专利名称：线阵图像中目标运动参数的测量方法
技术领域：
本发明涉及摄影测量、图像处理领域，尤其涉及线阵图像中目标运动参数的测量方法。
背景技术：
光学图像中目标的运动分析和参数测量在国防预警、交通管制等领域有着非常广泛的应用，长期以来一直是摄影测量、图像处理领域长期研究的重要课题。在各种运动目标的检测、跟踪和识别中，运动参数的测量是一个关键的内容。目前，利用光学图像测量目标的运动参数的方法主要有两种第一种，对目 标进行连续拍摄获得目标运动的序列图像，通过计算相邻图像帧之间目标运动的距离来计算目标运动的速度和方向等参数；第二种，利用目标单幅成像时曝光时间内产生的运动模糊，计算出目标运动的速度和方向等参数。这两种方法都是基于面阵像机获取的光学图像，第一种方法需要处理的数据量较大，由于面阵像机拍摄频率的限制，为了获得目标的序列图像，常常要设置多台像机进行拍摄，增加了像机标定和布置的难度。第二种方法需要从目标的运动模糊中得到目标的运动位移，对特征提取的算法要求较高，精度难以保证。相比以面阵传感器为成像器件的面阵像机而言，以线阵传感器为成像器件的线阵像机在灵敏度、成像频率等方面更具优势，线阵像机扫描成像的独特原理使得它获得的线阵图像具有背景单一，分辨率高的特点，特别在拍摄高速运动的目标时，可以得到目标轮廓更为清晰的目标影像，因此，线阵图像在分析运动目标方面具有很好的潜质。目前，尚没有该方面的测量方法的研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题是利用运动目标的线阵图像计算目标的运动速度和方向等参数。本发明的目的是提供一种新的利用光学图像测量目标运动参数的方法，为从线阵图像中测量目标的位置、姿态和速度等运动参数提供了一种技术途径。本发明的技术方案是一种线阵图像中目标运动参数的测量方法，其特征在于包括下述步骤第一步，进行线阵像机的标定。对用于测量运动目标的线阵像机进行标定，获取线阵像机的内方位元素和外方位元素。第二步，确定线阵像机的成像模型。确定空间任意一点和其对应成像点之间的成像几何关系。第三步，计算运动目标的运动参数在运动目标上选取至少5个能够在运动目标线阵图像上找出其对应成像点的特征点，利用这些特征点和其对应成像点之间的成像几何关系，建立成像关系式，获得一系列关于目标运动参数的非线性方程，通过对由这些非线性方程构成的非线性方程组的优化求解，得到目标运动参数。本发明的有益效果本发明采用线阵像机获取运动目标的线阵图像，该图像在反映目标的运动情况方面具有分辨率高，目标轮廓清晰的特点。运动目标的线阵图像能够同时记录运动目标在成像过程中的时间和空间信息，通过运动目标上的特征点与其线阵图像上对应成像点之间的成像几何关系，可以精确地测量运动目标的运动参数。
图I是线阵图像中目标运动参数测量方法的流程图；图2是线阵像机对运动目标扫描成像的示意图；图3是目标上的特征点与其对应的线阵图像中的成像点的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细说明。第一步，进行线阵像机的标定。本发明中采用的是线阵像机作为摄影测量的工具。线阵像机的成像模型中包含了线阵像机的内方位元素和外方位元素，这些方位元素是通过线阵像机的标定来获取的。线阵像机的标定以及成像模型的描述具体参见C. A. Luna, M. Mazo, et al, Calibration ofLine-Scan Cameras, IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, 2010，59，(8), pp. 2185-2190.为了描述线阵像机成像时空间关系，定义如下坐标系(如附图2所示)测量坐标系O-XYZ :在实际运动目标的测量中，选择地平面上任一点作为测量坐标系原点0，正北方向为X轴的正方向，竖直向上的方向为Z轴正方向，O-XY平面与地平面重合，O-XY平面与Z轴构成右手系。测量坐标系用以描述运动目标和线阵像机的空间姿态和位置；像空间坐标系o-xyz o为线阵像机传感器的摄影中心，z轴的正方向是主光轴朝向运动目标的方向，y轴的正方向是平行于线阵传感器且竖直向下的方向，X轴垂直于线阵传感器的方向，o-xy平面与z轴构成右手系；像平面坐标系o' -X, y':坐标原点o'为传感器的成像主点，X'轴平行于X轴，y'轴平行于y轴。目标坐标系0。-^:为叙述方便定义该坐标系，用以描述目标上的点在目标上的位置。目标的位置、姿态和速度参数和像机的位置和姿态参数都在测量坐标系中定义。对用于拍摄运动目标的线阵像机进行标定，获得线阵像机的内方位元素和外方位元素。线阵像机的内方位元素包括传感器的焦距f，像主点偏移量yo;外方位元素包括传感器的位置(用摄影中心的坐标O (Xs，Ys, Zs)表示)，姿态(用像空间坐标系与测量坐标系坐标轴之间旋转过的角度￠, ，K表示)。第二步，确定线阵像机的成像模型。确定空间任意一点和其对应成像点之间的成像几何关系。测量坐标系中的任意一空间点(X，Y，Z)与其对应的成像点U丨,y/ )之间的成像几何关系，即线阵像机的成像模型表示为
权利要求
1.一种线阵图像中目标运动参数的测量方法，其特征在于包括下述步骤 第一步，进行线阵像机的标定 对用于测量运动目标的线阵像机进行标定，获取线阵像机的内方位元素和外方位元素； 第二步，确定线阵像机的成像模型 确定空间任意一点和其对应成像点之间的成像几何关系； 第三步，计算运动目标的运动参数 在运动目标上选取至少5个能够在运动目标线阵图像上找出其对应成像点的特征点，利用这些特征点和其对应成像点之间的成像几何关系，建立成像关系式，获得关于目标运动参数的非线性方程，通过对由上述非线性方程构成的非线性方程组的优化求解，得到目标运动参数。
全文摘要
本发明提供一种利用光学图像测量目标运动参数的方法。技术方案包括下述步骤第一步，进行线阵像机的标定，获取线阵像机的内方位元素和外方位元素。第二步，确定线阵像机的成像模型，确定空间任意一点和其对应成像点之间的成像几何关系。第三步，计算运动目标的运动参数，在运动目标上选取至少5个特征点，利用这些特征点和其对应成像点之间的成像几何关系，获得关于目标运动参数的非线性方程，通过求解方程得到目标运动参数。本发明能够精确地测量运动目标的运动参数。
文档编号G01C11/00GK102798380SQ20121023593
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者文贡坚, 赵竹新, 回丙伟 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学