一种测量航空器速度的方法
【专利摘要】本发明提供一种测量航空器速度的方法，利用摄像机拍摄的序列图像估算航空器速度，其实现包括以下步骤：步骤1.根据姿态角度信息分别将前后两时刻的图像从当前位置校正到姿态角均为0的位置；步骤2.基于SIFT算法对前述两幅图像进行自动配准，确定前后两时刻的图像重合区域，得到一组最佳匹配点；以及步骤3.结合遥感器高度信息和拍摄时间计算出航空器的速度。本发明的测量航空器速度的方法具有工作性能独立、抗干扰力强和使用简单方便等优点，适合未来的航空发展趋势。
【专利说明】一种测量航空器速度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空遥感领域，具体而言涉及一种测量航空器速度的方法。
【背景技术】
[0002] 摄像机成像模型：由于摄像机固定在航空器上，因此，摄像机的位姿可直接用于表 征航空器的位姿。摄像机成像模型可描述如下：
[0003]
【权利要求】
1. 一种测量航空器速度的方法，利用摄像机拍摄的序列图像估算航空器速度，其特征 在于，包括以下步骤： 步骤1、根据姿态角度信息分别将前后两时刻的图像从当前位置校正到姿态角均为〇 的位置； 步骤2、基于SIFT算法对前述两幅图像进行自动配准，确定前后两时刻的图像重合区 域，得到一组最佳匹配点；以及 步骤3、结合遥感器高度信息和拍摄时间计算出航空器的速度。
2. 根据权利要求1所述的测量航空器速度的方法，其特征在于，前述步骤1的实现包括 以下步骤： 首先确定转换后图像大小，然后将校正后的坐标值逆变换至原图像坐标点，最后通过 二次插值法进行亚像素定位，得到校正后的图像，其中校正公式为：
式中：入为比例因子，K为摄像机内部参数矩阵，R为单位正交旋转矩阵。
3. 根据权利要求1所述的测量航空器速度的方法，其特征在于，前述步骤2的具体实现 包括以下步骤： (1) 关键点的检测：将输入图像通过不同尺度的高斯核函数连续滤波和下采样，形成 高斯金字塔图像，然后再对相邻尺度的两个高斯图像相减得到DoG金字塔多尺度空间表 示； 对DoG尺度空间每个点与相邻尺度和相邻位置的点逐个进行比较，得到的局部极值位 置即为关键点所处的位置和对应的尺度； (2) 构造 SIFT描述子：利用关键点邻域像素的梯度方向分布特性，为每个关键点指定 方向参数：将坐标轴旋转到特征点方向，以保证旋转不变性；对任意一个关键点，在其所在 的尺度空间，取以关键点为中心的16X 16像素大小的邻域，再将此邻域均匀地分为4X4个 子区域，对每个子区域计算梯度方向直方图，该直方图均匀分为8个方向；然后，对4X4个 子区域的8方向梯度直方图根据位置依次排序，构成一个4X4X8= 128维的向量，该向量 即为SIFT描述子； (3) 特征匹配：采用欧式距离作为两幅图像中关键点的相似性判定度量，当此距离小 于设定阈值时，则判定该两个关键点为可能的匹配点； (4) 去除误匹配：对已经确定的所有可能匹配点对，设定较小的容差，应用RANSAC鲁棒 方法进行几何一致性检验，得到一组最佳匹配点； (5) 仿射变换：将两幅图像映射到同一个坐标系下确定重合区域。
4. 根据权利要求1所述的测量航空器速度的方法，其特征在于，前述步骤3中，对经过 校正的前后两时刻序列图像的匹配点，位于不同高度上相互平行且平行于月面的平面上， 故结合高度信息可分别求出摄像机光心在x、y、z方向上的位移，然后对各方向的位移进行 差分即可得到各方向的瞬时速度，具体包括： 对一个坐标轴方向和两时刻h和!^,P1和p2是匹配点对，是月面上同一点P在不同时 刻的像点，故根据相似三角形原理可得得到：
式中：i = 1，2, Oi是相机的位置，OiCi为摄像机焦距f，OiT i为摄像机高度Hi,点Ci为 h时刻图像的中心点，CiPi为图像中像素点Pi到中心像素点的距离； 由于摄像机焦距f、摄像机高度OiTi已知，通过测量图像中匹配点P1和P 2到图像中心 像素点的距离CiPi,得到：
由此，求得两时刻间摄像机光心相对于地面的位移T1T2 :
结合拍摄时间，对各方向的位移进行差分即可得到各方向的瞬时速度： V = T1IVCl I^t11)。
【文档编号】G06T7/00GK104331882SQ201410579587
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】孙权森, 王立, 周雨薇, 王涛, 沈肖波 申请人:南京理工大学