专利名称：红外跟踪测量系统的脱靶量误差的室外快速标定方法
技术领域：
本发明用于在室外快速检测并修正红外跟踪测量系统的空间分辨率误差及像面倾斜误差，特别是一种红外跟踪测量系统的脱靶量误差的室外快速标定方法。
背景技术：
红外技术在试验场的最初应用是目标捕获跟踪。现在做成多元器件接收、光像扫描的检测系统，配装在光测设备上，称为“红外跟踪测量系统”，主要用于弹道参数的测量。红外跟踪测量系统的测量原理与可见光摄影和电视测量相同，采用凝视成像，并具有自动跟踪功倉泛(HE Zhao-cai. Optical measurement system[M]. National Defence IndustrialPress = Beijing(何照才·光学测量系统[M].北京国防工业出版社)，2002.)。用红外探测器测出目标与红外光视轴的脱靶角量(ΛΑ，ΛΕ)，再与轴角数据久，Ee)合成为目标角位置坐标(Am, Em)。
「咖。I14 =Ae+bA,k =￡ +Δ￡⑴
It me脱靶量(ΛΑ，ΔΕ)的测量精度将影响红外跟踪测量系统的最终测量结果和总体性能指标，因此脱靶量的测量是红外跟踪测量系统的关键技术，而红外跟踪测量系统的空间分辨率误差及像面倾斜误差是影响脱靶量精度的主要误差。Zhang提出了一种基于平面控制点的摄像机标定方法(Z. Zhang. A Flexible New Technique for CameraCalibration[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，2000, 22:1330-1334.)。为保证标定准确，Zhang的方法要求标定平面上的控制点尽量分布在整个视场，而红外跟踪测量系统的焦距较长，标定时需要将标定平面放置得足够远并且制作得足够大，这是难以实现的。

发明内容
本发明的目的在于提供一种红外跟踪测量系统的脱靶量误差的室外快速标定方法，能在室外对红外跟踪测量系统的脱靶量误差(主要指空间分辨率及像面倾斜角度)进行快速标定，检测并修正其空间分辨率误差及像面倾斜误差，以提高红外跟踪测量系统的测量精度。实现本发明目的的技术解决方案为一种红外跟踪测量系统的空间分辨率及像面倾斜角度的室外快速标定方法，步骤如下(I)打开红外跟踪测量系统，寻找一处背景丰富的固定场景观察，根据Harris的方法提取场景图像的Harris角点,记为第I巾贞图像角点,设找到的Harris角点总数为k,记录下这k个角点的图像位置(X丨尤)，(右,0，…，(XfJf)及轴角位置(4，4),(4，^),···，(4，^);(2)转动红外跟踪测量系统的跟踪架，在不同的轴角位置对步骤(I)中选定的场景观察，提取场景图像的Harris角点，记为第2帧图像角点，将这些角点与第I帧图像角点进行关联，关联完成后，记录下这些角点的图像位置(IU1)，(右忑)，…，(4龙)及轴角位置(AUl1),(A:::，￡:2),…,(42X2h(3)不断转动跟踪架在不同的轴角位置重复步骤(2)，角点在图像上的位置也发生变化，从而形成了一系列的点迹，将每帧图像的角点与上一帧图像的角点按照步骤(2)的内容进行关联，并记录其图像位置…，( , )及轴角位置
··%(<,<)；(4)将全部帧中的所有角 点的图像位置数据与轴角位置数据代入空间分辨率/及像面倾斜角度J计算公式，经过计算得i 。
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a = -arctan—
^ (,3本发明与现有技术相比，其显著优点在对红外跟踪测量系统的空间分辨率及像面倾斜角度进行标定时，不需要任何特制的标定平面，只需用红外跟踪测量系统对周围场景中进行拍摄，并对拍摄图像中的固定角点进行测量，然后经过一系列计算即可，而这些都可以通过计算机快速实现。通过实验，在配置3Ghz的Intel Pentium4的计算机上,对红外跟踪测量系统拍摄的每帧图像应用本发明的计算方法，得到的计算时间分布曲线如图3，最大计算时间为15. 0ms，平均计算时间为12. 6ms，达到了红外跟踪测量系统在室外快速标定的要求，具有适应性强，快速简便的优点。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。


图I是某一红外场景中部分Harris角点的分布，Harris角点用圆点表示。图2随着红外跟踪测量系统的跟踪架的转动，红外跟踪测量系统所拍摄的图像上的Harris角点位置也发生变化。如果将拍摄的每帧图像上的Harris角点位置记录并在同一帧图像中显示，就会形成一系列的点迹，如图中的黑色圆点所示。图3本发明在在配置3Ghz的Intel Pentium4的计算机上，根据红外跟踪测量系统所拍摄的每帧图像，计算红外跟踪测量系统的空间分辨率及像面倾斜角度所需时间的曲线,横坐标为图像的巾贞序列，纵坐标为对横坐标对应巾贞图像计算所需的时间。
具体实施例方式假设红外跟踪测量系统的轴系误差已调平，则影响测量精度的主要因素有大气抖动、加工装配误差、空间分辨率误差。已知轴角数据(Ae，EJ，目标在成像后输出的图像位置为(X，Y)，设目标的真实位置为(Am，Em)，误差模型可描述为
i Am = A0 + ft^sina + fX cos a+ Gir; Jfv".丄·4(2)
[Em =Ee + JY cosa-JX sm α + εΕ式中，f为红外成像系统的空间分辨率，是指红外成像系统对目标空间形状的分辨能力，通常用瞬时视场角(IFOV)的大小来表示，单位为毫弧度mrad;a为红外探测器像面绕视准轴旋转一定的角度，是由加工装配误差造成红外探测器像面的水平坐标轴、垂直坐标轴与测量系统不重合所造成的；ε Α、ε E主要包含了大气抖动等所造成的随机误差。转动红外跟踪测量系统的跟踪架，通过对场景图像中的固定角点(如窗角、屋沿角
等)的位置测量，根据式(2)建立条件方程
权利要求
1.一种红外跟踪测量系统的空间分辨率及像面倾斜角度的室外快速标定方法，其特征在于步骤如下 (1)打开红外跟踪测量系统，寻找一处背景丰富的固定场景观察，根据Harris的方法提取场景图像的Harr i s角点,记为第I巾贞图像角点,设找到的Harr is角点总数为k,记录下这 k 个角点的图像位置)，··、( )及轴角位置AA^EtJ- (2)转动红外跟踪测量系统的跟踪架，在不同的轴角位置对步骤(I)中选定的场景观察，提取场景图像的Harris角点，记为第2帧图像角点，将这些角点与第I帧图像角点进行关联，关联完成后，记录下这些角点的图像位置KU1)，(私疗)，…,(片尤)及轴角位置(42，￡i2)，(4i￡U,…,(42,θ (3)不断转动跟踪架在不同的轴角位置重复步骤(2)，角点在图像上的位置也发生变化，从而形成了一系列的点迹，将每帧图像的角点与上一帧图像的角点按照步骤(2)的内容进行关联，并记录其图像位置(Α ， )，(χ,υ〗χ··、(χ,κ)及轴角位置 (4)将全部帧中的所有角点的图像位置数据与轴角位置数据代入空间分辨率/及像面倾斜角度 计算公式，经过计算得
2.根据权利要求I所述的红外跟踪测量系统的空间分辨率及像面倾斜角度的室外快速标定方法，其特征在于步骤(2)中关联方法为计算需关联的角点(X2，Y2)与第I帧图像角点( )， ,的欧式距离
3.根据权利要求I所述的红外跟踪测量系统的空间分辨率及像面倾斜角度的室外快速标定方法，其特征在于在步骤(2)中，
全文摘要
本发明公开了一种红外跟踪测量系统的空间分辨率及像面倾斜角度的室外快速标定方法，打开红外跟踪测量系统，寻找一处背景丰富的固定场景观察，根据Harris的方法提取场景图像的Harris角点；转动红外跟踪测量系统的跟踪架，在不同的轴角位置对选定的场景观察，提取场景图像的Harris角点；不断转动跟踪架在不同的轴角位置重复，角点在图像上的位置也发生变化，从而形成了一系列的点迹；将全部帧中的所有角点的图像位置数据与轴角位置数据代入空间分辨率及像面倾斜角度计算公式。本发明达到了红外跟踪测量系统在室外快速标定的要求，具有适应性强，快速简便的优点。
文档编号G01M11/02GK102829957SQ20121027561
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者陈钱, 彭晨, 顾国华, 钱惟贤, 路东明, 隋修宝, 何伟基, 任侃, 张闻文, 于雪莲, 李宏哲, 毛晨 申请人:南京理工大学