CN108469253A - 多设备协同成像***及成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多设备协同成像***及成像方法。该成像***包括任务子***和多个成像子***；任务子***与最近邻的成像子***进行通信，各成像子***均与相邻的成像子***进行通信。本发明采用多设备互相通信，只需一台成像子***与任务子***通信获取目标或目标区域引导信息，并进行成像，其他成像子***根据相邻最近成像子***及自身姿态、位置进行坐标关系运算，调整自身姿态，实现对目标的多角度成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种多设备协同成像***及成像方法。
背景技术
针对目标区域的成像任务一般需要技术人员提前测量观测点位置，并需要将设备调平，然后由单成像设备进行成像。单成像设备成像范围有限，通常无法实现大范围成像；当目标区域较大时，甚至只能观测到目标区域的局部图像信息，而无法获取全方位的图像信息。
采用多成像设备共同工作的方式，成像设备各自根据任务引导信息独立完成成像任务，可以克服单成像设备成像范围有限的缺陷。但是各成像设备均需要从引导设备获取目标区域引导信息，增加了引导设备的复杂度；而且各成像设备均需要技术人员参与现场操作，自动化程度较低，容易出现失误，效率较低，增加了人力成本。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种多设备协同成像***及成像方法。
本发明的技术解决方案是：一种多设备协同成像***，其特殊之处在于：包括任务子***和多个成像子***；任务子***与最近邻的成像子***进行通信，各成像子***均与相邻的成像子***进行通信；
所述任务子***包括任务子***电子学模块，所述任务子***电子学模块用于采集并向最近邻的成像子***发送目标引导信息及任务子***位置信息；
所述成像子***包括成像子***电子学模块、转台模块、成像模块和POS模块；所述POS模块安装于成像模块上，POS模块用于测量成像模块的姿态和位置信息；所述成像模块安装于转台模块上，成像模块用于对目标成像；所述转台模块用于在成像子***电子学模块的控制下调整成像模块的姿态；所述成像子***电子学模块用于接收相邻的任务子***或相邻的成像子***发送的信息，并向相邻的成像子***发送目标引导信息及自身的成像子***位置信息。
进一步地，上述任务子***还包括与任务子***电子学模块相连的任务计算机，所述任务计算机用于成像任务规划及控制。
进一步地，上述成像子***还包括与成像子***电子学模块相连的控制计算机，所述控制计算机用于显示相邻的任务子***和/或成像子***的状态信息以及自身的状态信息。
进一步地，上述目标引导信息包括与目标或目标区域的距离、方位指向和俯仰指向信息。
进一步地，上述任务子***位置信息包括任务子***的经度、纬度和高度信息。
进一步地，上述成像子***位置信息包括成像子***的经度、纬度和高度信息。
本发明还提供一种多设备协同成像方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)将各成像子***分布于任务规划的可对目标成像的位置；
2)任务子***A0将采集到的目标引导信息S0和自身的位置信息N0发送至最近邻的成像子***A1；
3)成像子***A1采集自身的位置信息N1，然后根据采集到的位置信息N1以及接收到的目标引导信息S0和位置信息N0计算目标引导信息S1；
4)成像子***A1根据目标引导信息S1对成像模块进行方位指向和俯仰指向的姿态调整，调整完成后，成像模块对目标进行成像；同时，成像子***A1将目标引导信息S1和位置信息N1发送至相邻的下一个成像子***A2；
5)采用与步骤3)至步骤4)相同的方式对成像子***A2的成像模块以及其他成像子***的成像模块分别进行姿态调整并分别对目标进行成像。
本发明的有益效果在于：
本发明采用多设备互相通信，只需一台成像子***与任务子***通信获取目标或目标区域引导信息，并进行成像，其他成像子***根据相邻最近成像子***及自身姿态、位置进行坐标关系运算，调整自身姿态，实现对目标的多角度成像。
附图说明
图1为本发明多设备协同成像***的较佳实施例整体结构示意图。
图2为本发明多设备协同成像***的成像子***结构示意图。
图3为本发明对点目标成像的姿态解算图。
图4为本发明对面目标成像的姿态解算图。
其中，附图标记为：1-任务计算机，2-任务子***电子学模块，3-成像子***电子学模块，4-转台模块，5-成像模块，6-POS模块，7-控制计算机。
具体实施方式
参见图1，本发明为一种多设备协同成像***，其较佳实施例的结构包括任务子***A0和多个成像子***A1、A2……；任务子***A0与最近邻的成像子***A1进行通信，各成像子***均与相邻的成像子***进行通信。
任务子***A0包括任务子***电子学模块2和与任务子***电子学模块2相连的任务计算机1，任务计算机1用于成像任务规划及控制，任务子***电子学模块2用于采集并向最近邻的成像子***A1发送目标引导信息及任务子***的位置信息；目标引导信息包括与目标或目标区域的距离、方位指向和俯仰指向信息，任务子***位置信息包括任务子***的经度、纬度和高度信息。
参见图2，成像子***包括成像子***电子学模块3、转台模块4、成像模块5、POS模块6以及与成像子***电子学模块3相连的控制计算机7，控制计算机7用于显示相邻的任务子***和/或成像子***的状态信息以及自身的状态信息。POS模块可以选用高精度姿态、位置测量传感器，安装于成像模块上用于采集成像模块的姿态和方位信息；成像模块5可以选用高分辨率相机，如可见光相机或红外相机，安装于转台模块4上用于对目标成像；转台模块4可以选用高精度二维转角设备，用于在成像子***电子学模块3的控制下调整成像模块5的姿态，具体分为方位、俯仰自由度；成像子***电子学模块3用于接收相邻的任务子***或相邻的成像子***发送的信息，并向相邻的成像子***发送目标引导信息及自身的成像子***位置信息。成像子***位置信息包括成像子***的经度、纬度和高度信息。
基于本发明多设备协同成像***的成像方法主要包括以下步骤：
1)将各成像子***分布于任务规划的可对目标成像的位置；
2)任务子***A0将采集到的目标引导信息S0和自身的位置信息N0发送至最近邻的成像子***A1；
3)成像子***A1采集自身的位置信息N1，然后根据采集到的位置信息N1以及接收到的目标引导信息S0和位置信息N0计算目标引导信息S1；
4)成像子***A1根据目标引导信息S1对成像模块进行方位指向和俯仰指向的姿态调整，调整完成后，成像模块对目标进行成像；同时，成像子***A1将目标引导信息S1和位置信息N1发送至相邻的下一个成像子***A2；
5)采用与步骤3)至步骤4)相同的方式对成像子***A2的成像模块以及其他成像子***的成像模块分别进行姿态调整并分别对目标进行成像。
参见图3，针对点目标的目标引导信息(即成像模块的姿态调整信息)的计算方法如下：
一、点目标D1投影在水平面为D11；
二、任务子***A1投影在水平面为A11，投影在点目标垂线为C1，借助GPS等常规的定位设备可以得到任务子***A1的纬度BA1、经度LA1和高度HA1。已知任务子***A1与点目标D1俯仰夹角α，方位夹角β，及距离D1A1；
三、成像子***A2投影在水平面为A21，投影在点目标垂线为C2；通过POS模块可以获得成像子***A2的纬度BA2、经度LA2和高度HA2；
四、将任务子***A1以及成像子***A2的参心大地坐标转换为参心空间直角坐标系，公式如下：
X＝(N+H)*cosB*cosL
Y＝(N+H)*cosB*sinL
Z＝[N*(1-e2)+H]*sinB
公式中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率，B为维度，L为经度，H为高度。
任务子***A1转换后坐标表示为XA1、YA1、ZA1；
成像子***A2转换后坐标表示为XA2、YA2、ZA2。
五、成像子***A2与点目标D1的方位角计算过程如下：
1.根据已知任务子***A1与点目标D1的距离D1A1，及俯仰夹角α，可以计算出A1C1＝A11D11＝D1A1*cosα；
2.计算ε：ε＝arctan[(YA2-YA1)/(XA2-XA1)]；
3.计算ζ：ζ＝90-β+ε；
4.计算A11A21：
5.边D11A21长度采用余弦定理计算如下：
6.η采用正弦定理计算如下：
η＝arcsin(A11D11*sinζ/D11A21)
7.成像子***A2与点目标D1的方位角为：
γ＝90-η-ε
六、成像子***A2与点目标D1的俯仰角计算过程如下：
1.计算D1C1：D1C1＝D1A1*sinα
2.计算C1C2：C1C2＝ZA2-ZA1
3.计算D1C2：D1C2＝D1C1-C1C2
4.成像子***A2与点目标D1的俯仰角为：
δ＝artan(D1C2/A2C2)
七、成像子***A2根据计算得出的成像子***A2与点目标D1的方位角γ和俯仰角δ作为转台模块的方位、俯仰转动给定信息，并采用自身安装的POS模块测量的方位、俯仰姿态信息作为反馈进行闭环，将成像模块指向点目标D1进行目标成像；
八、成像子***A3工作步骤同任务子***A1和成像子***A2相同，不同的是成像子***A3以成像子***A2与点目标D1的距离、方位夹角、俯仰夹角等信息作为计算基础；
成像子***A4同成像子***A3步骤，如果有更多成像子***，工作步骤相同，依次类推。
参见图4，针对面目标的目标引导信息(即成像模块的姿态调整信息)的计算方法如下：
与点目标的目标引导信息计算方法相同地，可以采用如上步骤一至步骤七对任务子***A1和成像子***A2进行解算；
与点目标成像***不同的是，成像子***A2与成像子***A3之间的指向具有一定距离差D1D2＝C2C21＝D11D21；
成像子***A3与目标区域D2的方位角计算过程如下：
计算角θ：θ＝360-(90+ε)-90-η
计算角λ：λ＝180-θ
计算D21A31＝A3C3：
计算角μ：μ＝arcsin(D11D21*sinλ/D21A31)
成像子***A3与目标区域D2的方位角γ为：γ＝90-η-ε-μ。
成像子***A3与目标区域D2的俯仰角计算过程如下：
计算C3C21：C3C21＝ZA3-ZA2
计算D2C3：D2C3＝D1C2-C3C21
成像子***A3与目标区域D2的俯仰角δ为：δ＝artan(D2C3/A3C3)
成像子***A4的解算过程与成像子***A3相同，如果有更多成像子***，工作步骤相同，依次类推。
Claims (7)
1.一种多设备协同成像***，其特征在于：包括任务子***和多个成像子***；任务子***与最近邻的成像子***进行通信，各成像子***均与相邻的成像子***进行通信；
所述任务子***包括任务子***电子学模块，所述任务子***电子学模块用于采集并向最近邻的成像子***发送目标引导信息及任务子***位置信息；
所述成像子***包括成像子***电子学模块、转台模块、成像模块和POS模块；所述POS模块安装于成像模块上，POS模块用于测量成像模块的姿态和位置信息；所述成像模块安装于转台模块上，成像模块用于对目标成像；所述转台模块用于在成像子***电子学模块的控制下调整成像模块的姿态；所述成像子***电子学模块用于接收相邻的任务子***或相邻的成像子***发送的信息，并向相邻的成像子***发送目标引导信息及自身的成像子***位置信息。
2.根据权利要求1所述的多设备协同成像***，其特征在于：所述任务子***还包括与任务子***电子学模块相连的任务计算机，所述任务计算机用于成像任务规划及控制。
3.根据权利要求1或2所述的多设备协同成像***，其特征在于：所述成像子***还包括与成像子***电子学模块相连的控制计算机，所述控制计算机用于显示相邻的任务子***和/或成像子***的状态信息以及自身的状态信息。
4.根据权利要求3所述的多设备协同成像***，其特征在于：所述目标引导信息包括与目标或目标区域的距离、方位指向和俯仰指向信息。
5.根据权利要求3所述的多设备协同成像***，其特征在于：所述任务子***位置信息包括任务子***的经度、纬度和高度信息。
6.根据权利要求3所述的多设备协同成像***，其特征在于：所述成像子***位置信息包括成像子***的经度、纬度和高度信息。
7.一种多设备协同成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将各成像子***分布于任务规划的可对目标成像的位置；
2)任务子***A0将采集到的目标引导信息S0和自身的位置信息N0发送至最近邻的成像子***A1；
3)成像子***A1采集自身的位置信息N1，然后根据采集到的位置信息N1以及接收到的目标引导信息S0和位置信息N0计算目标引导信息S1；
4)成像子***A1根据目标引导信息S1对成像模块进行方位指向和俯仰指向的姿态调整，调整完成后，成像模块对目标进行成像；同时，成像子***A1将目标引导信息S1和位置信息N1发送至相邻的下一个成像子***A2；
5)采用与步骤3)至步骤4)相同的方式对成像子***A2的成像模块以及其他成像子***的成像模块分别进行姿态调整并分别对目标进行成像。
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