[发明专利]一种基于阴影的飞行器落点单目测量方法

说明书

本发公开一种基于阴影的飞行器落点单目测量方法。属于摄影测量、武器试验等技术领域。本发明利用靶面上的3个标志点，利用一个相机拍摄任意位置的目标图像及其在靶面上的阴影，然后在图像中提取目标轴线和阴影轴线，该两条轴线的交点即为目标着靶位置，即落点在图像中的成像位置。根据该成像位置及相机成像原理，采用线面交会方法，计算飞行器的落点三维信息。本发明有效解决了双目测量和单目测量需要多个相机或至少4个标志点，且需拍摄到飞行器触地时刻图像，对相机帧率要求也不高，本发明的测量方法测量效率更高且操作实施更便捷。

技术领域：

本发明涉及摄影测量、武器试验等技术领域。具体涉及一种基于阴影的飞行器落点单目测量方法。

背景技术

在武器试验，特别是飞行器试验领域，如导弹试验等，常采用摄影测量方法对飞行器目标落点进行测量。根据使用设备的数量，摄影测量可分为双目视觉测量和单目视觉测量。双目视觉测量利用不低于两个相机可获取目标的3D信息，如落点，在武器试验中得到广泛运用(于起峰,尚洋.摄像测量学原理与应用研究[M].科学出版社)。单目视觉仅能获取目标的2D信息，若要对目标落点等信息进行3D测量，则需要增加其他约束条件。有关技术人员提出一种单目视觉测量方法，(赵梓年,张永栋,陈洪林,叶虎,谷俊豪.面向建筑物靶标的目标脱靶量测量方法及系统设计[C]。2021中国自动化大会论文集.,2021:106-111)，但这是一种近似的测量方法，且需要对相机倾斜角度有具体要求。由于武器试验多为高速目标，该方法需要拍摄目标接近平面的图像，因此需要高帧率相机。可以看到，在武器试验中，现有的方法有局限之处，比如需要多个相机，或者采用近似测量且高帧率相机等。在实际运用中，当没有足够多相机，或者相机帧率不满足要求不能拍摄到落地时刻的图像时，对目标落点的测量将无法高精度完成。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于阴影的飞行器落点单目测量方法，利用单个相机对有阴影的飞行器落点进行测量。本发明解决了传统落点测量需要至少2个相机，且需拍摄到目标着靶瞬间的图像，或者在采用一个相机进行测量时，为近似测量，需要至少4个标志点，对相机倾斜角度有具体要求，且需拍摄到目标着靶瞬间的图像的技术问题。

为达到上述目的，解决上述技术问题，本发明的技术方案如下。

一种基于阴影的飞行器落点测量方法，包括如下步骤：

步骤1、将相机放置在高处，使得相机视场能够将落点区域覆盖完全且能够观测到目标阴影所在的靶面，并在靶面布设3个标志点；利用太阳光线或者光源对目标出现的区域进行补光，使得目标在靶面形成阴影，补光区域为每次测量任务中要求的落点需要覆盖的区域；

步骤2、当目标进入相机视场后，拍摄一张目标及阴影图像，此时目标不必位于或者接近靶面，利用特征线提取算法提取图像中目标的轴线以及目标阴影的轴线，得到两条轴线的表达式，如下。

其中，u和v分别为图像像素坐标系下的分量，a₁,b₁,c₁为提取目标的轴线后相应直线的参数，a₂,b₂,c₂为提取阴影的轴线后相应直线的参数，此时均为已知量，求解方程组(1)，可得到目标触靶时刻，即落点所在的成像位置(u_t v_t)；

步骤3、利用三维测量设备，对3个标志点的三维坐标进行测量，得到坐标为(X_i Y_iZ_i),i＝1,2,3；根据3个标志点的坐标，利用相机P3P标定算法，对相机外参数进行标定，得到3×3的旋转矩阵R，以及3×1的平移向量t；

步骤4、；利用3个标志点坐标，采用公式(2)获取靶面方程

得到靶面方程为AX+BY+CZ＝1；