[发明专利]一种基于无线信道的目标位姿图像测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理与位姿测量技术，尤其涉及一种基于无线信道数据传输系统的目标位姿图像测量方法。

背景技术

位姿图像测量技术具有不接触被测物体的优点，在科研、军事、空间开发等领域具有十分重要的应用价值。在某些位姿测量的场景中，需要将观测点设置在飞行器（例如飞机、飞船、火箭等）上，测量与飞行器具有相对运动的飞行目标（例如卫星、火箭等）的相对位姿参数。设置在飞行器上的观测点通过无线信道与地面接收站通信。

图像测量的精度高度依赖于图像分辨率和帧率，当图像分辨率和帧率足够高时才能获得高测量精度。在航天、军事等领域，测量系统采用无线信道传输数据时，信道容量较低使测量系统的图像分辨率和帧率较低，需要通过合理的方案设计，优化位姿图像测量技术的各个步骤，达到较高的位姿测量精度。

北京理工大学航天测控实验室研制的目标位姿远程图像观测系统，采用数据压缩技术实现了在较低的信道容量下图像的无线传输，图像可用于对目标位姿进行定性的观测。但是受无线信道容量所限，这种系统所传输的图像分辨率和码率较低，不能对目标位姿进行定量测量。

国防科学技术大学对基于视觉的空间目标位姿测量方法进行了研究，在论文“基于视觉的空间目标位置姿态测量方法研究”中，提出了在较高图像分辨率的条件下精确测量目标位姿的方法，但是该方法没有考虑在低信道容量下高分辨率图像无法传输的问题。

典型无线信道容量不高于2Mbps，上述方法在此较低的信道容量下都不能够实现对目标位姿的高精度图像测量，为此需要针对此信道容量的较低数据传输条件设计目标位姿图像测量方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是针对无线信道的低信道容量的传输条件提出一种目标位姿图像测量方法，该方法能够实现对目标位姿的高精度图像测量，适用于具有先验信息的各种类型的合作目标。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种基于无线信道的目标位姿图像测量方法，将位姿测量算法分解为特征提取和位姿参数解算两环节，且在特征提取环节得到的图像特征信息数据的传输码率满足无线信道的低容量限制。

本发明的方法包括，设置发射端和接收端；

所述发射端包括摄像机和图像处理单元；所述摄像机拍摄飞行目标的高分辨率图像；其中摄像机拍摄的图像分辨率高于512×512，帧率高于50bps；

所述图像处理单元提取所述摄像机拍摄图像的至少3个特征点，确定特征点在图像中的坐标；并建立所述坐标与目标的先验特征的匹配关系，生成图像特征信息数据。

在对摄像机拍摄的图像进行特征提取的步骤中，所提取的特征点可以是所述图像的角点、边缘等图像特征。

在所述步骤中，所述生成的图像特征信息数据需经过图像预处理、目标检测、特征检测、特征匹配、图像特征信息数据输出等环节，以上环节可选择与测量场景相适应的已成熟的公知算法实现。

由于本发明的方法中待测目标为合作目标，因此具有先验特征信息，与图像处理有关的算法可根据目标特征的不同采取公知的相应的特征匹配算法，生成的图像特征信息数据能够计算出目标位姿参数。

所述生成的图像特征信息数据通过无线信道从发射端传输到接收端。

所述接收端包括位姿解算单元，位姿解算单元采用接收到的所述图像特征信息数据进行位姿参数解算。

数据传输系统的无线信道容量较低，不能实时传送高分辨率和高帧率图像，但是图像特征信息数据的传输码率可以满足无线信道的容量限制。

本发明将传输的数据流采用图像特征信息数据代替整幅图像，从而满足容量较低的无线信道要求；并将位姿的图像测量分为特征提取和位姿参数解算两个步骤，特征提取在高分辨率和高帧率图像的条件下完成，保证了图像特征信息数据的精度，从而保证了位姿参数的测量精度。

通过以下结合附图以举例方式对本发明的实施方式进行详细的描述后，本发明的其他特征、特点和优点将会更加的明显。

附图说明

图1是本发明的一种基于无线信道数据传输系统的目标位姿图像测量方法的系统组成框图。

图2是本发明的一种基于无线信道数据传输系统的目标位姿图像测量方法的测量流程图。

图3是本发明的一种基于无线信道数据传输系统的目标位姿图像测量方法的飞行目标外观图。

图4是本发明的一种基于无线信道数据传输系统的目标位姿图像测量方法的飞行目标的特征点示意图。

图5是本发明的一种基于无线信道数据传输系统的目标位姿图像测量方法的示意图。