一种基于多直线矢量映射匹配的目标多站姿态处理方法与流程

1.本发明涉及常规兵器试验测试领域，特别是涉及靶场光学姿态测量领域。


背景技术：

2.针对靶场典型目标中长远姿态处理，目前有三种处理方法，分别为基于多个(3 个以上)同名角点的绝对定向方法、基于目标模型投影匹配的处理方法，以及基于中 轴线面面交会法。以上三种方法中，基于同名角点的绝对定向方法仅适用于可同步提 取(3个以上)同名角点的情况，且处理原理必须建立在特征点空间交会可信赖的基 础上，进一步旋转获取姿态参数，对于判读以及处理要求较高。基于目标模型投影匹 配的方法需要事先建立比较准确的模型，另外，模型匹配法涉及大量点的投影匹配， 计算量比较大，耗时且效率低。基于中轴线面面交会法对于特征提取环节较占优势， 不需同名匹配，且在特征提取方面比较灵活，仅需分站矢量平行则可，但其缺点在于 信息无冗余，且无反馈优化环节，精度完全依赖于非冗余的判读准确度和交会区间的 可信度；另外，仅能处理出偏航角和俯仰角信息。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于多直线矢量映射匹配的目标多站 姿态处理方法，在判读环节继续保持直线矢量特征提取的灵活性；在数据处理环节， 仅利用关键直线矢量特征信息，避免了数据大量冗余，有利于提高处理效率；在数据 信息利用方面，全面利用目标姿态旋转涉及的有限直线特征，处理出比较全面的3姿 态角(偏航、俯仰和滚转角)；在数据处理精度、稳定性方面，基于映射匹配优化，故 较常规中轴线面面交会法稳定性和精度都占优势。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
5.对于轴对称回转体目标姿态处理，根据各分站成像状况，在像方空间选取最清晰稳 定的中轴或与之平行的直线作为中轴相关直线，并提取其所属的直线矢量特征(y
ri z
ri
)； 建立各分站物方与直线矢量特征(y
ri z
ri
)之间的映射关系；
6.计算物方中轴相关直线矢量映射至像方的直线矢量为(y
mi z
mi
)；
7.建立矢量匹配方程y
mi
/z
mi
＝y
ri
/z
ri
求解中轴相关直线矢量涉及的目标偏航角和俯仰 角；
8.对于非轴对称回转体目标姿态处理，在物方空间明确参与计算的直线矢量，并在目 标坐标系中确定归一化矢量坐标(a
i b
i ci)；
9.在像方空间提取物方空间明确参与计算的直线矢量对应的直线矢量特征(y
ri z
ri
)， 各分站共提取含中轴在内的2条不相关直线矢量，或不含中轴的3条不相关直线矢量；
10.建立各分站物方直线特征与像方直线矢量特征的映射关系；
11.计算物方直线矢量映射至像方的直线矢量为(y
mi z
mi
)；
12.建立矢量匹配方程y
mi
/z
mi
＝y
ri
/z
ri
求解相关直线矢量涉及的偏航角、俯仰角及滚
转 角。
13.所述的轴对称回转体目标姿态处理中，y
mi
＝-sineicosφcos(a
i-ψ) coseisinφ， z
mi
＝-cosφsin(a
i-ψ)，其中，目标偏航角为ψ，俯仰角为分站光轴指向为(a
i ei)。
14.所述的非轴对称回转体目标姿态处理中，
[0015][0016]
其中，
[0017][0018][0019][0020][0021][0022]
目标偏航角为ψ、俯仰角为滚转角为γ，分站光轴指向为(a
i ei)。
[0023]
本发明适用于具有关键直线特征的刚体类目标姿态处理领域。
[0024]
本发明的有益效果是：基于直线矢量物方空间与像方空间的3d-2d对应关系，首 次确立了轴对称回转体类目标和非轴对称回转体类目标的姿态处理普适性方法，该方 法仅利用少量关键直线矢量信息，在特征提取方面具有不需同名特征、有效抗遮挡及 处理灵活性强；在处理方面，涉及物像反馈优化，精度和稳定性有所提高；另外，处 理方法基于直线矢量间的优化处理，相对于常规交会法的交会区间更为宽泛。该方法 可应用至其他姿态处理相关领域。
附图说明
[0025]
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0027]
本发明提供一种确立基于多直线矢量映射匹配的目标多站姿态处理方法，利用直 线矢量在物方空间和像方空间的3d-2d对应关系，建立弹类轴对称回转体目标和飞机 类非轴对称回转体目标的普适性姿态处理方法。
[0028]
其中，获取目标偏航角和俯仰角包括下述步骤：
[0029]
第一步：在物方空间明确中轴相关直线特征(中轴线或与之平行的直线，取一即 可)；
[0030]
第二步：根据各分站成像状况，在像方空间提取最清晰稳定的中轴或与之平行直 线所属的直线矢量特征(y
ri z
ri
)；
[0031]
第三步：建立各分站物方与像方中轴相关直线矢量特征之间的映射关系；
[0032]
设目标偏航角为ψ和俯仰角分站光轴指向为(a
i ei)，则物方中轴及平行直 线矢量映射至像方的直线矢量为(y
mi z
mi
)
[0033][0034]
第四步：建立矢量匹配方程求解中轴相关直线矢量涉及的目标偏航角和俯仰角；
[0035]ymi
/z
mi
＝y
ri
/z
ri
[0036]
获取目标三姿态角(偏航角、俯仰角、滚转角)包括下述步骤：
[0037]
第一步：在物方空间明确参与计算的直线矢量，并在目标坐标系中确定归一化矢 量坐标(a
i b
i ci)；
[0038]
所有涉及坐标系以常规姿态处理算法中涉及的坐标系为基准。其中目标坐标系以 目标中轴为x
t
轴，头部为正；基准坐标系以北向为x轴；摄像机坐标系以光轴指向为 xc轴，平行于像面向上为yc轴；像面坐标系y、z轴分别平行于像机坐标系yc轴、 zc轴。
[0039]
第二步：在像方空间提取第一步所确定的直线矢量对应的直线矢量特征(y
ri z
ri
)， 各分站共提取2条(含中轴)不相关直线矢量，或3条(不含中轴)不相关直线矢量， 分站之间对同名直线特征不作要求；
[0040]
第三步：建立各分站物方直线特征与像方直线矢量特征的映射关系；
[0041]
设目标偏航角ψ、俯仰角滚转角γ，分站光轴指向为(a
i ei)，则物方直线矢 量映射至像方的直线矢量为(y
mi z
mi
)：
[0042][0043]
其中：
[0044]
[0045][0046][0047][0048][0049]
第四步：建立矢量匹配方程求解相关直线矢量涉及的偏航角、俯仰角及滚转角。
[0050]ymi
/z
mi
＝y
ri
/z
ri
[0051]
下面以中轴目标为例进行说明。求解时刻分站光轴指向(a
i ei)如表1所示。
[0052]
表1
[0053][0054]
获取目标偏航角和俯仰角包括下述步骤：
[0055]
第一步：在物方空间明确中轴线直线特征；
[0056]
第二步：根据各分站成像状况，在像方空间提取最清晰稳定的中轴线所属的直线 矢量特征(y
ri z
ri
)分别如表2所示；
[0057]
表2
[0058][0059]
第三步：建立各分站物方与像方中轴相关直线矢量特征之间的映射关系；
[0060]
设目标偏航角ψ和俯仰角分站光轴指向为(a
i ei)，则物方中轴直线矢量映 射至像方的直线矢量为(y
m1,m2 z
m1,m2
)
[0061][0062]
第四步：建立矢量匹配方程求解中轴相关直线矢量涉及的目标偏航角和俯仰角；
[0063]ymi
/z
mi
＝y
ri
/z
ri
[0064]
计算结果如表3所示。
[0065]
表3
[0066][0067]
同样以上述4个时刻为取样点进行说明。获取目标三姿态角(偏航角、俯仰角、 滚转角)包括下述步骤：
[0068]
第一步：在物方空间明确参与计算的直线矢量，以中轴和尾翼参与计算为例，并 在目标坐标系中确定归一化矢量坐标(a
i b
i ci)
t
，则中轴和尾翼矢量坐标分别为(1 0 0) t
、(0 0 1)
t
；
[0069]
所有涉及坐标系以常规姿态处理算法中涉及的坐标系为基准。其中目标坐标系以 目标中轴为x
t
轴，头部为正；基准坐标系以北向为x轴；摄像机坐标系以光轴指向为 xc轴，平行于像面向上为yc轴；像面坐标系y、z轴分别平行于像机坐标系yc轴、 zc轴。
[0070]
第二步：在像方空间提取第一步所确定的直线矢量对应的直线矢量特征(y
ri z
ri
)， 各分站共提取2条直线矢量，中轴特征提取结果见表2，尾翼特征提取结果如表4所 示；
[0071]
表4
[0072][0073]
第三步：建立各分站物方直线特征与像方直线矢量特征的映射关系；
[0074]
设目标偏航角ψ、俯仰角滚转角γ，分站光轴指向为(a
i ei)，则物方直线矢 量映射至像方的直线矢量为(y
mi z
mi
)：
[0075][0076]
其中：
[0077]
[0078][0079][0080][0081][0082]
第四步：建立矢量匹配方程求解相关直线矢量涉及的偏航角、俯仰角及滚转角。
[0083]ymi
/z
mi
＝y
ri
/z
ri
[0084]
计算结果如表5所示。
[0085]
表5
[0086][0087]
从表5可以看出，由于利用了多条直线矢量，相较于表3结果，精度和稳定性 会有所区别。