[发明专利]坐标系构建方法、棱镜扫描器多目标探测扫描方法及系统

说明书

本发明涉及一种坐标系构建方法、棱镜扫描器多目标探测扫描方法及系统。与现有技术相比，本发明构建多重棱镜坐标系，将级联棱镜各个的棱镜运动角度赋值到具有相同维数的坐标系轴上，一个坐标点代表某一时刻的棱镜状态，坐标点间距离表示一段时间内的棱镜运动情况；既实现了棱镜运动状态的完整描述，又降低坐标系的定义和使用难度，将空间目标点规划问题转换为直接控制激光束的棱镜运动路径规划，速度快、效率高，规划得到的路径以实现棱镜运转距离最短或速度最快为扫描目标，降低扫描器的整体耗能，提升棱镜运转平滑度，同时同向原则还能避免电机偏磨，为大范围、远距离、无序多目标的扫描跟踪提供理论依据和应用基础。

技术领域

本发明涉及棱镜扫描器技术领域，尤其是涉及一种坐标系构建方法、棱镜扫描器多目标探测扫描方法及系统。

背景技术

主动光电识别扫描系统，其核心是光轴调整技术，即通过连续调整视轴的指向，使得视觉传感器的指向终点为识别目标，或使感兴趣目标始终位于视场中央。研究学者们通过改变视觉传感器的位姿或改变成像视轴角度，采集多视角图像信息。经调研发现，改变相机的成像视轴角度的方案可分为三类，分别是多轴云台(杨亮,周勇,刘歆浏.基于PTZ摄像机的运动目标跟踪控制[J].兵工自动化,2014,(3):65-68.)、反射式光学系统(中国科学院上海技术物理研究所.用于航空航天成像领域的快速反射镜扫描跟踪系统及方法:CN201410020863.5[P].2014-06-25.)和折射式光学系统(Cui X.Y.,Zhao Y.,Lim K.B.,etal.Perspective projection model for prism-based stereovision.Optics Express,2015,23:27542–27557.63.)。其中折射式光学变视轴成像方案，视觉传感器的相对位姿固定，利用前置楔形光学棱镜的偏摆或旋转运动改变成像视轴，具有响应快、精度高、结构紧凑、鲁棒性好等特点。基于棱镜的激光雷达目前已应用于激光通信、雷达以及红外对抗等领域。

棱镜扫描器在工作时，各棱镜的转角值和转速决定可调光轴的指向和运动状态。因此刻画棱镜扫描器中各棱镜状态是主动视觉识别与光电跟踪的必要条件。然而，常见的笛卡尔直角坐标系、平面极坐标系、柱坐标系和球坐标系等，均无法直观且同时地表达多个棱镜在t时刻的转角位置，以及从t时刻到t+1时刻的位置变化。此外，棱镜扫描器的空间光轴指向向量和各棱镜的转角值具有高度的非线性和强耦合性，这意味着在传统直角坐标系下的空间指向扫描规划并非是棱镜运动的最优解，且二者不成线性对应。

由于上述坐标系统的应用限制，棱镜扫描器在多目标探测扫描时，无法完整表述棱镜组的运动路径，难以实现最优扫描路径规划。亟需一种新型坐标系来描述级联棱镜组的运动，刻画其与视轴调整间的关系，并应用于多目标探测扫描时的最优扫描路径规划。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种坐标系构建方法、棱镜扫描器多目标探测扫描方法及系统，将棱镜运动值赋予笛卡尔坐标轴，表征棱镜运动状态。在该坐标系内，可直接规划棱镜的运转路径，实现快速、低能耗的无序多目标扫描。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种坐标系构建方法，应用于级联棱镜组，包括：

建立n维坐标系，n等于级联棱镜组中的棱镜数量，定义坐标系下的点：各坐标轴对应不同棱镜独立运动的角度，坐标系中的一个坐标轴点代表某一时刻的棱镜状态；

定义坐标系下的点间距离：坐标系下两个点的距离表示为：

在最短距离模式下：