的装置，其特征在于包括子惯导和高速摄像机，所述高速摄像机安装于子惯导附近处，使得待测子惯导位于高速摄像机的拍摄视场内，高速摄像机与主惯导固连，根据拍摄视场的需求合理调整摄像机的位置；事先在子惯导设备上喷绘若干个黑色直角十字架作为标识点，在运动前标定好摄像机，运动过程中将摄像机记录得到的含标识点的子惯导设备图像送给计算机进行分析，得到主子惯导的相对运动模型。本专利技术与现有技术相比有益效果体现在(I)本专利技术为基于视觉运动建模的传递对准方法研究，最终可用于需要进行主子惯导高精度对准的领域；(2)本专利技术采用的视觉对主子惯导的相对运动甚至相对扰动进行动态参数建模，与传统的传递对准算法相比，在运动参数模型的基础上建立传递对准方案对主子惯导的相对运动状态或者突发的扰动能够产生快速的响应，有利于高精度的进行主子惯导的传递对准。(3)本专利技术利用卡尔曼滤波最优加权平均的本质，通过对载机上主惯导和子惯导的速度误差进行观测，实现对子惯导系统平台失准角的最优估计与补偿，实现了高精度的姿态校准。附图说明 图I是本专利技术整体流程图。图2是摄像机成像模型。图3是基于视觉运动建模的方案原理图。具体实施方式摄像测量方法由于其具有非接触、精度高的优点，在许多领域都有着广泛的研究和应用。而随着现代战争对快速反应和生存能力要求的不断提高，对传递对准的精度和快速性要求也越来越高。将这两者相结合部署在各种传递对准的场合，能够有助于提高各种制导设备的性能，大大提高对准精度。下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明本方法的流程图如图I所示，通过视觉摄像机获得的图像序列对主子惯导的相对运动甚至相对扰动进行动态参数建模，在此基础上，利用传递对准方案建立卡尔曼滤波方 程进而实现主子惯导的传递对准。为了完成高精度的传递对准，需要完成以下工作I、摄像机模型的建立与标定要从摄像机获得的图像中解算出目标的三位信息，必须获得摄像机的成像模型。如图2所示，在这个模型中有四个坐标系世界坐标系ow-xwywzw，摄像机坐标系Oc-Xc7cZc,图像坐标系O1-Xy,计算机图像坐标系o-uv。当摄像机成像时,空间内任意一点在图像上的成像位置可用针孔模型近似表示，如点P (xw, yw, zw)在图像上的投影位置p (u，v)，为光心O。与P的连线与图像平面的交点，这种关系称透视投影。依据中心透视投影模型中的三角关系，像点P的图像坐标(U，V)与物点P的像机坐标系坐标(x。，yc, zc)的关系为 U-U0 _ xc / ~T彳c(I)H0 ./vI其中，(u。，V。)为图像中心坐标，(fu，fv)为横、纵向等效焦距，是实际光学焦距f 分别与像元的横向尺寸dx、纵向尺寸dy之比。式(I)用齐次坐标表达为 叫 /L 0 U0 0]卜zc v = 0 fv V0 0(2) I」[0 0 I O」世界坐标系与摄像机坐标系存在如下变换X I厂X cw& =^3x3 M &⑶ / L0 1」 IJI其中，R3x3和T3xi分别为世界坐标系和摄像机坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。则空间中任意点到成本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于视觉运动建模的传递对准方法，其特征在于包括以下步骤 第一步对高速摄像机进行建模，获得从世界坐标系到图像坐标系的投影关系，并对高速摄像机的畸变进行非线性优化，再用两步法对高速摄像机进行标定； 第二步根据需求和实际情况在子惯导附近事先布置好高速摄像机，使得待测子惯导位于高速摄像机的拍摄视场内；高速摄像机与主惯导固连，利用高速摄像机采集子惯导设备上标识点的特征点信息，通过高速摄像机获得的图像序列对主子惯导的相对运动和相对扰动进行动态参数建模； 第三步采用捷联惯性测量单元中陀螺与加速度计分别采集得到子惯导的角速度和比力； 第四步在第二步得到的视觉动态参数模型的基础上，利用传统的传递对准算法，将主惯导经补偿后得到的参数值传递给子惯导计算机，经卡尔曼滤波实时估计并修正姿态失准角实现主子惯导的对准，完成高精度传递对准的全过程。2.根据权利要求I所述的一种基于视觉运动建模的传递对准方法，其特征在于所述卡尔曼...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈维娜，曾庆化，刘建业，柳敏，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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