CN106780614B - 基于多通道图像处理的海上装置自标定方法 - Google Patents

基于多通道图像处理的海上装置自标定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多通道图像处理的海上装置自标定方法，属于海上装置的各个系统精确定位技术领域。本发明的自标定方法包括如下步骤：(1)第一次捕获目标信息；(2)第二次捕获目标信息；(3)主控机计算ki和θi；(4)调整第i个通道的架位信息；(5)完成海上装置的自标定。本发明将目标从北极星拓展到可被镜头捕捉的恒星或太阳，采用图像目标识别技术和目标质心自动获取算法，且无需借助标定板，只需要保证相机在标定过程中使目标位于十字准星附近即可，实现调整所有通道零点与参考通道一致。本发明的自标定方法对校标环境要求宽松，且标定过程更加方便快捷。

Description

基于多通道图像处理的海上装置自标定方法
技术领域
本发明属于海上装置的各个系统精确定位技术领域，具体地属于一种基于多通道图像处理的海上装置自标定方法。
背景技术
海上装置的各个系统在对目标精准跟踪以前，需要对装置的各个系统进行标定，使系统零位保持一致的前提下，保证对目标的精确定位。为了满足目标的精确定位，不仅需要在设备上安装时调整机械零位，而且需要校标电气零位，使各装置系统零位一致。
电气零位的校准主要包括角度零位和距离零位。目前常用的角度零位校准方法是在系泊条件下，选择气象良好，星点明确的状况，使用瞄星法。传统的瞄星法为在甲板上架设经纬仪，按对准用艏艉线标志板对中、调平，并依据对准用艏艉线建立经纬仪的方位零位，然后各设备与经纬仪同时瞄星，将经纬仪的方位及仰角数据进行坐标旋转变换成为所测设备平面的参数后作为各设备的舷角及仰角真值，各设备依此真值进行各自的零位调整，瞄星时至少要瞄两颗方位角互成90°的星体。
瞄星法主要存在两个问题：(1)对瞄星时的气象条件要求苛刻。瞄星法要求在天气晴朗条件下，人工瞄准北极星，且无风或风速较小，使船体保持静止，而海上这种良好的气象条件并不是常有，为瞄星甚至需要等待一个月之久；(2)瞄星由人工操作，瞄星精度跟操作人员技术水平有关，没有利用现代化计算工具，整体统筹所有武器系统的校标过程。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开了一种基于多通道图像处理的海上装置自标定方法。该自标定方法不需要标定板，只需要保证相机在标定过程中使目标置于十字准心位置，无运动轨迹的约束，且采用多通道图像处理的技术，主控机能同时查看和处理所有通道的图像，更加快捷方便。
本发明公开了一种基于多通道图像处理的海上装置自标定方法，包括如下步骤：
(1)第一次捕获目标信息：具体过程如下：
11)获取目标的多通道图像：在海上装置的各系统中安装CCD图像传感器，使目标位于图像中心位置，第一次按压海上装置的主控机的捕获按钮，捕获目标在任意时刻的多通道图像；
12)计算目标质心的坐标值：规定每个通道图像的左上角为原点，水平向右的方向为x轴，竖直向下的方向为y轴；并设当前CCD图像传感器的架位位置为位置A，则主控机计算第i个通道在位置A处获得的目标质心的坐标值为所述目标质心在世界坐标系中的坐标值为(αw,βw)；
13)获取CCD图像传感器的架位信息：计算所述步骤11)中捕获目标时CCD图像传感器的架位信息，即第i个通道在位置A处的方位角和俯仰角为
则所述步骤12)中的第i个通道在位置A处获得的目标质心的坐标值目标质心在世界坐标系中的坐标值为(αw,βw)与第i个通道在位置A处的方位角和俯仰角满足如下矩阵关系式：
且ki和θi均为CCD图像传感器在第i个通道的校标参数；
(2)第二次捕获目标信息：保持海上装置的位置不动，改变海上装置的各系统的架位位置，即CCD图像传感器的架位位置变为位置B，但保证所述步骤11)中的目标仍在CCD图像传感器的摄像机视场内；
海上装置的主控机第二次按压捕获按钮，捕获目标在任意时刻的多通道图像；主控机计算第i个通道在位置B处获得的目标质心的坐标值为且步骤(2)中捕获目标时CCD图像传感器的架位信息，即第i个通道在位置B处的方位角和俯仰角为
(3)主控机计算ki和θi：且ki和θi满足如下数学关系式：
(4)调整第i个通道的架位信息：已知多通道图像中第i个通道CCD十字准星位置的坐标值为调整第i个通道在位置B处的目标质心与CCD十字准星位置相重合，调整量为且调整量满足如下数学关系式：
(5)完成海上装置的自标定：指定第i个通道为参考通道，则多通道图像中其它通道的架位信息参照第i个通道修正，完成海上装置的标校。
进一步地，所述步骤(4)中的CCD十字准星位置为CCD图像传感器中摄像机的十字架的交点。
再进一步地，所述目标为夜间清晰可见星点或白天的太阳。
更进一步地，所述多通道图像包括n个通道图像，n为大于零的整数。
更进一步地，第i个通道为n个通道图像中的任意一个通道，且i大于零，小于或等于n。
有益效果：
1、本发明的自标定方法对校标环境要求较为宽松，目标扩展到能被镜头捕捉的恒星或者太阳，比较传统的瞄星法，对瞄星气象的要求更为合理；
2、本发明的自标定方法不需要借助标定板，因此相机无需做约束条件强的特殊运动，操作更加便捷；
3、本发明的自标定方法采用图像多通道处理方式，主控端能同时查看和处理所有通道图像，节省了人工成本。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
本实施例公开了一种基于多通道图像处理的海上装置自标定方法，包括如下步骤：
(1)第一次捕获目标信息：具体过程如下：
11)获取目标的多通道图像：在海上装置的各系统中安装CCD图像传感器，使目标位于图像中心位置左右，第一次按压海上装置的主控机的捕获按钮，捕获目标在任意时刻的多通道图像；所述目标为夜间清晰可见星点或白天的太阳，即对校标的环境要求较为宽松，不再局限于北极星；所述多通道图像包括n个通道的图像，且n为大于零的整数；
12)计算目标质心的坐标值：规定每个通道图像的左上角为原点，水平向右的方向为x轴，竖直向下的方向为y轴；并设当前CCD图像传感器的架位位置为位置A，主控机计算第i个通道在位置A处获得的目标质心的坐标值为所述目标质心在世界坐标系中的坐标值为(αw,βw)；第i个通道为n个通道图像中的任意一个通道，且0＜i≤n；
13)获取CCD图像传感器的架位信息：所述步骤11)中捕获目标时CCD图像传感器的架位信息，即第i个通道在位置A处的方位角和俯仰角为则所述步骤12)中的第i个通道在位置A处获得的目标质心的坐标值目标质心在世界坐标系中的坐标值为(αw,βw)与第i个通道在位置A处的方位角和俯仰角满足如下矩阵关系式：
且ki和θi均为CCD图像传感器在第i个通道的校标参数；
(2)第二次捕获目标信息：保持海上装置的位置不动，改变海上装置的各系统的架位位置，即CCD图像传感器的架位位置变为位置B，但使所述步骤11)中的目标仍在CCD图像传感器的摄像机视场内；
海上装置的主控机第二次按下捕获按钮，捕获目标在任意时刻的多通道图像，主控机计算第i个通道在位置B处获得的目标质心的坐标值为且步骤2)中某一时刻的CCD图像传感器的架位信息，即第i个通道在位置B处的方位角和俯仰角为
因此，结合主控机第一次和第二次捕获的目标信息，可以计算出ki和θi。
(3)主控机计算ki和θi：且ki和θi满足如下数学关系式：
(4)调整第i个通道的架位信息：已知多通道图像中第i个通道CCD十字准星位置的坐标值为所述CCD十字准星位置为CCD图像传感器中摄像机的十字架的交点，同时规定规定每个通道图像的左上角为原点，水平向右的方向为x轴，竖直向下的方向为y轴；
调整第i个通道在位置B处的目标质心与CCD十字准星位置相重合，调整量为且调整量满足如下数学关系式：
(5)完成海上装置的自标定：指定第i个通道为参考通道，则其它通道的架位信息参照第i个通道修正，完成海上装置的标校。
由上述实施例可知，本发明的自标定方法的原理为：通过改变海上装置的各系统的架位位置，主控机两次捕获目标信息，计算多通道图像中某一通道的校标参数，再通过调整任意一个通道在某位置处的目标质心与CCD十字准星位置相重合，获取该通道的微调整，最终完成各个通道的标校。
本发明将目标从北极星拓展到可被镜头捕捉的恒星或太阳，对环境的要求不再那么苛刻，且自标定过程无需借助标定板，只需要保证CCD图像传感器在标定过程中使目标位于十字准星附近即可，最终实现调整所有通道零点与参考通道一致，在保证校正结果准确度较高的基础上，节省了操作流程。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于多通道图像处理的海上装置自标定方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)第一次捕获目标信息：具体过程如下：
11)获取目标的多通道图像：在海上装置的各系统中安装CCD图像传感器，使目标位于图像中心位置，第一次按压海上装置的主控机的捕获按钮，捕获目标在任意时刻的多通道图像；
12)计算目标质心的坐标值：规定每个通道图像的左上角为原点，水平向右的方向为x轴，竖直向下的方向为y轴；并设当前CCD图像传感器的架位位置为位置A，则主控机计算第i个通道在位置A处获得的目标质心的坐标值为所述目标质心在世界坐标系中的坐标值为(αw,βw)；
13)获取CCD图像传感器的架位信息：计算所述步骤11)中捕获目标时CCD图像传感器的架位信息，即第i个通道在位置A处的方位角和俯仰角为
则所述步骤12)中的第i个通道在位置A处获得的目标质心的坐标值目标质心在世界坐标系中的坐标值为(αw,βw)与第i个通道在位置A处的方位角和俯仰角满足如下矩阵关系式：
且ki和θi均为CCD图像传感器在第i个通道的校标参数；
(2)第二次捕获目标信息：保持海上装置的位置不动，改变海上装置的各系统的架位位置，即CCD图像传感器的架位位置变为位置B，但保证所述步骤11)中的目标仍在CCD图像传感器的摄像机视场内；
第二次按压海上装置的主控机捕获按钮，捕获目标在任意时刻的多通道图像；主控机计算第i个通道在位置B处获得的目标质心的坐标值为且步骤(2)中捕获目标时CCD图像传感器的架位信息，即第i个通道在位置B处的方位角和俯仰角为
(3)主控机计算ki和θi：且ki和θi满足如下数学关系式：
(4)调整第i个通道的架位信息：已知多通道图像中第i个通道CCD十字准星位置的坐标值为调整第i个通道在位置B处的目标质心与CCD十字准星位置相重合，调整量为且调整量满足如下数学关系式：
(5)完成海上装置的自标定：指定第i个通道为参考通道，则多通道图像中其它通道的架位信息参照第i个通道修正，完成海上装置的标校。
2.根据权利要求1所述的基于多通道图像处理的海上装置自标定方法，其特征在于：所述步骤(4)中的CCD十字准星位置为CCD图像传感器中摄像机的十字架的交点。
3.根据权利要求1所述的基于多通道图像处理的海上装置自标定方法，其特征在于：所述目标为夜间清晰可见星点或白天的太阳。
4.根据权利要求1所述的基于多通道图像处理的海上装置自标定方法，其特征在于：所述多通道图像包括n个通道图像，n为大于1的整数。
5.根据权利要求4所述的基于多通道图像处理的海上装置自标定方法，其特征在于：第i个通道为n个通道图像中的任意一个通道，且i大于零，小于或等于n。
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