CN112383712A - 一种机载视频陀螺稳像处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图像处理，目的是为了解决飞机平台抖动影响机载视频成像质量的问题，提供一种机载视频陀螺稳像处理方法及装置。所述方法包括：将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x₀，y₀，z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下，得到稳像系数；其中，机载平台光轴方向为Z轴，机载平台前进方向为Y轴，摆镜转动轴为X轴，成像面为XOY面；利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理；对稳像处理后的图像进行图像边缘处理，完成机载稳像处理。所述装置包括：坐标变换模块、稳像模块和边缘处理模块。

Description

一种机载视频陀螺稳像处理方法及装置

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及图像处理。

背景技术

目前，在实际的机载视频成像过程中，随着平台的抖动，视频成像会出现随之抖动的现象，不利于终端观测，同时增加了观测时对目标特征的识别难度。因此，研究适合机载视频稳像方法成为行业的技术难题之一。

因此，针对以上不足，需要提供一种适合机载视频稳像的技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于飞机平台抖动影响机载视频成像质量，针对现有技术中的缺陷，提供一种机载视频陀螺稳像处理方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种机载视频陀螺稳像处理方法，所述方法包括：

将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x₀，y₀，z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下，得到稳像系数；其中，Z轴为机载平台光轴，Y轴和Y’轴均为机载平台前进方向，X轴为摆镜转动轴，O点为摆镜转动轴的旋转中心，成像面为XOY面，X’轴为旋转后的摆镜转动轴，Z’轴为旋转后的光轴；

利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理；

对稳像处理后的图像进行图像边缘处理，完成机载稳像处理。

所述的将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x₀，y₀，Z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下包括：

以Y轴为旋转轴实现XOZ平面的变化，得到OX’YZ’坐标系；

以X’轴为旋转轴实现YOZ’平面的变化，得到OX’Y’Z’坐标系。

所述的以Y为旋转轴实现XOZ平面的变化所采用的公式如下：

x₁＝k₀x₀cost₀-kz₀sint₀

y₁＝y₀

z₁＝k₀x₀sint₀+kz₀cost₀

其中，x₁、y₁、z₁均为OX’Y’Z’坐标系下的坐标，k₀为转筒旋转半径，t₀为转筒旋转角度。

所述的以X’为旋转轴实现YOZ’平面的变化所采用的公式如下：

x_T＝x₁

y_T＝k₁y₁cost₁-k₁z₁sint₁

z_T＝k₁y₁sint₁+k₁z₁cost₁

其中，k₁为摆镜旋转半径，t₁为摆镜旋转角度，(x_T，y_T)为稳像系数。

所述的利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理包括：

设稳像系数(x_T，y_T)坐标的小数部分为(X_T，Y_T)，稳像像素点(x，y)对应的处理点(x+x_T，y+y_T)的四个邻域点的灰度值分别为f₁、f₂、f₃、f₄，(x，y)指图像中像素的行、列位置，采用下述稳像变换公式实现四个邻域点的稳像处理：

f(x，y)＝((1-X_T)×f₁(y)+X_T×f₂(y)+(1-Y_T)×f₁(x)+Y_T×f₂(x))/2

其中，

f₁(x)＝(1-X_T)×f₁+X_T×f₂

f₂(x)＝(1-X_T)×f₃+X_T×f₄

f₁(y)＝(1-Y_T)×f₁+Y_T×f₃

f₂(y)＝(1-Y_T)×f₂+Y_T×f₄

f(x，y)为稳像后点(x，y)的灰度值。

本发明还提供了一种机载视频陀螺稳像处理装置，所述装置包括：

坐标变换模块，其配置成将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x₀，y₀，z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下，得到稳像系数；其中，Z轴为机载平台光轴，Y轴和Y’轴均为机载平台前进方向，X轴为摆镜转动轴，O点为摆镜转动轴的旋转中心，成像面为XOY面，X’轴为旋转后的摆镜转动轴，Z’轴为旋转后的光轴；

稳像模块，其配置成利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理；和

边缘处理模块，其配置成对稳像处理后的图像进行图像边缘处理，完成机载稳像处理。

所述的坐标变换模块包括：

第一变换子模块，其配置成以Y轴为旋转轴实现XOZ平面的变化，得到OX’YZ’坐标系；和

第二变换子模块，其配置成以X’轴为旋转轴实现YOZ’平面的变化，得到OX’Y’Z’坐标系。

所述的以Y为旋转轴实现XOZ平面的变化所采用的公式如下：

x₁＝k₀x₀cost₀-kz₀sint₀

y₁＝y₀

z₁＝k₀x₀sint₀+kz₀cost₀

其中，x₁、y₁、z₁均为OX’Y’Z’坐标系下的坐标，k0为转筒旋转半径，t0为转筒旋转角度。

所述的以X’为旋转轴实现YOZ’平面的变化所采用的公式如下：

x_T＝x₁

y_T＝k₁y₁cost₁-k₁z₁sint₁

z_T＝k₁y₁sint₁+k₁z₁cost₁

其中，k₁为摆镜旋转半径，t₁为摆镜旋转角度，(x_T，y_T)为稳像系数。

所述的利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理的具体方法为：

设稳像系数(x_T，y_T)坐标的小数部分为(X_T，Y_T)，稳像像素点(x，y)对应的处理点(x+x_T，y+y_T)的四个邻域点的灰度值分别为f₁、f₂、f₃、f₄，(x，y)指图像中像素的行、列位置，采用下述稳像变换公式实现四个邻域点的稳像处理：

f(x，y)＝((1-X_T)×f₁(y)+X_T×f₂(y)+(1-Y_T)×f₁(x)+Y_T×f₂(x))/2

其中，

f₁(x)＝(1-X_T)×f₁+X_T×f₂

f₂(x)＝(1-X_T)×f₃+X_T×f₄

f₁(y)＝(1-Y_T)×f₁+Y_T×f₃

f₂(y)＝(1-Y_T)×f₂+Y_T×f₄

f(x，y)为稳像后点(x，y)的灰度值。

本发明的机载视频陀螺稳像处理方法及装置通过计算机程序的方式实现，在计算机上实时运行，本发明具有以下有益效果：

通过陀螺信息及平台自身的运动特征计算稳像处理系数，可以实时实现机载视频稳像实时处理，将三维坐标变换拆分为两次二维变换的方式简化处理难度，提升处理精度，大幅提升处理速度，为机载视频稳像实时处理提供条件。

附图说明

图1是本发明实施例一的机载视频陀螺稳像处理方法的示意性流程图；

图2是本发明实施例一的OXYZ坐标系；

图3是本发明实施例一的四个邻域点的位置示意图；

图4是本发明实施例二的机载视频陀螺稳像处理装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，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的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。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的机载视频陀螺稳像处理方法包括以下步骤S1至步骤S3。

步骤S1、将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x₀，y₀，z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下，得到稳像系数；其中，Z轴为机载平台光轴，Y轴和Y’轴均为机载平台前进方向，X轴为摆镜转动轴，O点为摆镜转动轴的旋转中心，成像面为XOY面，X’轴为旋转后的摆镜转动轴，Z’轴为旋转后的光轴；

因陀螺信息为整体机载平台的三维抖动信息，因此，陀螺相对飞机的坐标为一客观绝对值，不受成像平台运动的影响。同时考虑到探测器的焦距等指标因素，分析可得，在成像光轴方向的振动不影响成像质量，因此机载平台稳像只需将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x0，y₀，z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下即可，然后只通过变换后的坐标值(x_T，y_T，z_T)中的(x_T，y_T)在OX’Y’平面上实现二维稳像处理及图像边缘处理即可完成机载稳像处理。

第一次坐标变换以Y轴为旋转轴实现XOZ平面的变化，得到OX’YZ’坐标系，变换公式如下：

x₁＝k₀x₀cost₀-kz₀sint₀

y₁＝y₀

z₁＝k₀x₀sint₀+kz₀cost₀

其中，x₁、y₁、z₁均为OX’Y’Z’坐标系下的坐标，k₀为转筒旋转半径，t₀为转筒旋转角度。

第二次变换变换以X’为旋转轴实现YOZ’平面的变化，得到OX’Y’Z’坐标系，变换公式如下：

x_T＝x₁

y_T＝k₁y₁cost₁-k₁z₁sint₁

z_T＝k₁y₁sint₁+k₁z₁cost₁

其中，k₁为摆镜旋转半径，t₁为摆镜旋转角度。

完成坐标变换后可得到稳像系数(x_T，y_T)。

步骤S2、利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理；

设稳像系数的小数坐标为(X_T，Y_T)，小数坐标值是指一个点位坐标的小数部分，例如坐标(30.1，20.9)对应的小数坐标为(0.1，0.9)，每个稳像像素点(x，y)对应的处理点(x+x_T，y+y_T)的四个邻域点分别为f₁、f₂、f₃和f₄，如图3所示。其中，稳像像素点指稳像后的图像二维空间上的点位坐标，

因此，可得稳像变换公式：

f₁(x)＝(1-X_T)×f₁+X_T×f₂

f₂(x)＝(1-X_T)×f₃+X_T×f₄

f₁(y)＝(1-Y_T)×f₁+Y_T×f₃

f₂(y)＝(1-Y_T)×f₂+Y_T×f₄

f(x，y)＝((1-X_T)×f₁(y)+X_T×f₂(y)+(1-Y_T)×f₁(x)+Y_T×f₂(x))/2

其中，f(x，y)为稳像后点(x，y)的灰度值。

f(x)、f(y)分别为x方向、y方向的两点邻域值。采用上述公式实现四邻域点的稳像处理。

步骤S3、对稳像处理后的图像进行图像边缘处理，完成机载稳像处理。

实施例二

如图4所示，本发明实施例提供的机载视频陀螺稳像处理装置包括：

坐标变换模块1，其配置成将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x₀，y₀，z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下，得到稳像系数；其中，Z轴为机载平台光轴，Y轴和Y’轴均为机载平台前进方向，X轴为摆镜转动轴，O点为摆镜转动轴的旋转中心，成像面为XOY面，X’轴为旋转后的摆镜转动轴，Z’轴为旋转后的光轴；

稳像模块2，其配置成利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理；和

边缘处理模块3，其配置成对稳像处理后的图像进行图像边缘处理，完成机载稳像处理。

所述的坐标变换模块包括：

第一变换子模块，其配置成以Y轴为旋转轴实现XOZ平面的变化，得到OX’YZ’坐标系；和

第二变换子模块，其配置成以X’轴为旋转轴实现YOZ’平面的变化，得到OX’Y’Z’坐标系。

所述的以Y为旋转轴实现XOZ平面的变化所采用的公式如下：

x₁＝k₀x₀cost₀-kz₀sint₀

y₁＝y₀

z₁＝k₀x₀sint₀+kz₀cost₀

其中，x₁、y₁、z₁均为OX’Y’Z’坐标系下的坐标，k₀为转筒旋转半径，t₀为转筒旋转角度。

所述的以X’为旋转轴实现YOZ’平面的变化所采用的公式如下：

x_T＝x₁

y_T＝k₁y₁cost₁-k₁z₁sint₁

z_T＝k₁y₁sint₁+k₁z₁cost₁

其中，k₁为摆镜旋转半径，t₁为摆镜旋转角度，(x_T，y_T)为稳像系数。

所述的利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理的具体方法为：

设稳像系数(x_T，y_T)的小数坐标为(X_T，Y_T)，稳像像素点(x，y)对应的处理点(x+x_T，y+y_T)的四个邻域点分别为f₁、f₂、f₃、f₄，采用下述稳像变换公式实现四邻域点的稳像处理：

f₁(x)＝(1-X_T)×f₁+X_T×f₂

f₂(x)＝(1-X_T)×f₃+X_T×f₄

f₁(y)＝(1-Y_T)×f₁+Y_T×f₃

f₂(y)＝(1-Y_T)×f₂+Y_T×f₄

f(x，y)＝((1-X_T)×f₁(y)+X_T×f₂(y)+(1-Y_T)×f₁(x)+Y_T×f₂(x))/2

其中，f(x，y)为稳像后点(x，y)的灰度值。

f(x)、f(y)分别为x方向、y方向的两点邻域值。

综上所述，本发明实施例的机载视频陀螺稳像处理方法及装置，利用陀螺结构获取实时的吊舱平台的抖动坐标值，根据成像平台自身摆镜与转筒的运动特征输入，完成陀螺坐标的坐标转换，使之位于相面空间中，之后根据稳像算法实现实时的机载视频稳像处理，较大的提升了机载视频的成像质量和观测效果，为图像的后续处理提供有利输入。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种机载视频陀螺稳像处理方法，其特征在于，包括：

将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x₀，y₀，z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下，得到稳像系数；其中，Z轴为机载平台光轴，Y轴和Y’轴均为机载平台前进方向，X轴为摆镜转动轴，O点为摆镜转动轴的旋转中心，成像面为XOY面，X’轴为旋转后的摆镜转动轴，Z’轴为旋转后的光轴；

利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理；

对稳像处理后的图像进行图像边缘处理，完成机载稳像处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x₀，y₀，z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下包括：

以Y轴为旋转轴实现XOZ平面的变化，得到OX’YZ’坐标系；

以X’轴为旋转轴实现YOZ’平面的变化，得到OX’Y’Z’坐标系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的以Y为旋转轴实现XOZ平面的变化所采用的公式如下：

x₁＝k₀x₀cost₀-k₀z₀sint₀

y₁＝y₀

z₁＝k₀x₀sint₀+kz₀cost₀

其中，x₁、y₁、z₁均为OX’Y’Z’坐标系下的坐标，k₀为转筒旋转半径，t₀为转筒旋转角度。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的以X’为旋转轴实现YOZ’平面的变化所采用的公式如下：

x_T＝x₁

y_T＝k₁y₁cost₁-k₁z₁sint₁

z_T＝k₁y₁sint₁+k₁z₁cost₁

其中，k₁为摆镜旋转半径，t₁为摆镜旋转角度，(x_T，y_T)为稳像系数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理包括：

设稳像系数(x_T，y_T)坐标的小数部分为(X_T，Y_T)，稳像像素点(x，y)对应的处理点(x+x_T，y+y_T)的四个邻域点的灰度值分别为f₁、f₂、f₃、f₄，(x，y)指图像中像素的行、列位置，采用下述稳像变换公式实现四个邻域点的稳像处理：

f(x，y)＝((1-X_T)×f₁(y)+X_T×f₂(y)+(1-Y_T)×f₁(x)+Y_T×f₂(x))/2

其中，

f₁(x)＝(1-X_T)×f₁+X_T×f₂

f₂(x)＝(1-X_T)×f₃+X_T×f₄

f₁(y)＝(1-Y_T)×f₁+Y_T×f₃

f₂(y)＝(1-Y_T)×f₂+Y_T×f₄

f(x，y)为稳像后点(x，y)的灰度值。

6.一种机载视频陀螺稳像处理装置，其特征在于，包括：

坐标变换模块，其配置成将OXYZ坐标系下的抖动坐标(x₀，y₀，z₀)实时转换到OX’Y’Z’坐标系下，得到稳像系数；其中，Z轴为机载平台光轴，Y轴和Y’轴均为机载平台前进方向，X轴为摆镜转动轴，O点为摆镜转动轴的旋转中心，成像面为XOY面，X’轴为旋转后的摆镜转动轴，Z’轴为旋转后的光轴；

稳像模块，其配置成利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理；和

边缘处理模块，其配置成对稳像处理后的图像进行图像边缘处理，完成机载稳像处理。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的坐标变换模块包括：

第一变换子模块，其配置成以Y轴为旋转轴实现XOZ平面的变化，得到OX’YZ’坐标系；和

第二变换子模块，其配置成以X’轴为旋转轴实现YOZ’平面的变化，得到OX’Y’Z’坐标系。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的以Y为旋转轴实现XOZ平面的变化所采用的公式如下：

x₁＝k₀x₀cost₀-kz₀sint₀

y₁＝y₀

z₁＝k₀x₀sint₀+kz₀cost₀

其中，x₁、y₁、z₁均为OX’Y’Z’坐标系下的坐标，k₀为转筒旋转半径，t₀为转筒旋转角度。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述的以X’为旋转轴实现YOZ’平面的变化所采用的公式如下：

x_T＝x₁

y_T＝k₁y₁cost₁-k₁z₁sint₁

z_T＝k₁y₁sint₁+k₁z₁cost₁

其中，k₁为摆镜旋转半径，t₁为摆镜旋转角度，(x_T，y_T)为稳像系数。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的利用所述稳像系数对每个稳像像素点进行四邻域点的稳像处理的具体方法为：

设稳像系数(x_T，y_T)坐标的小数部分为(X_T，Y_T)，稳像像素点(x，y)对应的处理点(x+x_T，y+y_T)的四个邻域点的灰度值分别为f₁、f₂、f₃、f₄，(x，y)指图像中像素的行、列位置，采用下述稳像变换公式实现四个邻域点的稳像处理：

f(x，y)＝((1-X_T)×f₁(y)+X_T×f₂(y)+(1-Y_T)×f₁(x)+Y_T×f₂(x))/2

其中，

f₁(x)＝(1-X_T)×f₁+X_T×f₂

f₂(x)＝(1-X_T)×f₃+X_T×f₄

f₁(y)＝(1-Y_T)×f₁+Y_T×f₃

f₂(y)＝(1-Y_T)×f₂+Y_T×f₄

f(x，y)为稳像后点(x，y)的灰度值。

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