CN105588564A - 一种适用于二维广域扫描的稳定成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种适用于广域扫描的稳定成像方法,其核心是地理稳定和电子像移补偿配合,光电***的前向移动用地理稳定的方式实现补偿,方位向的移动用地理稳定结合电子像移的方式补偿,最终实现光电***在广域二维扫描过程中清晰成像。该方法主要是利用算法实现,其结构形式简单,能有效提高光电***成像质量,同时提高光电***的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于机载光电侦察技术领域,具体为一种适用于二维广域扫描的稳定成像方法,该方法主要是地理稳定和电子像移补偿配合方法,可实现机载光电***可见光传感器在快速二维扫摆过程中清晰成像。
背景技术
光电***可见光传感器CCD的电子像移补偿技术目前在星载/机载的空间/航空相机使用较多,由于CCD在载体上通常无须扫描运动,只有一维的前向运动,所以电子像移补偿技术主要是用于补偿载体前向运动的像移,如发表在《航天返回与遥感》2009年第30卷的《帧转移面阵CCD电子像移补偿设计》和发表在《微计算机信息》2010年第26卷的《彩色大面阵CCD相机的像移补偿技术》,未查到电子像移补偿技术用于弥补载体在方位向摆动的应用。
在光电搜索***中,为了实现目标搜索的目的,可见光传感器必须随载体二维运动,相对目标就产生了两个方向的像移。以往光电***采用的是光学像移补偿和机械式像移补偿,如发表在《激光与红外》2013年第43卷的《快速反射镜关键技术研究》等。这些方法需要额外的机械结构进行辅助,同时补偿精度受扫摆镜性能的限制,成像质量较静态有所下降。
发明内容
为解决现有技术存在的问题,本发明提出了一种适用于广域扫描的稳定成像方法,其核心是地理稳定和电子像移补偿配合,光电***的前向移动用地理稳定的方式实现补偿,方位向的移动用地理稳定结合电子像移的方式补偿,最终实现光电***在广域二维扫描过程中清晰成像。该方法主要是利用算法实现,其结构形式简单,能有效提高光电***成像质量,同时提高光电***的可靠性。
本发明的技术方案为:
所述一种适用于二维广域扫描的稳定成像方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:实时采集当前载机数据:α,β,γ,h,θAZ,θEL;其中α为载机航向角,β为载机俯仰角,γ为载机横滚角,h为载机海拔高度,θAZ为载机光电***光轴方位角,θEL为载机光电***光轴俯仰角;
根据采集的当前载机数据,计算东北天坐标系O-XYZ到载机机体坐标系O-XuYuZu的转换矩阵A1:
计算载机机体坐标系O-XuYuZu到光电***坐标系O-XocYocZoc的转换矩阵A2:
根据当前光轴指向点目标在东北天坐标系下的速度矢量(vX,vY,vZ)以及公式
得到当前光轴指向点目标在光电***坐标系下速度矢量(vXe,vYe,vZe);进而得到当前光轴指向点目标相对于光电***坐标系的方位角速度ωAZ和俯仰角速度ωEL:ωAZ=vXe/L,ωEL=vZe/L,其中L=(h-hg)/(-a32),hg是当前光轴指向点目标海拔高度;
步骤2:根据步骤1得到的当前光轴指向点目标相对于光电***坐标系的方位角速度ωAZ和俯仰角速度ωEL,确定光电***伺服机构的方位向速度指令ωOAZ为ωOAZ=ωS+ωAZ,光电***伺服机构的俯仰向速度指令ωOEL为ωOEL=ωEL,光电***方位向扫描换向时的俯仰向步进角αOEL为αOEL=αEL/(1+K);其中ωS为光电***要求达到的方位向扫描速度,αEL为光电***传感器的俯仰向视场角,K为图像重叠率;
根据设定的光电***传感器总曝光时间TCCD和光电***传感器分辨率l,确定光电***传感器曝光次数n为:
每次曝光时间t为:
其中αAz为光电***传感器的方位向视场角;
步骤3:根据步骤2确定的光电***伺服机构的方位向速度指令ωOAZ、俯仰向速度指令ωOEL、光电***方位向扫描换向时的俯仰向步进角αOEL、光电***传感器曝光次数n和每次曝光时间t,对光电***进行控制,实现光电***二维广域扫描稳定成像。
有益效果
本发明的有益效果体现在以下几个方面:
(一)本发明可有效保证电***广域搜索模式下成像清晰,提高目标识别率。
(二)本发明在工程实践中以软件算法的方式实践,结构形式简单,易于实现。
(三)本发明可实现光电***二维扫描,广域搜索范围大,同时可保证一定的重叠率,无漏扫。
附图说明
图1是东北天坐标系、载机机体坐标系和光电***坐标系的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。
本实施例中的适用于二维广域扫描的稳定成像方法,其核心是地理稳定和电子像移补偿配合,光电***的前向移动用地理稳定的方式实现补偿,方位向的移动用地理稳定结合电子像移的方式补偿,最终实现光电***在广域二维扫描过程中清晰成像。具体方法包括以下步骤:
步骤1:实时采集当前载机数据:α,β,γ,h,θAZ,θEL;其中α为惯性导航***输出的载机航向角,β为惯性导航***输出的载机俯仰角,γ为惯性导航***输出的载机横滚角,h为惯性导航***输出的载机海拔高度,θAZ为载机光电***输出的光轴方位角,θEL为载机光电***输出的光轴俯仰角;
根据采集的当前载机数据,计算东北天坐标系O-XYZ到载机机体坐标系O-XuYuZu的转换矩阵A1:
计算载机机体坐标系O-XuYuZu到光电***坐标系O-XocYocZoc的转换矩阵A2:
根据当前光轴指向点目标在东北天坐标系下的速度矢量(vX,vY,vZ)以及公式
得到当前光轴指向点目标在光电***坐标系下速度矢量(vXe,vYe,vZe);进而得到当前光轴指向点目标相对于光电***坐标系的方位角速度ωAZ和俯仰角速度ωEL:ωAZ=vXe/L,ωEL=vZe/L,其中L=(h-hg)/(-a32),hg是当前光轴指向点目标海拔高度;
在本实施例中,例举:αF=5°,βF=3°,γF=2°,h=5000m,θAZ=40°,θEL=-35°。设VX=5m/s,VY=150m/s,VZ=-10m/s,hg=500m;则ωAZ=0.72°/s,ωEL=-0.34°/s。
光电***伺服软件模块根据计算的方位角速度值0.72°/s、俯仰角速度值-0.34°/s进行速度补偿,从而实现光电***地理稳定,即隔离飞机的运动,光轴始终指向同一位置。
步骤2:在执行扫描指令时,光电***在地理坐标系下,方位向按一定速度ωS扫描,在光电***方位向扫摆换向时,俯仰向步进一个角度α0EL,同时通过422通讯使光电***传感器CCD电子像移也同步换向,保证***配合精确,成像始终清晰。
光电***伺服计算机给方位方向的速度指令为ωOAZ,给俯仰方向的速度指令为ωOEL:根据步骤1得到的当前光轴指向点目标相对于光电***坐标系的方位角速度ωAZ和俯仰角速度ωEL,确定光电***伺服机构的方位向速度指令ωOAZ为ωOAZ=ωS+ωAZ,光电***伺服机构的俯仰向速度指令ωOEL为ωOEL=ωEL,光电***方位向扫描换向时的俯仰向步进角αOEL为αOEL=αEL/(1+K);其中ωS为光电***要求达到的方位向扫描速度,αEL为光电***传感器的俯仰向视场角,K为图像重叠率。
在本优选示例中:ωS=30°/s,αEL=1.22°,K=12%,则ωOAZ=30+0.72=30.72°/s,αOEL=1.09°。
根据设定的光电***传感器总曝光时间TCCD(根据当前天气条件设定,本实施例中TCCD=10ms)和光电***传感器分辨率l,确定光电***传感器曝光次数n为:
每次曝光时间t为:
其中αAz为光电***传感器的方位向视场角。实现电子像移补偿和光电转塔运动同步。
本实施例中l=1980,αAz=1.53°,则n=388,t=0.0258ms。
步骤3:根据步骤2确定的光电***伺服机构的方位向速度指令ωOAZ、俯仰向速度指令ωOEL、光电***方位向扫描换向时的俯仰向步进角αOEL、光电***传感器曝光次数n和每次曝光时间t,对光电***进行控制,实现光电***二维广域扫描稳定成像。
本实施例中,***伺服计算机给方位方向的速度指令为30.72°/s,给俯仰方向的速度指令为-0.34°/s,在光电***方位向扫摆换向时,俯仰向步进一个角度1.09°,同时通过422通讯使光电***传感器CCD电子像移也同步换向,光电***传感器CCD一副图像将曝光388次,每次曝光的时间为0.0258ms,保证***配合精确,成像始终清晰。
Claims (1)
1.一种适用于二维广域扫描的稳定成像方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤1:实时采集当前载机数据:α,β,γ,h,θAZ,θEL;其中α为载机航向角,β为载机俯仰角,γ为载机横滚角,h为载机海拔高度,θAZ为载机光电***光轴方位角,θEL为载机光电***光轴俯仰角;
根据采集的当前载机数据,计算东北天坐标系O-XYZ到载机机体坐标系O-XuYuZu的转换矩阵A1:
计算载机机体坐标系O-XuYuZu到光电***坐标系O-XocYocZoc的转换矩阵A2:
根据当前光轴指向点目标在东北天坐标系下的速度矢量(vX,vY,vZ)以及公式
得到当前光轴指向点目标在光电***坐标系下速度矢量(vXe,vYe,vZe);进而得到当前光轴指向点目标相对于光电***坐标系的方位角速度ωAZ和俯仰角速度ωEL:ωAZ=vXe/L,ωEL=vZe/L,其中L=(h-hg)/(-a32),hg是当前光轴指向点目标海拔高度;
步骤2:根据步骤1得到的当前光轴指向点目标相对于光电***坐标系的方位角速度ωAZ和俯仰角速度ωEL,确定光电***伺服机构的方位向速度指令ωOAZ为ωOAZ=ωS+ωAZ,光电***伺服机构的俯仰向速度指令ωOEL为ωOEL=ωEL,光电***方位向扫描换向时的俯仰向步进角αOEL为αOEL=αEL/(1+K);其中ωS为光电***要求达到的方位向扫描速度,αEL为光电***传感器的俯仰向视场角,K为图像重叠率;
根据设定的光电***传感器总曝光时间TCCD和光电***传感器分辨率l,确定光电***传感器曝光次数n为:
每次曝光时间t为:
其中αAz为光电***传感器的方位向视场角;
步骤3:根据步骤2确定的光电***伺服机构的方位向速度指令ωOAZ、俯仰向速度指令ωOEL、光电***方位向扫描换向时的俯仰向步进角αOEL、光电***传感器曝光次数n和每次曝光时间t,对光电***进行控制,实现光电***二维广域扫描稳定成像。
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