一种姿态测量方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测绘技术领域，特别涉及一种姿态测量方法和装置。
【背景技术】
[0002] 利用目标的运动数据测量目标的姿态广泛应用于目标识别、新武器检测、自动导 航等领域，在现有测量方法中，主要通过求解人工指定控制点如在目标某一部位上喷涂特 征颜色等等与成像点之间的对应性关系来获取目标位姿参数。
[0003] 在人工指定控制点的测量方法中，使用标定好的摄像机的内外方位元素，根据空 间中某个目标上的人工指定控制点在像平面的二维成像坐标，构建摄像机坐标系下光心与 人工指定控制点的空间直线的方程。通过光心到人工指定控制点的距离已知，求得人工指 定控制点在摄像机坐标系中的三维坐标。按照三维坐标放置目标模型，在目标模型中确定 与控制点对应的同名点，则控制点与同名点间的拟合过程，作为目标模型姿态拟合目标姿 态的过程，当控制点与同名点间拟合度最高时，对应的模型的姿态即为对应目标的姿态，在 这一过程中，对目标中的控制点进行拟合，而目标中的非控制点很容易被忽略，造成目标姿 态的准确度较低。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种姿态测量方法和装置，从而提高了目标姿态的准确度。
[0005] -种姿态测量方法，加载目标模型，还包括：
[0006] 接收至少两帧目标图像，并提取每一帧目标图像中的目标轮廓序列；
[0007] 获取所述目标模型的目标投影图像，并提取所述目标投影图像中的模拟目标轮廓 序列；
[0008] 循环执行Nl至N3,直至所述每一帧目标图像对应的目标姿态均被确定：
[0009] Nl :将当前模拟目标轮廓序列与当前帧的目标轮廓序列进行匹配；
[0010] N2 :确定匹配后的模拟目标轮廓序列对应的目标模型姿态为目标姿态；
[0011] N3:判断当前帧是否为最后一帧，如果否，则将当前帧对应的目标姿态作为下一帧 的模拟目标轮廓序列的初始姿态，并将下一帧作为当前帧，执行Nl。
[0012] 优选地，在所述提取每一帧目标图像中的目标轮廓序列之后，在所述获取所述目 标模型的目标投影图像之前，进一步包括：
[0013] 选定首帧目标图像，并控制所述目标模型拟合所述首帧目标图像，确定当前帧目 标姿态初值；
[0014] 根据所述当前帧目标姿态初值调整所述目标模型，并对所述目标模型进行投影。
[0015] 优选地，上述方法进一步包括：确定轮廓阈值和搜索范围；
[0016] 所述提取每一帧目标图像中的目标轮廓序列，包括：
[0017] 针对每一帧目标图像中的目标轮廓序列，执行Ml至M5 :
[0018] Ml :提取第一目标轮廓序列；
[0019] M2 :消除所述第一目标轮廓序列中的噪声点和冗余点，并消除所述第一目标轮廓 序列中距离小于所述轮廓阈值的轮廓点，在所述第一目标轮廓序列中轮廓点距离大于所述 轮廓阈值的位置添加轮廓点，形成第二目标轮廓序列；
[0020] M3 :确定所述第二目标轮廓序列中每一个轮廓点的法线方向；
[0021] M4 :针对每一个轮廓点的位置，在搜索范围内，搜索在当前轮廓点的位置法线方向 的正负方向上的所有点，包括所述当前轮廓点，确定轮廓点的梯度阈值；
[0022] M5 :确定第一个大于所述梯度阈值的轮廓点位置为最终轮廓点位置，形成第三目 标轮廓序列；
[0023] 所述N1，包括：将当前模拟目标轮廓序列与当前帧的第三目标轮廓序列进行优化 匹配。
[0024] 优选地，上述方法进一步包括：设置收敛条件；
[0025] 在所述提取所述目标投影图像中的模拟目标轮廓序列之后，在所述Nl之前，进一 步包括：
[0026] 为当前帧模拟目标轮廓序列建立第一代种群；
[0027] 根据上一帧模拟目标轮廓序列对应的解向量，设定第一代种群中的各个个体；
[0028] 根据第k-Ι代种群中的各个个体，确定第k代种群中的各个个体；
[0029] 所述Nl，包括：
[0030] 判断所述第一代种群中个体是否满足所述设置的收敛条件，如果否，则执行Pl ;
[0031] Pl :根据第k-Ι代种群中的各个个体，确定第k代种群中的各个个体；
[0032] P2 :将所述第k代种群中的各个个体对应的模拟目标姿态与当前帧的目标轮廓序 列对应的目标姿态进行匹配
[0033] P3 :判断所述第k代种群中个体是否满足所述设置的收敛条件，如果否，则将第k 代作为Pl中的第k-ι代，并执行Pl。
[0034] 优选地，所述根据第k-Ι代种群中的各个个体，确定第k代种群中的各个个体，包 括：执行下述Sl至S3 ;
[0035] Sl :利用下述个体更新公式，形成当前帧模拟目标轮廓序列对应的第k代种群中 的初始个体；
[0036] 所述个体更新公式：
[0038] 其中，所述k大于等于2,小于所述收敛条件中的次数阈值；所述V1, k表征第k代 种群中的个体{Vi,k| i = 1，2, "·，Μ};所述
均为第k-ι代种 群中的个体，ri，巧和r 3为区间[1，M]中互不相等的整数，并且，r i，巧和r 3均不等于i ;所 述F表征更新常数；
[0039] S2 :利用下述分量交叉公式，更新所述第k代种群中的初始个体；
[0040] 所述分量交叉公式：
[0042] 更新后，第k代种群中的个体Iui, k| i = 1，2,…，Μ}，其中，Ui, k= (u liik, u2i,k，… uNl,k)，其中，所述j为[1，N]区间内的整数；
[0043] 其中，所述<> N表征<> 内的数对N进行取余的结果；所述d为设定值，取值范 围为[1，D_1]区间内的任意整数，所述D表征目标姿态的维度；L表征设定的需要进行交叉 的分量个数；
[0044] S3 :根据下述公式，确定所述第k代种群中的最终个体；
[0045] p = exp ((OBJ (χ；_ k i) -OBJ (Uij k)) /t
[0047] 其中，所述p表征概率；OBJ(xlik J表征第k-1代种群中第i个个体对应的目标函 数值；OBJ(Xlik)表征第k代种群中更新后的第i个个体对应的目标函数值；t表征控制参 数。
[0048] 优选地，在所述将所述第k代种群中的各个个体对应的模拟目标姿态与当前帧的 目标轮廓序列对应的目标姿态进行匹配之后，在所述N2之前，进一步包括：确定所述第k代 种群中各个个体对应的目标函数值，所述目标函数值，包括：轮廓相似度和目标轮廓序列与 模型轮廓序列间距离中的任意一个；
[0049] 所述N2,包括：当所述目标函数值为轮廓重合度时，确定最大目标函数值对应的 个体为目标姿态的解；或者，所述N2,包括：当所述目标函数值为目标轮廓序列和模型轮廓 序列间的距离时，确定最小目标函数值对应的个体为目标姿态的解。
[0050] 一种姿态测量装置，包括：
[0051] 加载单元，用于加载目标模型；
[0052] 第一提取单元，用于接收至少两帧目标图像，并提取每一帧目标图像中的目标轮 廓序列；
[0053] 第二提取单元，用于获取所述加载单元加载的目标模型的目标投影图像，并提取 所述目标投影图像中的模拟目标轮廓序列；
[0054] 姿态确定单元，将所述第二提取单元提取的当前模拟目标轮廓序列与所述第一提 取单元提取的当前帧的目标轮廓序列进行匹配，并确定匹配后的模拟目标轮廓序列对应的 目标模型姿态为目标姿态，并接收所述判断单元的触发；
[0055] 判断单元，用于判断所述目标姿态对应的当前帧是否为最后一帧，如果否，则将当 前帧对应的目标姿态作为下一帧的模拟目标轮廓序列对应的初始姿态，并将下一帧作为当 前帧，并触发所述姿态确定单元。
[0056] 优选地，所述第二提取单元，进一步用于：选定首帧目标图像，并控制所述目标模 型拟合所述首帧目标图像，确定当前帧目标姿态初值；根据所述当前帧目标姿态初值调整 所述目标模型，并对所述目标模型进行投影。
[0057] 优选地，进一步包括：阈值确定单元，其中，
[0058] 所述阈值确定单元，用于确定轮廓阈值和搜索范围；
[0059] 所述第一提取单元，用于针对每一帧目标图像中的目标轮廓序列，执行Ml至M5 :
[0060] Ml :提取第一目标轮廓序列；
[0061 ] M2 :消除所述第一目标轮廓序列中的噪声点和冗余点，并消除所述第一目标轮廓 序列中距离小于所述阈值确定单元确定的轮廓阈值的轮廓点，在所述第一目标轮廓序列中 轮廓点距离大于所述阈值确定单元确定的轮廓阈值的位置添加轮廓点，形成第二目标轮廓 序列；
[0062] M3 :确定所述第二目标轮廓序列中每一个轮廓点的法线方向；
[0063] M4:针对每一个轮廓点的位置，在所述阈值确定单元确定的搜索范围内，搜索在当 前轮廓点的位置法线方向的正负方向上的所有点，包括所述当前轮廓点，确定轮廓点的梯 度阈值；
[0064] M5 :确定第一个大于所述梯度阈值的轮廓点位置为最终轮廓点位置，形成第三目 标轮廓序列；
[0065] 所述姿态确定单元，用于将当前模拟目标轮廓序列与所述当前帧的第三目标轮廓 序列进行优化匹配。
[0066] 优选地，上述装置进一步包括：设置单元和种群确定单元，其中，
[0067] 所述设置单元，用于设置收敛条件；
[0068] 所述种群确定单元，用于为当前帧模拟目标轮廓序列建立第一代种群；根据上一 帧模拟目标轮廓序列对应的解向量，设定第一代种群中的各个个体；根据第k-Ι代种群中 的各个个体，确定第k代种群中的各个个体；
[0069] 所述姿态确定单元，用于将所述第k代种群中的各个个体对应的模拟目标姿态与 当前帧的目标轮廓序列对应的目标姿态进行匹配，当所述第k代种群中的各个个体达到所 述设置单元设置的收敛条件时，确定种群中的最优个体作为目标姿态。
[0070] 优选地，所述种群确定单元，用于执行下述Sl至S3 ;
[0071] Sl :利用下述个体更新公式，形成当前帧模拟目标轮廓序列对应的第k代种群中 的初始个体；
[0072] 所述个体更新公式：
[0074