[发明专利]一种光学捷联导引头图像跟踪方法

权利要求书

1.一种光学捷联导引头图像跟踪方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1，提取目标模板特征：

读入运动模糊图像复原后的第一帧图像，在其中选定待跟踪的目标区域；在目标区域内进行多尺度的Harris特征点检测，并对检测出的特征点计算特征尺度，得到一组对尺寸缩放、旋转和光照变化保持不变的局部特征点；选取待跟踪的特征点，对该特征点对应的不变特征区域进行16×16点采样，提取出与待跟踪特征点对应的SIFT描述子；

步骤2，读取下一帧图像，进行运动模糊图像复原：

获取模糊图像的运动角度，估计运动模糊图像的点扩散函数，包含：通过基于频谱阈值化处理的Radon变换估计运动角度；以及，获取模糊图像的模糊长度，通过微分自相关估计模糊长度；根据估计出的运动模糊点扩散函数，对模糊图像进行维纳滤波图像复原；

步骤3，预测波门位置：

根据载体姿态角，通过惯性坐标系、载体坐标系以及成像坐标系之间的坐标转换，得到目标成像因载体姿态变化而在成像坐标系上的变化，对波门位置进行预测；

步骤4，确定目标位置：

对完成运动模糊图像复原的当前帧图像，在波门区域进行多尺度的Harris特征点检测，并对检测出的特征点计算特征尺度，得到一组对尺寸缩放、旋转和光照变化保持不变的局部特征点，并生成对应的SIFT描述子；通过比较待跟踪特征点的SIFT描述子与波门区域每一个局部特征点的SIFT描述子的相似度，将描述子的欧氏距离最小的特征点作为最佳匹配特征点，将最佳匹配特征点所对应的位置作为目标位置；

步骤5，更新目标模板特征：

根据描述子的相似度来确定是否更新描述子模板，其中，当待跟踪特征点的描述子与最佳匹配特征点的描述子的相似度低于阈值时，对待跟踪点描述子进行更新；之后，循环至步骤2；

所述步骤3中预测波门位置时，进一步包括以下步骤：

S3-1、获取载体坐标系o-x_by_bz_b下，待跟踪特征点的光轴指向向量用方位角θ_h和俯仰角θ_p表示为

所述方位角θ_h是基于待跟踪特征点的像素坐标，通过公式获得的，

所述俯仰角θ_p是基于待跟踪特征点的像素坐标，通过公式获得的，

其中，y表示待跟踪特征点在成像坐标系y轴上的坐标，d表示像素大小，x表示待跟踪特征点在成像坐标系x轴上的坐标，f表示光学系统焦距；

对待跟踪特征点的坐标加上整体偏移量，得到预测波门的初步位置；

S3-2、已知上一帧惯性坐标系o-x_iy_iz_i下，载体坐标系o-x_by_bz_b的方位角α₁，俯仰角β₁和横滚角γ₁，获取惯性坐标系o-x_iy_iz_i下待跟踪特征点的光轴指向向量

所述光轴指向向量由载体坐标系o-x_by_bz_b到惯性坐标系o-x_iy_iz_i的转换矩阵C_b-i(α₁,β₁,γ₁)和载体坐标系o-x_by_bz_b下的光轴指向向量得到，表示为

S3-3、根据当前帧惯性坐标系下o-x_iy_iz_i，载体坐标系o-x_by_bz_b的方位角α₂，俯仰角β₂和横滚角γ₂，获取载体坐标系o-x_by_bz_b下待跟踪特征点的光轴指向向量

所述光轴指向向量由惯性坐标系o-x_iy_iz_i到载体坐标系o-x_by_bz_b的转换矩阵C_i-b(α₂,β₂,γ₂)和惯性坐标系o-x_iy_iz_i下的光轴指向向量得到，表示为

S3-4、获取载体坐标系o-x_by_bz_b下，跟踪波门的中心位置(x₂,y₂)；

x₂表示预测波门中心在成像坐标系x轴上的坐标：

波门中心俯仰角度θ_p2，由余弦定理得出：

y₂表示预测波门中心在成像坐标系y轴上的坐标：

波门中心方位角θ_h2，由余弦定理得出：