專(zhuān)利名稱(chēng)：光電子系統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域在于光電子系統(tǒng)的校準(zhǔn)，該光電子系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中觀察某一固定點(diǎn)以利于其定位和其指向。該系統(tǒng)配置有能夠?qū)Ρ幻闇?zhǔn)的固定點(diǎn)執(zhí)行角度和/或距離測(cè)量的測(cè)量?jī)x器。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及安裝在系統(tǒng)中的這些測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
這些測(cè)量?jī)x器的實(shí)例包括平臺(tái)式導(dǎo)航系統(tǒng)、用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和分析的傳感器，在某些情形下包括在安全或戰(zhàn)斗任務(wù)中阻攔或攻擊目標(biāo)的武器。-導(dǎo)航系統(tǒng)慣常為其定位而使用包括陀螺測(cè)試儀、加速度計(jì)的慣性機(jī)構(gòu)以及用于平臺(tái)空間方位角計(jì)算的處理操作，GPS以及氣壓計(jì)也有利于其定位，并且它們的測(cè)量與慣性測(cè)量結(jié)合在一起，以獲得質(zhì)量更好的整體導(dǎo)航方案。-現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和分析系統(tǒng)包括光電子傳感器，該光電子傳感器具有在可見(jiàn)區(qū)至紅外區(qū)之間操作以便獲取現(xiàn)場(chǎng)視頻的檢測(cè)器和用于測(cè)量至其距離的遙測(cè)器。傳感器的瞄準(zhǔn)線(或LdV)能夠使自身靈活地定向，以便迅速獲取與傳感器的瞬時(shí)視野對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域。慣性測(cè)量單元或其它光力學(xué)器件進(jìn)一步用于測(cè)量LdV相對(duì)于傳感器的參考的空間方位角或在絕對(duì)形式下的空間方位角。-武器系統(tǒng)包括用于將武器弓丨向其目標(biāo)的慣性定位裝置。此外，它們可以使用基于光電子成像或雷達(dá)的尋的制導(dǎo)頭，以校正它們?cè)谥付繕?biāo)上的終端制導(dǎo)。在常規(guī)校準(zhǔn)程序中，儀器或設(shè)備必須與平臺(tái)的參考系對(duì)準(zhǔn)并且它們各自的定位必須“一致”。該光電子系統(tǒng)通常安裝在飛機(jī)的平臺(tái)上，或者更一般地，安裝在其已知位置由例如慣性機(jī)構(gòu)提供的車(chē)輛的平臺(tái)上。系統(tǒng)在平臺(tái)上的安裝缺陷的確定和由儀器所執(zhí)行的測(cè)量的缺陷的確定先于任何測(cè)位或指向程序，尤其當(dāng)后者涉及分布在系統(tǒng)上的測(cè)量?jī)x器時(shí)。安裝缺陷表現(xiàn)為，平臺(tái)的坐標(biāo)系的參考軸與測(cè)量?jī)x器的坐標(biāo)系的參考軸未對(duì)準(zhǔn)。對(duì)表示坐標(biāo)系之間的變換的角度進(jìn)行測(cè)量的操作，在其使測(cè)量?jī)x器相互定向時(shí)是所謂的一致化操作，或者在其使測(cè)量?jī)x器相對(duì)于系統(tǒng)的參考坐標(biāo)系定向(或定位)時(shí)是對(duì)準(zhǔn)操作(瞄準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn))。除了與角度測(cè)量的參考軸有關(guān)的定向誤差(尤其在慣性系統(tǒng)中通過(guò)陀螺測(cè)試儀的軸來(lái)標(biāo)定)以外，傳感器在機(jī)載式平臺(tái)上的安裝將在平臺(tái)的參考軸與傳感器的參考軸之間引入多達(dá)幾度的定向偏離。在安裝角度的知識(shí)中，誤差的普遍值為大約lOmrad。這些誤差源自各種硬件部件(諸如對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行調(diào)整的石英、測(cè)量加速度的加速度計(jì))的制造，并且這些誤差對(duì)陀螺測(cè)試儀測(cè)量角速度時(shí)所圍繞的軸的方向進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)信息由航空等級(jí)的慣性機(jī)構(gòu)產(chǎn)生時(shí)，系統(tǒng)的空間方位角通常因約Imrad的誤差而被損害。用于測(cè)量角度和/或距離的儀器通常引入幾毫弧度的偏差。
在操作期間，平臺(tái)和參考軸尤其可能因大的加速度或減速度和飛行高度的變化而分別出現(xiàn)機(jī)械變形和熱變形。這些熱機(jī)約束在測(cè)量上引入可多達(dá)幾mrad的偏差。測(cè)量缺陷尤其可以如，噪聲、偏差、比例因子和漂移。比例因子由被測(cè)量關(guān)于實(shí)際值的偏離來(lái)表示，實(shí)際值的值與被測(cè)量的值成比例。被測(cè)量的量級(jí)為百萬(wàn)分之幾十(縮寫(xiě)為ppm)。漂移由被測(cè)量的偏離表示，漂移從被測(cè)量被校正后的時(shí)間開(kāi)始隨時(shí)間增長(zhǎng)。如果與實(shí)際值相比增加比較慢，則稱(chēng)為慢漂移。當(dāng)測(cè)量的時(shí)間間隔足夠小以致漂移的偏離不重要時(shí)，可以將漂移處理為所考慮的時(shí)間間隔上的額外偏差。對(duì)于角度測(cè)量，特定的 安裝值可以為大約十度，而缺陷聚集引起約IOmrad的殘差。平臺(tái)的坐標(biāo)系之間的平移表現(xiàn)出可多達(dá)幾米的有殘差的偏離，其中殘差可控制在幾厘米。打算估計(jì)的參數(shù)同樣與裝置的測(cè)量缺陷有關(guān)，裝置的測(cè)量缺陷屬于與在平臺(tái)上安裝設(shè)備有關(guān)的在線信息。存在幾種校準(zhǔn)方法，這些方法具有應(yīng)用領(lǐng)域所固有的變型。在計(jì)量學(xué)領(lǐng)域中，測(cè)量對(duì)于任何知識(shí)、任何決策和任何動(dòng)作都是必須的。測(cè)量?jī)x器的缺陷的表征構(gòu)成了集成在復(fù)雜系統(tǒng)或傳感器內(nèi)的基本儀器或傳感器在制造中的系統(tǒng)步驟。表征以常規(guī)的方式由物理量(角度、距離，等等)的特性(偏差、比例因子，等等)的估計(jì)表示，并且在系統(tǒng)的使用領(lǐng)域中由它們的統(tǒng)計(jì)值(平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏離，等等)來(lái)表征。計(jì)量操作通常在地面上于試驗(yàn)臺(tái)上且以非常精確的方式但在特定測(cè)量條件下(其不能總是反映實(shí)際使用條件)執(zhí)行。這些校準(zhǔn)程序是昂貴的、費(fèi)力的且因設(shè)備內(nèi)缺少空間而難于執(zhí)行，此外，在地面上的獲取條件(距離、溫度、機(jī)械約束)和模型的實(shí)現(xiàn)仍然受現(xiàn)象知識(shí)限制。為了確定地面對(duì)準(zhǔn)，計(jì)量學(xué)操作是冗長(zhǎng)的且需要特定裝置。此外，它們可能被重復(fù)，從而使它們變得很昂貴且不適于儀器在移動(dòng)平臺(tái)上的快速和實(shí)際使用。此外，測(cè)量?jī)x器可能受時(shí)間漂移和老化的現(xiàn)象影響，這現(xiàn)象可能改變測(cè)量?jī)x器的偏差。這采取保持操作條件(MCO)的方案，該方案具有與測(cè)試和校準(zhǔn)的恢復(fù)有關(guān)的設(shè)計(jì)。在工業(yè)領(lǐng)域且對(duì)于機(jī)器人應(yīng)用，通常應(yīng)用執(zhí)行與固定或移動(dòng)結(jié)構(gòu)有關(guān)的機(jī)械設(shè)備或部件的姿態(tài)(定位和定向)校準(zhǔn)的裝置，如P. Renaud和合著者的“Optimal poseselection for vision-based kinematic calibration of parallel mechanisms”，Proceedings of the 2003 IEE/RSJ. Conference on Intelligent Robots and Systems.Las Vegas. Nevada. Oct. 2003 的文章中所述。這些操作通常在于，基于模型來(lái)估計(jì)與固定或移動(dòng)結(jié)構(gòu)有關(guān)的機(jī)械部件或設(shè)備的定位和定向。被測(cè)信息具有較高精確度但通常是相對(duì)而言的。對(duì)于我們的應(yīng)用，能夠直接估算全局定向的方法就足夠了，進(jìn)而尋求絕對(duì)信息。此外，我們所關(guān)心的系統(tǒng)校準(zhǔn)常常具有大量接頭或萬(wàn)向接頭(例如參見(jiàn)“AirReconnaissance Primary Imagery Data Standard”Edition 4 of 14/03/2006 中的附圖10、15、16、17)。在醫(yī)療設(shè)定下，與機(jī)器人和放大實(shí)體協(xié)作的裝置被研發(fā)來(lái)在外科手術(shù)中輔助進(jìn)行要求定位精度的復(fù)雜操作，如T. Sielhorst T和合著者的“Advanced Medical Displays-ALiterature Review of Augmented Reality，，，J. of Display technology, Vol 4N ° 4Dec. 2008中所述。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域所提供的方案不能在動(dòng)態(tài)或非協(xié)作設(shè)定下執(zhí)行。在這些應(yīng)用中，設(shè)定知識(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)例如預(yù)先布置標(biāo)志或者學(xué)習(xí)環(huán)境的某些特性，以便對(duì)所使用的設(shè)備進(jìn)行定位和定向。此外，所生成的信息通常是相關(guān)的，然而對(duì)于測(cè)位或指向應(yīng)用，需要尋求絕對(duì)信息。在醫(yī)學(xué)中，對(duì)于所提到的其它應(yīng)用，處理不是自主的，因它們基于與環(huán)境、或者以分布系統(tǒng)之間協(xié)作的方式的信息交換、或者用戶(hù)的特定干預(yù)有關(guān)的參考數(shù)據(jù)(被認(rèn)為是確切的)。 為了在存在偏差的情形下通過(guò)三角測(cè)量來(lái)定位對(duì)象，諸如Mangel的某些作者在“Three bearing method for passive triangulation in systems with unknowndeterministic biases”，IEEE TAES Vol 7N° 6 Nov. 1981 中推薦以下方法，其提供沒(méi)有因偏差出現(xiàn)而過(guò)于被干擾的方案。但這些方法沒(méi)有提供使系統(tǒng)能夠在新的條件下被更好地利用更好的系統(tǒng)知識(shí)。在定位和導(dǎo)航領(lǐng)域，最近的工作試圖使用物理冗余(測(cè)量?jī)x器的重復(fù))或軟件來(lái)校正測(cè)量缺陷。這些方法基本上與GPS定位和定向系統(tǒng)(INS)有關(guān)，諸如Pittelkau在“Calibration and Attitude Determination with Redundant Inertial MeasurementUnits”，J. of Guidance Control and Dynamics. Vol. 28, No. 4, July - August 2005 中所述。但物理冗余的使用表現(xiàn)出續(xù)生成本，并且可能借用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)。還必須考慮到與龐大和設(shè)備內(nèi)的可用空間有關(guān)的問(wèn)題。最后，它們不能測(cè)量系統(tǒng)的所有有用的萬(wàn)向接頭上的對(duì)準(zhǔn)。在軍事領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)融合引起特定需求，尤其是將不同數(shù)據(jù)聯(lián)合在一起的需求-對(duì)于多傳感器跟蹤，學(xué)術(shù)工作涉及在地理北上的監(jiān)視雷達(dá)的訓(xùn)練，以便提高在國(guó)家或甚至大陸范圍上若干雷達(dá)對(duì)飛機(jī)的跟蹤。在該框架下，可以引入以下文獻(xiàn)所完成的工作OLi和合著者的“A real-time bias registration algorithm for multiradarsystems，，, 7th International Conference on Signal Processing (IEEE) 2004,或者，ODong 和合著者的 “A generalized least squares registration algorithmwith Earth-centered Earth-fixed (ECEF) coordinate system”，3d InternationalConference on Computational Electromagnetics and Its Applications Proceedings2004，-對(duì)于存在角度偏差的測(cè)位，校準(zhǔn)(或精確瞄準(zhǔn))操作包括執(zhí)行調(diào)整，這能夠使瞄準(zhǔn)線(或“ LdV”)與安裝在平臺(tái)上的光電子系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)軸對(duì)準(zhǔn)。-對(duì)于分布式傳感器之間的信息交換，在不同種類(lèi)的源之間的定位和融合領(lǐng)域中，互用性的必要性有利于標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。STANAG 5516，該首字母縮寫(xiě)詞代表表述“標(biāo)準(zhǔn)協(xié)定(STANdard AGreement)，，，保留特定域(由 PPLI (Precise Participant Location andIdentification)即精確的參與者測(cè)位和識(shí)別來(lái)指定)以便能夠在協(xié)作校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的參與者之間進(jìn)行已知位置的交換。對(duì)于使用協(xié)作操作測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用，數(shù)據(jù)融合在針對(duì)環(huán)境的自主和獨(dú)立方面具有優(yōu)勢(shì)。另一方面，它們引起了與測(cè)量?jī)x器的數(shù)量和分布有關(guān)的約束，并且需要與這些儀器進(jìn)行通信和信息交換的裝置，以及對(duì)與待一致信息有關(guān)的共同對(duì)象進(jìn)行識(shí)別的裝置。該情形與期望使用不相符。機(jī)載測(cè)量?jī)x器在與實(shí)際情形中地面上通?？赡苤噩F(xiàn)的條件極其不同的熱機(jī)條件下，隨其操作區(qū)域中所遇到的各種多樣性而發(fā)展。無(wú)論應(yīng)用區(qū)域如何，這些測(cè)位儀器要求系統(tǒng)性的定期檢查，以便控制它們的時(shí)間漂移和它們的老化。校準(zhǔn)程序是昂貴的、 費(fèi)力的且因設(shè)備內(nèi)缺少空間而難于執(zhí)行，難于在地面上實(shí)現(xiàn)獲取條件(距離、溫度、機(jī)械約束)和仍受現(xiàn)象知識(shí)限制的建模條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)。更確切地說(shuō)，其使校準(zhǔn)成本和校準(zhǔn)的維護(hù)成本減小，同時(shí)在試圖以自主且恒定的方式改善以下要素的應(yīng)用中提高了校準(zhǔn)精度和校準(zhǔn)穩(wěn)定性-基于被動(dòng)測(cè)量和/或距離測(cè)量的非協(xié)作對(duì)象的定位-基于角度測(cè)量的傳感器的指向。本發(fā)明的主題是用于校準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)中的光電子系統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器的方法，其中光電子系統(tǒng)具有位置P^P2、……、Pi、……，該光電子系統(tǒng)包括-用于獲取包括固定對(duì)象Gtl的現(xiàn)場(chǎng)圖像的器件，以及-用于在這些圖像的獲取期間對(duì)所述固定對(duì)象Gtl進(jìn)行跟蹤的裝置，-用于獲取位置P:、P2、......的裝置，-至少一個(gè)用于測(cè)量距離的儀器和/或至少一個(gè)用于根據(jù)瞄準(zhǔn)線LdV測(cè)量測(cè)量?jī)x器與所述固定對(duì)象Gtl之間的定向角和/或空間方位角的儀器，其特征主要在于，該方法包括以下步驟-在時(shí)刻tpt2、......獲取至少兩個(gè)圖像，每一個(gè)圖像基于不同的系統(tǒng)位置P:、
P2、……來(lái)獲取，固定對(duì)象Gtl在每一個(gè)圖像中被瞄準(zhǔn)，但其位置未知，-在時(shí)刻t'2、……獲取距離和/或角度的測(cè)量，-使時(shí)刻tpt2、……所確定的位置為P1'P2、……的距離和/或角度測(cè)量同步，-估計(jì)測(cè)量缺陷，其根據(jù)所述測(cè)量和系統(tǒng)的已知位置PpPj使位置Pi處的LdV與位置P」處的LdV之間的至少兩個(gè)交叉點(diǎn)Gu的分散最小化。該方法可以在原處(在操作條件下)或者在操作設(shè)定內(nèi)，通過(guò)估算在使用條件下所獲得的值來(lái)執(zhí)行自主校準(zhǔn)(不用求助于外部動(dòng)作或信息)，從而在機(jī)載光電子系統(tǒng)的校準(zhǔn)需求方面具有優(yōu)勢(shì)。關(guān)于地面計(jì)量或基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作校準(zhǔn)的應(yīng)用，所提出方法的新穎之處在于，其基于單個(gè)測(cè)量?jī)x器以自動(dòng)且自主的方式進(jìn)行操作，而不需要人的干預(yù)或與獲取背景有關(guān)的確切知識(shí)。根據(jù)本發(fā)明的特征，單個(gè)校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器是用于測(cè)量定向角和/或方位角的儀器，然后基于至少三個(gè)不同的位置P1、P2、P3來(lái)獲取測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，單個(gè)校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器為遙測(cè)器，并且基于至少兩個(gè)不同位置來(lái)獲取測(cè)量。
當(dāng)至少一個(gè)另外的固定對(duì)象G1能夠在至少兩個(gè)圖像上觀察到時(shí)，所述校準(zhǔn)方法可選地進(jìn)一步包括在具有固定對(duì)象&、G1的每一個(gè)圖像之間進(jìn)行匹配的步驟，此外計(jì)算測(cè)量缺陷的步驟根據(jù)傳感器內(nèi)的預(yù)定特征或參數(shù)(諸如光敏矩陣的元件的尺寸和維數(shù)、焦距、圖像主點(diǎn)、光學(xué)畸變)來(lái)執(zhí)行。注意，在具有足夠的有用測(cè)量的情形下，這些量還可以通過(guò)使傳感器的畫(huà)面采集等式圍繞近似值而線性化來(lái)進(jìn)行估計(jì)。此外，這些參數(shù)中的一些參數(shù)，諸如焦距和畸變隨著溫度而急劇波動(dòng)。優(yōu)選地，該方法包括基于校準(zhǔn)測(cè)量計(jì)算Gtl和可選的其它固定對(duì)象的地理位置的步驟。
根據(jù)變型，該方法包括指向固定對(duì)象Gtl的步驟。根據(jù)本發(fā)明的特征，該方法包括優(yōu)化測(cè)量條件的步驟，該步驟基于針對(duì)對(duì)象Gtl的已知位置對(duì)傳感器的最佳軌跡的確定，或者基于對(duì)有利于搜索對(duì)象Gtl的區(qū)域的確定。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，其包括將所計(jì)算的缺陷應(yīng)用于測(cè)量的步驟。該方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠涓倪M(jìn)了 -圖像的直接地理參照的性能，由此允許所有的點(diǎn)的更好測(cè)位，-LdV的絕對(duì)定向，從而尤其能夠使坐標(biāo)已知的對(duì)象盡可能靠近圖像中心，因此甚至減小了與其獲取和分析有關(guān)的延遲。此外-其是自主的，不需要操作員的干預(yù)或監(jiān)控，也不需要環(huán)境中的參考數(shù)據(jù)，-其以測(cè)量?jī)x器使用的共同模式進(jìn)行操作，-其不要求平臺(tái)具有任何復(fù)雜的軌跡來(lái)提供可利用的特性，-其略微放松了對(duì)LdV的指向精度的要求，LdV的指向精度執(zhí)行必須在系統(tǒng)的規(guī)格中指定，-其減輕了旨在對(duì)地面軸線校準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)的計(jì)量需求，從而避免了困難的地面程序，該地面程序冗長(zhǎng)、昂貴且需要重復(fù)進(jìn)行。此外，本發(fā)明的主題為能夠移動(dòng)的光電子系統(tǒng)，其包括-用于獲取包括固定對(duì)象Gtl的現(xiàn)場(chǎng)圖像的器件，以及-用于在這些圖像的獲取期間跟蹤固定對(duì)象Gtl的裝置，-用于獲取位置Pi、P2、......的裝置，-至少一個(gè)用于測(cè)量距離的儀器和/或至少一個(gè)用于根據(jù)瞄準(zhǔn)線測(cè)量測(cè)量?jī)x器與固定對(duì)象Gtl之間的定向角和/或空間方位角的儀器，其特征在于，該系統(tǒng)包括用于執(zhí)行前述方法的裝置。校準(zhǔn)和對(duì)準(zhǔn)程序在某些領(lǐng)域中對(duì)應(yīng)于術(shù)語(yǔ)“配準(zhǔn)”。在圖像處理領(lǐng)域中，一般稱(chēng)為“圖像配準(zhǔn)”，例如這與能夠?qū)⑷舾蓤D像的內(nèi)容重疊的動(dòng)作對(duì)應(yīng)。


通過(guò)閱讀以下作為非限制性實(shí)例給出的詳細(xì)描述并且參考附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其中圖I示意性示出了基于四個(gè)不同位置所獲得的錯(cuò)誤位置的分布，圖2示意性示出了配置有用于校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器的裝置的示例性光電子系統(tǒng)，
圖3示意性示出了系統(tǒng)的坐標(biāo)系的軸和測(cè)量?jī)x器的坐標(biāo)系的軸，圖4示意性示出了用于類(lèi)似角和距離測(cè)量缺陷的偏差和比例因子的校準(zhǔn)處理(A(L)RFM)的簡(jiǎn)單測(cè)量構(gòu)造，圖5示出了記錄來(lái)供給根據(jù)本發(fā)明的方法的測(cè)量的圖示，圖6以圖解的方式示出了從一個(gè)坐標(biāo)系至另一個(gè)坐標(biāo)系的變換，圖7示出了利用移 動(dòng)并且通過(guò)單獨(dú)執(zhí)行被動(dòng)測(cè)量(圖7a)或通過(guò)增加主動(dòng)測(cè)量或距離測(cè)量(圖7b)以能夠同時(shí)被動(dòng)測(cè)位和校準(zhǔn)的獲取條件的圖示。所有附圖中，相同的元件由相同的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。
具體實(shí)施例方式所關(guān)心的光電子系統(tǒng)包括-平臺(tái)，其能夠執(zhí)行系統(tǒng)的位移、系統(tǒng)定位的測(cè)量和光電子系統(tǒng)的安裝，-光電子傳感器，其構(gòu)成能夠?qū)Φ孛嫔系墓潭c(diǎn)Gtl進(jìn)行成像和瞄準(zhǔn)的儀器，其中在地面上的固定點(diǎn)Gtl上執(zhí)行角度和/或距離的測(cè)量。下文中，以安裝在飛機(jī)上的系統(tǒng)作為實(shí)例，但系統(tǒng)同樣可以安裝在機(jī)器人中或陸地平臺(tái)上或者甚至由用戶(hù)直接執(zhí)行。因此，術(shù)語(yǔ)“平臺(tái)”以其最廣泛的形式使用。根據(jù)本發(fā)明的方法取決于-光電子系統(tǒng)隨時(shí)間的位移；-用于獲取關(guān)心固定點(diǎn)(或?qū)ο?G0的方法；用于獲取固定點(diǎn)的方法包括確定現(xiàn)場(chǎng)的適當(dāng)區(qū)域、選擇相關(guān)對(duì)象以及其時(shí)間跟蹤。該跟蹤可以是人工的或自動(dòng)的。自動(dòng)跟蹤對(duì)象的能力在于，在系統(tǒng)隨時(shí)間的位移期間(即，通過(guò)傳感器獲取圖像系列的期間)保持對(duì)象維持在圖像的中心。這通過(guò)在參考圖像與當(dāng)前圖像之間測(cè)量其明顯位移(偏差測(cè)量)來(lái)執(zhí)行。為了能夠?qū)崿F(xiàn)該位移測(cè)量，必須預(yù)先“鎖定”目標(biāo)，即在圖像中檢測(cè)并定位。鎖定允許跟蹤的自動(dòng)初始化。-用于獲取包括該固定點(diǎn)Gtl的區(qū)域的連續(xù)圖像的裝置，-對(duì)測(cè)量?jī)x器和被瞄準(zhǔn)對(duì)象Gtl之間的角度和/或距離進(jìn)行測(cè)量；-在測(cè)量時(shí)刻，系統(tǒng)的位置Pi的絕對(duì)坐標(biāo)的知識(shí)；-能夠估計(jì)使被瞄準(zhǔn)點(diǎn)Gtl固定的最佳缺陷值的連續(xù)測(cè)量處理。-在收集有益于參數(shù)估計(jì)的測(cè)量的期間范圍上,待校準(zhǔn)參數(shù)的小變動(dòng)。-測(cè)量與最敏感的測(cè)量分量有關(guān)的熱力學(xué)量(例如，溫度)以便能夠根據(jù)各種操作條件對(duì)行為進(jìn)行時(shí)間分析，并且在使用待估計(jì)參數(shù)的先驗(yàn)值期間根據(jù)由前述校準(zhǔn)程序得知的值進(jìn)行預(yù)測(cè)的裝置。當(dāng)系統(tǒng)被視為處于追蹤現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象的“跟蹤模式”中時(shí)，這表示其在圖像中的位置(或其像素坐標(biāo))在獲取期間保持恒定。在大部分情形下，跟蹤模式能夠在位移期間保持對(duì)象Gtl處于構(gòu)成光電子視頻的圖像系列的中心。在小部分情形下，與固定對(duì)象有關(guān)的且在圖像中心之外成像的跟蹤也可以執(zhí)行該處理。該測(cè)量將圖像獲取器件的畫(huà)面采集參數(shù)分級(jí)。所提出的方法使由一段時(shí)間內(nèi)獲取的一組測(cè)量所得到的位置Gij受到針對(duì)光電子系統(tǒng)的不同位置Pi、P2、……來(lái)定位固定點(diǎn)Gtl的約束。
儀器安裝或/和測(cè)量缺陷實(shí)際上產(chǎn)生彼此不同且與實(shí)際不同的固定對(duì)象Gtl的位置解。系統(tǒng)的每一個(gè)位置Pi與在這些點(diǎn)所進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)，這被稱(chēng)為測(cè)量集合。N個(gè)測(cè)量集合(系統(tǒng)位置、角度和/或距離)提供N個(gè)位置，這些位置因測(cè)量誤差而沒(méi)有重合在單個(gè)點(diǎn)上而表現(xiàn)為分散。測(cè)量之間的分散構(gòu)成給定畫(huà)面采集條件(系統(tǒng)軌跡、所考慮的角度、熱力學(xué)操作條件)的缺陷的標(biāo)識(shí)。圖I中示出了繞單個(gè)方向的角度測(cè)量，該圖示出了平臺(tái)的四個(gè)已知位置Pi、P2、P3、P4，以及固定對(duì)象的實(shí)際位置Gc^測(cè)量缺陷在測(cè)量?jī)x器的LdV中引入了誤差A(yù) 0，9是如圖3所示的平面中的旋轉(zhuǎn)角。如果LdV完全對(duì)準(zhǔn)，則它們將全部穿過(guò)G。。實(shí)際上，它們穿過(guò)若干個(gè)分散點(diǎn)。源自P1的LdV與源自P2的LdV在點(diǎn)G12交叉，與源自P3的LdV在G13交叉，與源自P4的LdV在G14交叉。同樣地，源自P2的LdV與源自P3的LdV在G23交叉，與源自P4的LdV在G24交叉。最后，源自P3的LdV與源自P4的LdV在G34交叉。從而，基于N個(gè)測(cè)量(每一位置P的一個(gè)測(cè)量集合)可以構(gòu)造N (N-I)/2個(gè)位置，其分布表示如上文實(shí)例所示的一維測(cè)量缺陷A 0。推廣到三維時(shí)，除表征所述方向的兩個(gè)角度以外，將圖像繞LdV的指向方向的旋 轉(zhuǎn)角考慮在內(nèi)。平臺(tái)上各種傳感器的機(jī)械化(裝配)導(dǎo)致需要考慮軸和原點(diǎn)分布在系統(tǒng)內(nèi)的各種坐標(biāo)系,尤其諸如-GPS的接收器的天線，-平臺(tái)的慣性導(dǎo)航機(jī)構(gòu)(CNI)，-成像器的圖像主點(diǎn)(PPI)或光心。從這些坐標(biāo)系中的每一個(gè)到另一個(gè)的轉(zhuǎn)變通過(guò)(平移和旋轉(zhuǎn))類(lèi)型的變換來(lái)描述。通過(guò)對(duì)由平移(軸之間的間隙)誤差和旋轉(zhuǎn)(軸的對(duì)準(zhǔn))誤差所引起的貢獻(xiàn)的效果以及試圖確定的殘差的量級(jí)進(jìn)行分析來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)萬(wàn)向接頭的物理建模。該分析決定了待適用于某一設(shè)備和給定需要的模型的精良性。需要進(jìn)行大量測(cè)量，以供給通過(guò)提取若干個(gè)視圖中與現(xiàn)場(chǎng)的固定元素的細(xì)節(jié)對(duì)應(yīng)的圖像特征而實(shí)現(xiàn)的估計(jì)處理。假定特征的配對(duì)品質(zhì)、分布和稀度(或者觀察條件CPDV的幾何結(jié)構(gòu))足夠并且待表征的各種變換可適當(dāng)?shù)胤珠_(kāi)，則該大量測(cè)量可能面臨大量校準(zhǔn)未知量的估計(jì)。圖6示出了該情形，其中旋轉(zhuǎn)“R”和平移“T”表示為連續(xù)坐標(biāo)系之間的初等變換(Rk，Tk)的函數(shù)，如
權(quán)利要求
1.一種用于校準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)中的光電子系統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器的方法，其中該光電子系統(tǒng)具有位置Pi、p2、……、pi、……，該光電子系統(tǒng)包括 -用于獲取包括固定對(duì)象Gtl的現(xiàn)場(chǎng)圖像的器件(10)，以及 -用于在所述圖像獲取期間對(duì)所述固定對(duì)象Gtl進(jìn)行跟蹤的裝置(15)， -用于獲取位置Pi、P2、……的裝置(20)， -至少一個(gè)用于測(cè)量距離的儀器(25)和/或用于根據(jù)瞄準(zhǔn)線LdV測(cè)量所述測(cè)量?jī)x器與所述固定對(duì)象Gtl之間的定向角和/或空間方位角的儀器(30)， 其特征在于，其包括與以下步驟 -在時(shí)刻h、t2、……獲取至少兩個(gè)圖像，每一個(gè)圖像基于不同的系統(tǒng)位置PpP2、……來(lái)獲取，所述固定對(duì)象Gtl在每一個(gè)圖像中被瞄準(zhǔn)，但其位置未知， -在時(shí)刻t' pt' 2、……獲取距離和/或角度的測(cè)量， -使時(shí)刻h、t2、……所確定的位置為Pp P2、……的距離和/或角度測(cè)量同步， -估計(jì)測(cè)量缺陷，其根據(jù)所述測(cè)量和系統(tǒng)的已知位置PiIj使位置Pi處的LdV與位置Pj處的LdV之間的至少兩個(gè)交叉點(diǎn)Gu的分散最小化。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，G0位于圖像的中心。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，單個(gè)校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器是用于測(cè)量定向角和/或空間方位角的儀器，并且所述測(cè)量基于至少三個(gè)不同位置Pi、P2、P3來(lái)獲取。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，單個(gè)校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器為遙測(cè)器，并且所述測(cè)量基于至少兩個(gè)不同的位置來(lái)獲取。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，至少一個(gè)固定對(duì)象G1能夠在至少兩個(gè)圖像上觀察到，所述校準(zhǔn)方法還包括在具有固定對(duì)象&、G1的每一個(gè)圖像中進(jìn)行匹配的步驟，此外計(jì)算測(cè)量缺陷的步驟根據(jù)圖像獲取器件內(nèi)的預(yù)定特征來(lái)執(zhí)行。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，其包括優(yōu)化測(cè)量條件的步驟，其基于針對(duì)對(duì)象Gtl的已知位置對(duì)傳感器最佳軌跡的確定，或者基于對(duì)有利于搜索對(duì)象Gtl的區(qū)域的確定。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，其包括基于校準(zhǔn)測(cè)量計(jì)算Gtl和可選的其它固定對(duì)象的地理位置的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，其包括指向固定對(duì)象Gtl的步驟。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的校準(zhǔn)方法，其特征在于，其還包括以下步驟，即將被估計(jì)缺陷應(yīng)用于所述距離測(cè)量?jī)x器(25)和/或用于測(cè)量定向角和/或空間方位角的儀器(30)以便從被校正測(cè)量中受益。
10.一種能夠移動(dòng)的光電子系統(tǒng)，其包括 -用于獲取包括固定對(duì)象Gtl的現(xiàn)場(chǎng)圖像的器件(10)，以及 -用于在所述圖像獲取期間跟蹤所述固定對(duì)象Gtl的裝置(15)， -用于獲取位置Pi、P2、……的裝置(20)， -至少一個(gè)用于測(cè)量距離的儀器(25)和/或至少一個(gè)用于根據(jù)瞄準(zhǔn)線(LdV)測(cè)量所述測(cè)量?jī)x器與所述固定對(duì)象Gtl之間的定向角和/或空間方位角的儀器(30)，其特征在于，該系統(tǒng)包括用于 執(zhí)行前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法的裝置(40)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于校準(zhǔn)移動(dòng)中的光電子系統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器的方法，其中光電子系統(tǒng)位于位置P1、P2、……、Pi、……，該光電子系統(tǒng)包括用于獲取包括固定對(duì)象G0的現(xiàn)場(chǎng)圖像的器件(10)，以及用于在圖像獲取期間對(duì)固定對(duì)象G0進(jìn)行跟蹤的裝置(15)，用于獲取位置P1、P2、……的裝置(20)，至少一個(gè)距離測(cè)量?jī)x器(25)和/或用于沿著瞄準(zhǔn)線(LdV)測(cè)量測(cè)量?jī)x器與固定對(duì)象G0之間的定向角和/或空間方位角的儀器(30)，本發(fā)明包括以下步驟在時(shí)刻t1、t2、……獲取至少兩個(gè)圖像，每一個(gè)圖像從不同的系統(tǒng)位置P1、P2、……來(lái)獲取，固定對(duì)象G0在每一個(gè)圖像中被瞄準(zhǔn)，但其位置未知，在時(shí)刻t′1、t′2、……獲取距離和/或角度的測(cè)量，使時(shí)刻t1、t2、……所確定的位置為P1、P2、……的距離和/或角度的測(cè)量同步，估計(jì)測(cè)量缺陷，其根據(jù)測(cè)量和系統(tǒng)的已知位置Pi、Pj使位置Pi處的瞄準(zhǔn)線(LdV)與位置Pj處的瞄準(zhǔn)線(LdV)之間的至少兩個(gè)交叉點(diǎn)Gij的分散最小化。
文檔編號(hào)G01S11/12GK102753987SQ201080063315
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者A·西蒙 申請(qǐng)人:泰勒斯公司