0119]
[0120]
[0121] 取 <滿足
的特征點，其中m為剩余特征點的總數(shù)，h為閥值系數(shù)， 一般h〈l。經(jīng)過與標(biāo)記點的距離篩選后，獲得較近的配準特征點。
[0122] 對篩選后的配準特征點，取離標(biāo)記點最近的k個點，以周邊三個像素為半徑，取各 配準特征點周圍的小圖像，并計算特征點周圍對應(yīng)小圖的直方圖，對各特征點的直方圖，與 其他的配準點所對應(yīng)的直方圖進行相關(guān)系數(shù)計算： CN 105139406 A I兄明書 7/7 頁
[0123] \2j
[0124] 其中：
，:N等于直方圖中數(shù)據(jù)的個數(shù)。
[0125] 隨后進行求和，并取最大值對應(yīng)的配準特征點為基準點PciU, y)。
[0126] (13)
[0127] 然后以基準點PciU, y)對其他各配準特征點對應(yīng)的直方圖求相關(guān)系數(shù)，取相關(guān)系 數(shù)大于閥值χ>〇. 9的認為是同面配準特征點。經(jīng)過直方圖系數(shù)計算獲取的基準點，認定為 同面配準特征點。
[0128] 通過直方圖的相關(guān)系數(shù)搜索同面配準特征點的物理基礎(chǔ)在于：對于同面特征點的 紋理相近。方法先設(shè)法找到與所有配準特征點紋理最相近的點作為基準點，然后尋找與該 基準點紋理接近的點作為同面點。結(jié)合之前的篩選，該方法對于同面點搜索具有一定的適 應(yīng)性。
[0129] 當(dāng)確定了共面配準特征點后，通過成熟的RANSAC方法實現(xiàn)兩幀圖像間的基礎(chǔ)變 換矩陣，再將前幀的目標(biāo)位置通過基礎(chǔ)變換矩陣變換到本幀上，獲取目標(biāo)點在本幀圖像中 的坐標(biāo)。
[0130] 4、角度誤差的求取
[0131] 經(jīng)過前面的過程，即可求得圖像中目標(biāo)點的實際位置與理想位置，在已知相機的 焦距的情況下，可得到以角度形式表示的反演誤差，如圖5所示。
[0132] 可見，誤差用角度表示的形式為：
[0133] 其中f為相機焦距，a為理想點距離光軸距離，b為實際點距離光軸距離。
【主權(quán)項】
1. 一種基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述方法步驟如下： 一、 基于現(xiàn)已知的觀測衛(wèi)星的軌/姿數(shù)據(jù)、目標(biāo)衛(wèi)星的軌/姿數(shù)據(jù)、連續(xù)的圖像序列，采 用坐標(biāo)變換方法求得選取目標(biāo)點的理想位置； 二、 基于同面特征點搜索獲取基礎(chǔ)變換矩陣方法獲取目標(biāo)點的實際位置； 三、 求得目標(biāo)點的理想位置和實際位置之差，結(jié)合給定相機參數(shù)，可得到以角度形式表 示的反演誤差。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述目標(biāo)點 為光學(xué)中心或其衍生中心。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述光學(xué)中 心衍生中心包括目標(biāo)輪廓中心、目標(biāo)邊框中心、有效配準中心。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述采用坐 標(biāo)變換方法求得選取目標(biāo)點的理想位置的步驟如下： (1) 建立坐標(biāo)系：為了分析地球、觀測衛(wèi)星、目標(biāo)衛(wèi)星三者之間的位置隨時間變化的關(guān) 系，建立J2000.0 慣性坐標(biāo)系、軌道坐標(biāo)系與衛(wèi)星本體坐標(biāo)系； (2) 坐標(biāo)系變換：若知道觀測衛(wèi)星和目標(biāo)衛(wèi)星的軌道根數(shù)，由開普勒定律可得觀測衛(wèi) 星和目標(biāo)衛(wèi)星在J2000.0 慣性坐標(biāo)系中的矢量坐標(biāo)： p = Rz (- Q ) Rx (-i) Rz (-〇) p0， 式中：i一軌道傾角；Q-升交點赤經(jīng)；《-近地點輻角；RX-繞X軸旋轉(zhuǎn)變換矩陣； Rz-繞z軸旋轉(zhuǎn)變換矩陣；p。一近焦坐標(biāo)系下的矢量坐標(biāo)； 將各量在J2000.0 慣性坐標(biāo)系中的矢量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到軌道坐標(biāo)系，則為： Q0=L(XnRz(C^v)RJi)Rz(Q)P ， 式中：q。一各量在軌道坐標(biāo)系中的矢量坐標(biāo)；Lmi--坐標(biāo)軸的反向變換矩陣； 為了便于目標(biāo)特性分析，將各量在軌道坐標(biāo)系中的矢量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到本體坐標(biāo)系，則 為： Q = Aq0， 式中：A-衛(wèi)星姿態(tài)矩陣； 對于三軸穩(wěn)定衛(wèi)星，常采用zxy轉(zhuǎn)序，則姿態(tài)矩陣由旋轉(zhuǎn)變換矩陣表示為：式中：W-衛(wèi)星繞偏航軸轉(zhuǎn)動的角度，即偏航角；0 -衛(wèi)星繞俯仰軸轉(zhuǎn)動的角度，即俯 仰角；爐一衛(wèi)星繞滾動軸轉(zhuǎn)動的角度，即滾動角；W，0與p稱為衛(wèi)星姿態(tài)描述的歐拉角； 焦面上任意一點P坐標(biāo)為（y。，z。)，則相機焦平面轉(zhuǎn)換到圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為： [(yc~y〇)/D. (zc-z〇)/D] ； 在本體坐標(biāo)系下最終結(jié)果可表示成q= [X。，Yd Ze]的形式，將其中的\ZD帶入 [(L-yQ)/D，（Z。-。/!)]中，其中D為像元尺寸，即可得到在圖像中的坐標(biāo)形式； 因此，給定觀測目標(biāo)、目標(biāo)衛(wèi)星的軌道參數(shù)、連續(xù)圖像的時間間隔、像元尺寸及目標(biāo)衛(wèi) 星姿態(tài)特性的歐拉角后，即可算得目標(biāo)點的理想位置。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述 J2000.0 慣性坐標(biāo)系FI:OXYZ，原點O位于地球的質(zhì)心，OX軸和OZ軸分別指向春分點和北 極，并與OY軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述軌道坐 標(biāo)系F13 = SX AZ。，原點S位于衛(wèi)星的質(zhì)心，SX。軸與軌道速度方向一致，SZ。軸指向地心，SY。 軸垂直軌道平面并構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述本體坐 標(biāo)系FB:SXbY bZb，原點S位于衛(wèi)星的質(zhì)心，三軸為衛(wèi)星的三個慣性主軸，其中SXb為滾動軸， SY b為俯仰軸，SZb為偏航軸。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述基于同 面特征點搜索獲取基礎(chǔ)變換矩陣方法獲取目標(biāo)點的實際位置的方法如下： 第一步，采用SIFT算法來獲取圖像的特征點； 第二步，對經(jīng)過SIFT算法篩選的特征點進行初步篩選，篩選過程如下： 對于各特征點P1，獲取其在前幀圖上的坐標(biāo)位置P1(Xj) befcira以及本幀圖像上的坐標(biāo)位 置P1 (x，y) _，計算其位置移動的變化量：式中，n為配準特征點的總數(shù)，T為閥值系數(shù)； 剔除移動距離較大點后，剩余特征點進行如下變換： 剩余特征點與目標(biāo)點的距離PT(x，y)為目標(biāo)點在本幀圖像中的位置坐標(biāo)，則有：與標(biāo)記點的距離篩選后，獲得較近的配準特征點； 對篩選后的配準特征點，取離標(biāo)記點最近的k個點，以周邊三個像素為半徑，取各配準 特征點周圍的小圖像，并計算特征點周圍對應(yīng)小圖的直方圖，對各特征點的直方圖，與其他 的配準點所對應(yīng)的直方圖進行相關(guān)系數(shù)計算：隨后進行求和，并取最大值對應(yīng)的配準特征點為基準點PciU, y):然后以基準點Pci (X，y)對其他各配準特征點對應(yīng)的直方圖求相關(guān)系數(shù)，取相關(guān)系數(shù)大 于閥值G >0. 9的認為是同面配準特征點；經(jīng)過直方圖系數(shù)計算獲取的基準點，認定為同面 配準特征點； 當(dāng)確定了共面配準特征點后，通過RANSAC方法實現(xiàn)兩幀圖像間的基礎(chǔ)變換矩陣，再將 前幀的目標(biāo)位置通過基礎(chǔ)變換矩陣變換到本幀上，獲取目標(biāo)點在本幀圖像中的坐標(biāo)。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述T >1， n <1〇10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其特征在于所述誤差 用角度表示的形式為：其中f為相機焦距，a為理想點距離光軸 距離，b為實際點距離光軸距離。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于序列圖像的跟蹤精度反演方法，其步驟如下：一、基于現(xiàn)已知的觀測衛(wèi)星的軌/姿數(shù)據(jù)、目標(biāo)衛(wèi)星的軌/姿數(shù)據(jù)、連續(xù)的圖像序列，采用坐標(biāo)變換方法求得選取目標(biāo)點的理想位置；二、基于同面特征點搜索獲取基礎(chǔ)變換矩陣方法獲取目標(biāo)點的實際位置；三、求得目標(biāo)點的理想位置和實際位置之差，結(jié)合給定相機參數(shù)，可得到以角度形式表示的反演誤差。本發(fā)明使用所拍攝連續(xù)的圖像序列，反演追蹤觀測衛(wèi)星對目標(biāo)衛(wèi)星的指向誤差，該方法能夠涵蓋懸停、接近和繞飛三種情況。
【IPC分類】G06K9/46, G06T7/00
【公開號】CN105139406
【申請?zhí)枴緾N201510566567
【發(fā)明人】王征, 汪洪源, 侯晴宇, 王澤斌, 楊召松
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月8日