一种线阵全景相机的视轴角速度测量方法

技术领域

本发明属于光电测量领域，具体涉及光电成像仪器视轴角速度测量领域。

背景技术

线阵全景相机是侦察相机的一个重要种类。为了获取清晰的全景图像，需要在摆扫成像过程中通过反馈控制系统保持视轴稳定。因此，为了实现反馈控制，需要对视轴在摆扫方向的角速度进行精确测量。常用的测量方式是通过高精度的陀螺仪实现的，但是陀螺仪的输出频率有限，一般为5kHz以下，导致测量精度有限，并且高精度的陀螺仪价格较高，不利于降低产品成本。

发明内容

为了解决线阵全景相机的视轴角速度测量精度低以及成本高的问题，本发明提供一种线阵全景相机的视轴角速度测量方法。

所述方法包括如下步骤：

S1、获取线阵全景相机中两个线阵图像传感器分别对同一景物扫描所得的两幅全景图像B1和B2；

S2、获得两幅全景图像B1和B2中图像匹配块的搜索范围l；

S3、在B1全景图像中截取横坐标为x、宽度为W的图像块，在B2全景图像中截取横坐标为i＝x+l、宽度为W的图像块，计算两个图像块之间列与列的相关系数并求和，得到块相关系数R(x,i)；

S4、对每一个x对应的块相关系数R(x,i)进行多项式拟合得到R′(x,i)，将R′(x,i)值最大时对应的i设为i

S5、获取线阵全景相机视轴转动的角速度，采用：

获得，其中，frq是线阵探测器的行转移频率，f是光学系统的焦距，b是线阵图像传感器的像素尺寸，l(x)＝i

进一步，步骤S2中，所述l＝{n|n∈[L-3σ,L+3σ-1]}，其中，L表示两个线阵图像传感器的物理间距，σ是超参数。

进一步，

进一步，步骤S3中，

进一步，

进一步，步骤S4中，对每一个x对应的块相关系数R(x,i)进行多项式拟的具体步骤为：

S61、在R(x,i)中找到最大值对应的i,记为i

S62、对i

进一步，求解{a

A＝[a

Y＝[R(x,i

本发明所述方法的有益效果为：本发明针对线阵全景相机提供了一种无需陀螺仪的角速度测量方法，该方法充分利用了线阵传感器的特点，通过不同线阵传感器的物理偏移和图像相关性实现了对角速度的测量，具有输出频率高、精度高、性价比高的特点，可用于工业测量和航空遥感等领域。通常来说，线阵图像传感器的行频最高通常可以达到20kHz以上，是常规陀螺仪的输出频率的4倍以上，并且无需在线阵全景相机上再额外安装高精度光纤陀螺，节省了较多的成本。

本发明所述方法可以应用在光电测量领域、线阵全景相机成像技术领域以及线阵全景相机制造领域。

附图说明

图1为本发明实施例中线阵全景相机的成像模型示意图；

图2为本发明实施例中线阵图像传感器的输入与输出示意图；

图3为本发明实施例中两个线阵图像传感器对同一景物先后成像的像素偏移示意图；

图4为本发明实施例中B1全景图像和B2全景图像的图形块对应示意图；

图5为本发明实施例中在i

图6为本发明实施例中采用所述视轴角速度测量方法得到的角速度测量结果示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1、

本实施例对本发明所述方法的背景进行说明。线阵全景相机的成像模型如图1所示，其中，B1和B2是两个线阵图像传感器，且同方向的固定在同一个刚体表面。如图2所示，线阵图像传感器的输入为一定频率的行转移脉冲，在该脉冲的驱动下，线阵图像传感器输出一列图像。

线阵全景相机通过机械的转动，对景物进行扫描，线阵图像传感器输出连续的列图像、最终成为一幅全景图像。因为两个线阵图像传感器存在一定的物理间距，因此在扫描成像时，它们对同一景物先后成像，最终在各自的全景图像上存在一定像素的偏移，如图3所示。本发明所述方法充分利用了线阵全景相机的上述成像特性，通过B1和B2扫描获取的2幅全景图像计算视轴转动的角速度。

实施例2、

本实施例对本发明所述方法进行详细说明。本发明所述方法一共包含五个步骤：

步骤一：获取线阵全景相机中两个线阵图像传感器分别对同一景物扫描所得的两幅全景图像B1和B2；

步骤二:获得两幅全景图像中图像匹配块的搜索范围：l＝{n|n∈[L-3,L+3σ-1]}，其中l是两个线阵传感器的物理间距，σ是一个超参数，由视轴的K个误差项σ

步骤三：在B1全景图截取横坐标为x、宽度为W的图像块，其中，W和景物的场景特性有关，比如对于纹理比较丰富的图像，W就可以取的小一点，对于纹理不是特别丰富的图像，W就要相应的取大一点，所以它不是一个固定的值，而x的范围则是从1到N逐个遍历，N为全景图像B1的宽度。B2全景图截取横坐标为i＝x+l、宽度同样为W的图像块。

计算两个图像块之间列与列的相关系数，并求和，得到块相关系数R(x,i)：

其中，M为图像块的高度、也是线阵探测器的像素数量，f(x+k,j)为全景图像B1在坐标(x+k,j)的灰度值，g(i+k,j)为全景图像B2在坐标(+k,j)的灰度值，

如图4所示，对于B1全景图像中的每一个x，都会对应6个i(因为i＝x+l，且l＝{n|n∈[L-σ,L+σ-1]})，因此也会对应6个R(x,i)。

步骤四：对每一个x对应6个R(x,i)进行多项式拟合得到R′(x,i)。在R′(x,i)得到最大值以及相应的i，设为i

具体步骤如下：

步骤4.1在6个R(x,i)中求出最大值对应的i，设为i

步骤4.2对i

R′(x,i)＝a

计算方程为：

A＝(I

其中：

A＝[a

Y＝[R(x,i

步骤4.3.在R′(x,i)中求出最大值对应的i，设为i

步骤五：x的范围是[1,N]，按上面的步骤计算所有的x对应的l(x)，然后计算视轴转动的角速度w(x)：

其中，frq是线阵探测器的行频，f是光学系统的焦距，b是线阵图像传感器的像素尺寸。

以下为使用本发明所述方法的一个具体示例：光学系统焦距f＝120mm，线阵探测器的行频为12kHz，线阵图像传感器的像素尺寸为20um，两个线阵图像传感器的物理间距为130像素，设定伺服的转速为100°/s，获得B1和B2两幅全景图像，用本发明所述方法测量得到的角速度如图6所示，其中横坐标表示采样周期，单位为行频的倒数，即83.3毫秒，纵坐标表示测量的角速度,单位为度/秒。