CN108537748B - 一种基于角度的远场图像畸变校正方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于角度的远场图像畸变校正方法及***，该方法包括获取包括测量轨道与相机的垂直距离、目标靶板与地面法线的夹角及转台初始方位角的测量参数；获取每幅远场图像的转台方位角，选取转台方位角与转台初始方位角相同的远场图像为参考图象建立坐标系，并确定参考图像中每个合作目标的初始位置坐标；计算每幅远场图像的转台相对角度，根据初始位置坐标及测量参数确定校正矩阵模型；将每幅远场图像对应的转台相对角度输入到校正矩阵模型内实现对远场图像的校正。因此，本发明提供的方法或者***是以转台相对角度作为畸变参量确定校正矩阵模型，实现对多幅远场图像进行畸变校正，耗时短、计算简单，且满足激光照射性能监测***的要求。

Description

一种基于角度的远场图像畸变校正方法及***

技术领域

本发明涉及图像畸变校正技术领域，特别涉及一种基于角度的远场图像畸变校正方法及***。

背景技术

激光照射性能监测***是靶场鉴定、定型试验中的重要测试***之一。该***主要由激光照射器，目标靶板，成像装置和转台组成。该***的工作原理：激光照射器在空中一定距离处对水平移动的目标靶板进行照射，转台在地面一定距离处对目标靶板进行实时跟踪，成像装置搭载在转台上，成像装置对目标靶板进行跟踪拍摄。由于转台的瞄准轴与目标靶板存在实时变化的夹角，成像装置采集到的目标靶板图像存在不同程度的畸变，对图像中目标靶板的精确识别及后续计算造成影响。为了提高目标靶板的识别精度，需对采集到的目标靶板图像进行校正。对于远场图像而言，如何对远场图像进行校正至关重要。目前在对连续采集的目标靶板图像进行畸变校正时，需要对每张目标靶板图像手动选取特征点，对每张目标靶板图像求取校正矩阵，对每张目标靶板图像进行畸变矫正，此方法耗时长、计算复杂，不满足激光照射性能监测***的要求。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于角度的远场图像畸变校正方法及***，此方法是以转台相对角度作为畸变参量，对远场图像进行畸变校正，耗时短、计算简单，且满足激光照射性能监测装置的要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于角度的远场图像畸变校正方法，所述远场图像畸变校正方法应用于激光照射性能监测装置上；所述激光照射性能监测装置包括激光照射器、目标靶板、相机、测量轨道、转台以及控制终端；所述目标靶板上设有多个合作目标，且每个所述合作目标用十字线进行标记；所述测量轨道为所述目标靶板水平移动的轨道；所述激光照射器设置在空中并对水平移动的所述目标靶板进行照射；所述相机搭载在所述转台上，所述转台对所述目标靶板进行实时跟踪，进而使所述相机对所述目标靶板进行跟踪拍摄；所述控制终端与所述转台、所述相机均连接；所述远场图像畸变校正方法包括：

获取所述测量轨道与所述相机的垂直距离、同一时刻的转台初始方位角及所述目标靶板与地面法线的夹角；

获取连续采集的多幅远场图像；

获取每幅所述远场图像的转台方位角，并计算每幅所述远场图像的转台相对角度；所述转台相对角度为所述相机的主光轴与所述目标靶板的相对角度；

从多幅远场图像中选取一张所述转台方位角与所述转台初始方位角相同的图像作为参考图像，并根据所述参考图像，建立参考坐标系；所述参考坐标系的原点为所述参考图像的靶板中心，所述参考坐标系的Z轴的方向为所述靶板中心指向所述相机的光学中心的方向，所述参考坐标系的X轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的横方向；所述参考坐标系的Y轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的纵方向；

根据所述参考坐标系，计算所述参考图像中每个所述合作目标的初始位置坐标；

根据所述初始位置坐标、所述夹角、所述垂直距离以及所述参考图像对应的转台相对角度，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；

根据所述真实畸变坐标，采用空间变换矩阵，确定所述参考图像中每个所述合作目标的校正位置坐标；

根据每个所述合作目标的初始位置坐标以及所述校正位置坐标，得到校正矩阵模型；所述校正矩阵模型为含有转台相对角度参数的矩阵模型；

将未校正的远场图像对应的转台相对角度输入到所述校正矩阵模型，得到所述未校正的远场图像的校正矩阵，并根据所述校正矩阵对所述未校正的远场图像进行校正；其中，所述未校正的远场图像与所述校正矩阵一一对应。

可选的，所述计算每幅所述远场图像的转台相对角度，具体包括：

将每幅所述远场图像对应的转台方位角与所述转台初始方位角的差值确定为每幅所述远场图像的转台相对角度。

可选的，所述根据所述初始位置坐标、所述夹角、所述垂直距离以及所述参考图像对应的转台相对角度，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标，具体包括：

根据所述垂直距离，确定所述相机的中心位置坐标；所述垂直距离为L，所述中心位置坐标(0，0，L)；

根据初始位置坐标、所述转台相对角度、所述夹角以及所述相机的中心位置坐标，计算所述参考图像中每个所述合作目标的畸变靶板空间缩放系数；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标中的畸变靶板空间缩放系数为：

α为所述目标靶板与地面法线的夹角；β为所述转台相对角度；

根据所述初始位置坐标、所述相机的中心位置坐标以及所述畸变靶板空间缩放系数，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标的真实畸变坐标为A′_i(x′_Ai,y′_Ai,z′_Ai)＝(k_ix_Ai,k_iy_Ai,(1-k_i)L)。

可选的，根据以下公式计算所述参考图像中第i个所述合作目标的校正位置坐标A″_i(x″_Ai,y″_Ai,z″_Ai)；所述公式为：

可选的，所述根据每个所述合作目标的初始位置坐标以及所述校正位置坐标，得到校正矩阵模型，具体包括：

根据以下公式确定变换矩阵；所述变换矩阵为所述校正矩阵模型；所述公式为：[A″₁ A″₂...A″_n]＝T_n×n[A₁ A₂...A_n]；T_n×n为变换矩阵；[A″₁ A″₂...A″_n]表示n个所述合作目标的校正位置坐标；[A₁ A₂...A_n]表示n个所述合作目标的初始位置坐标。

可选的，所述目标靶板上设有4个合作目标。

本发明还提供一种基于角度的远场图像畸变校正***，所述远场图像畸变校正***应用于激光照射性能监测装置上；所述激光照射性能监测装置包括激光照射器、目标靶板、相机、测量轨道、转台以及控制终端；所述目标靶板上设有多个合作目标，且每个所述合作目标用十字线进行标记；所述测量轨道为所述目标靶板水平移动的轨道；所述激光照射器设置在空中并对水平移动的所述目标靶板进行照射；所述相机搭载在所述转台上，所述转台对所述目标靶板进行实时跟踪，进而使所述相机对所述目标靶板进行跟踪拍摄；所述控制终端与所述转台、所述相机均连接；所述远场图像畸变校正***包括：

第一获取模块，用于获取所述测量轨道与所述相机的垂直距离、同一时刻的转台初始方位角及所述目标靶板与地面法线的夹角；

第二获取模块，用于获取连续采集的多幅远场图像；

转台相对角度计算模块，用于获取每幅所述远场图像的转台方位角，并计算每幅所述远场图像的转台相对角度；所述转台相对角度为所述相机的主光轴与所述目标靶板的相对角度；

参考坐标系建立模块，用于从多幅远场图像中选取一张所述转台方位角与所述转台初始方位角相同的图像作为参考图像，并根据所述参考图像，建立参考坐标系；所述参考坐标系的原点为所述参考图像的靶板中心，所述参考坐标系的Z轴的方向为所述靶板中心指向所述相机的光学中心的方向，所述参考坐标系的X轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的横方向；所述参考坐标系的Y轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的纵方向；

初始位置坐标计算模块，用于根据所述参考坐标系，计算所述参考图像中每个所述合作目标的初始位置坐标；

真实畸变坐标计算模块，用于根据所述初始位置坐标、所述夹角、所述垂直距离以及所述参考图像对应的转台相对角度，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；

校正位置坐标确定模块，用于根据所述真实畸变坐标，采用空间变换矩阵，确定所述参考图像中每个所述合作目标的校正位置坐标；

校正矩阵模型得到模块，用于根据每个所述合作目标的初始位置坐标以及所述校正位置坐标，计算校正矩阵模型；所述校正矩阵模型为含有转台相对角度参数的矩阵模型；

校正模块，用于将未校正的远场图像对应的转台相对角度输入到所述校正矩阵模型，得到所述未校正的远场图像的校正矩阵，并根据所述校正矩阵对所述未校正的远场图像进行校正；其中，所述未校正的远场图像与所述校正矩阵一一对应。

可选的，所述转台相对角度计算模块，具体包括：

转台相对角度计算单元，用于将每幅所述远场图像对应的转台方位角与所述转台初始方位角的差值确定为每幅所述远场图像的转台相对角度。

可选的，所述真实畸变坐标计算模块，具体包括：

中心位置坐标确定单元，用于根据所述垂直距离，确定所述相机的中心位置坐标；所述垂直距离为L，所述中心位置坐标(0，0，L)；

畸变靶板空间缩放系数计算单元，用于根据初始位置坐标、所述转台相对角度、所述夹角以及所述相机的中心位置坐标，计算所述参考图像中每个所述合作目标的畸变靶板空间缩放系数；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标中的畸变靶板空间缩放系数为：

α为所述目标靶板与地面法线的夹角；β为所述转台相对角度；

真实畸变坐标计算单元，用于根据所述初始位置坐标、所述相机的中心位置坐标以及所述畸变靶板空间缩放系数，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标的真实畸变坐标为A′_i(x′_Ai,y′_Ai,z′_Ai)＝(k_ix_Ai,k_iy_Ai,(1-k_i)L)。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种基于角度的远场图像畸变校正方法及***，该远场图像畸变校正方法应用于激光照射性能监测装置上，所述远场图像畸变校正方法包括：获取所述测量轨道与所述相机的垂直距离、同一时刻的转台初始方位角及所述目标靶板与地面法线的夹角；获取连续采集的多幅远场图像；获取每幅所述远场图像的转台方位角，并计算每幅所述远场图像的转台相对角度；所述转台相对角度为所述相机的主光轴与所述目标靶板的相对角度；从多幅远场图像中选取一张所述转台方位角与所述转台初始方位角相同的图像作为参考图像，并根据所述参考图像，建立参考坐标系；所述参考坐标系的原点为所述参考图像的靶板中心，所述参考坐标系的Z轴的方向为所述靶板中心指向所述相机的光学中心的方向，所述参考坐标系的X轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的横方向；所述参考坐标系的Y轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的纵方向；根据所述参考坐标系，计算所述参考图像中每个所述合作目标的初始位置坐标；根据所述初始位置坐标、所述夹角、所述垂直距离以及所述参考图像对应的转台相对角度，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；根据所述真实畸变坐标，采用空间变换矩阵，确定所述参考图像中每个所述合作目标的校正位置坐标；根据每个所述合作目标的初始位置坐标以及所述校正位置坐标，得到校正矩阵模型；所述校正矩阵模型为含有转台相对角度参数的矩阵模型；将未校正的远场图像对应的转台相对角度输入到所述校正矩阵模型，得到所述未校正的远场图像的校正矩阵，并根据所述校正矩阵对所述未校正的远场图像进行校正；其中，所述未校正的远场图像与所述校正矩阵一一对应。因此，本发明提供的方法或者***是以转台相对角度作为畸变参量确定校正矩阵，进而根据此校正矩阵对所有的远场图像进行畸变校正，不需要对每张远场图像进行手动选取特征点，也不需要对每张目标靶板图像求取校正矩阵，耗时短、计算简单，且满足激光照射性能监测装置的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例激光照射性能监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例远场图像畸变校正方法的流程示意图；

图3为本发明参考坐标系O₁-XYZ的示意图；

图4为本发明实施例远场图像畸变校正***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供了一种基于角度的远场图像畸变校正方法及***，此方法是以转台相对角度作为畸变参量，对远场图像进行畸变校正，耗时短、计算简单，且满足激光照射性能监测装置的要求。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供的远场图像畸变校正方法应用于激光照射性能监测装置上。

图1为本发明实施例激光照射性能监测装置的结构示意图；如图1所示，

所述激光照射性能监测装置包括激光照射器、转台1、控制终端(计算机)2、相机3、测量轨道4以及目标靶板5；所述目标靶板上设有4个合作目标，分别为A，B，C，D，且每个所述合作目标用十字线进行标记，十字线的交点需要在远场图像中能够清晰识别。所述测量轨道4为所述目标靶板5水平移动的轨道；所述激光照射器设置在空中并对水平移动的所述目标靶板5进行照射；所述相机3搭载在所述转台1上，所述转台1在地面一定距离处对所述目标靶板5进行实时跟踪，进而使所述相机3对所述目标靶板5进行跟踪拍摄；所述控制终端2与所述转台1、所述相机3均连接；所述远场图像畸变校正方法主要包括标定参数、采集远场图像以及确定所述远场图像对应的转台方位角、选取参考图像并建立参考坐标系、计算参考图像中每个合作目标的初始位置坐标、真实畸变坐标、校正位置坐标、计算校正矩阵模型，最后根据校正矩阵模型以及每幅所述远场图像对应的转台方位角，对每幅所述远场图像进行畸变矫正。

图2为本发明实施例远场图像畸变校正方法的流程示意图，如图2所示，本发明提供的远场图像畸变校正方法具体包括以下几个步骤：

步骤201：获取所述测量轨道与所述相机的垂直距离、同一时刻的转台初始方位角及所述目标靶板与地面法线的夹角。

步骤202：获取连续采集的多幅远场图像。

步骤203：获取每幅所述远场图像的转台方位角，并计算每幅所述远场图像的转台相对角度；所述转台相对角度为所述相机的主光轴与所述目标靶板的相对角度。

步骤204：从多幅远场图像中选取一张所述转台方位角与所述转台初始方位角相同的图像作为参考图像，并根据所述参考图像，建立参考坐标系。

图3为本发明参考坐标系O₁-XYZ的示意图，如图3所示，所述参考坐标系的原点O₁为所述参考图像的靶板中心，所述参考坐标系的Z轴的方向为所述靶板中心指向所述相机的光学中心的方向，所述参考坐标系的X轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的横方向；所述参考坐标系的Y轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的纵方向。

步骤205：根据所述参考坐标系，计算所述参考图像中每个所述合作目标的初始位置坐标。

步骤206：根据所述初始位置坐标、所述夹角、所述垂直距离以及所述参考图像对应的转台相对角度，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标。

步骤207：根据所述真实畸变坐标，采用空间变换矩阵，确定所述参考图像中每个所述合作目标的校正位置坐标。

步骤208：根据每个所述合作目标的初始位置坐标以及所述校正位置坐标，得到校正矩阵模型；所述校正矩阵模型为含有转台相对角度参数的矩阵模型。

步骤209：将未校正的远场图像对应的转台相对角度输入到所述校正矩阵模型，得到所述未校正的远场图像的校正矩阵，并根据所述校正矩阵对所述未校正的远场图像进行校正；其中，所述未校正的远场图像与所述校正矩阵一一对应。

步骤202具体包括：目标靶板5以速度v沿着测量轨道4运动，相机3跟踪目标靶板5，采集到多幅连续远场图像，并将采集到的多幅连续远场图像I₁…I_n存储到控制终端2中。

步骤203具体包括：

获取的所述转台初始方位角是通过转台1上的编码器的记录转台的初始方位角θ₀。

获取每幅所述远场图像对应的转台方位角；对采集到的多幅连续远场图像I₁…I_n中的条形码进行识别，得到所有远场图像的转台方位角θ₁…θ_n并存储到控制终端2中。

将每幅所述远场图像对应的转台方位角与所述初始方位角的差值确定为每幅所述远场图像的转台相对角度。所述转台相对角度β＝θ_n-θ₀。

步骤206具体包括：

所述相机与轨道的垂直距离为L；用激光测距仪测量相机3与目标靶板5的垂直距离L。

根据所述垂直距离L，确定所述相机的中心位置坐标O₂，如图3所示，所述中心位置坐标(0，0，L)。

根据初始位置坐标、所述转台相对角度、所述夹角以及所述相机的中心位置坐标，计算所述参考图像中每个所述合作目标的畸变靶板空间缩放系数；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标中的畸变靶板空间缩放系数为：

α为所述目标靶板与地面法线的夹角；β为所述转台相对角度；

根据所述初始位置坐标、所述相机的中心位置坐标以及所述畸变靶板空间缩放系数，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标的真实畸变坐标为A′_i(x′_Ai,y′_Ai,z′_Ai)＝(k_ix_Ai,k_iy_Ai,(1-k_i)L)。

原理为：如图3所示，在参考坐标系O₁-XYZ下，合作目标A(x_A1,y_A1,0)对应的真实畸变坐标为A′(x′_A1,y′_A1,z′_A1,)，相机3中心位置为O₂(0,0,L)，则有O₂A₁＝(x_A1,y_A1,-L)，O₂A′₁＝(x′_A1,y′_A1,z′_A1-L)，由向量

和

共线有

可计算求得点A′₁的坐标表达式

A′₁(x′_A1,y′_A1,z′_A1)＝(kx_A1,ky_A1,(1-k)L)

将A′₁的坐标表达式代入下面的平面方程：

xcosαsinβ-ysinα+zcosαcosβ＝0

α为目标靶板5与地面法线的夹角、β为转台相对角度，可求得畸变靶板空间缩放系数k：

将k代入A′₁点坐标表达式中，计算出A′₁点坐标。

同理，可计算出图3所示的B′₁、C′₁、D′₁。

步骤207具体包括：根据以下公式计算所述参考图像中第i个所述合作目标的校正位置坐标A″_i(x″_Ai,y″_Ai,z″_Ai)；所述公式为：

优选的，所述参考图像中所述合作目标的校正位置坐标A″₁、B″₁、C″₁、D″₁：

根据

将A′₁(x′_A1,y′_A1,z′_A1)旋转至无畸变靶板角点A″₁(x″_A1,y″_A1,z″_A1)。

可求出B′₁、C′₁、D′₁的B″₁、C″₁、D″₁

步骤208具体包括：

根据以下公式确定变换矩阵；所述变换矩阵为所述校正矩阵模型；所述公式为：[A″₁ A″₂...A″_n]＝T_n×n[A₁ A₂...A_n]；T_n×n为变换矩阵；[A″₁ A″₂...A″_n]表示n个所述无畸变靶板角点坐标；[A₁ A₂...A_n]表示n多个所述角点的坐标。

由于合作目标为4个，则参考图像的变换矩阵为T_4×4：利用四对对应点关系，求出变换矩阵T_4×4。

[A″ B″ C″ D″]＝T_4×4[A B C D]。

本发明实施例以相机3主光轴相对目标靶板5的转台相对角度β为参考变量，依据相机成像模型、透视变换原理、几何变换，求出畸变图像控制点的坐标投影，再利用空间变换矩阵，得到无畸变控制点，根据畸变图像坐标到理想图像坐标之间的对应关系，求解变换矩阵(校正矩阵)，对整幅图像进行畸变校正。因此，本发明实施例提供的方法能够单纯以转台相对角度作为畸变参量，对远场图像进行校正，克服了目标识别不完整，命中率精度低，定位不准确等缺陷。更重要的是，本发明实施例提供的方法只需以转台相对角度作为畸变参量确定一幅目标靶板图像的校正矩阵模型，然后将每幅待校正的远场目标靶板图像的转台相对角度、目标靶板与地面法线的夹角输入到上述校正矩阵模型内，就能实现多幅远场目标靶板图像的校正，不需要对每张远场图像进行手动选取特征点，也不需要对每张目标靶板图像求取校正矩阵，耗时短、计算简单，满足激光照射性能监测装置的要求

为实现上述目的，本发明还提供了一种基于角度的远场图像畸变校正***。所述远场图像畸变校正***应用于图1所示的激光照射性能监测装置上。

图4为本发明实施例远场图像畸变校正***的结构示意图，如图4所示，本发明实施例提供的远场图像畸变校正***包括：

第一获取模块401，用于获取所述测量轨道与所述相机的垂直距离、同一时刻的转台初始方位角及所述目标靶板与地面法线的夹角。

第二获取模块402，用于获取连续采集的多幅远场图像。

转台相对角度计算模块403，用于获取每幅所述远场图像的转台方位角，并计算每幅所述远场图像的转台相对角度；所述转台相对角度为所述相机的主光轴与所述目标靶板的相对角度。

参考坐标系建立模块404，用于从多幅远场图像中选取一张所述转台方位角与所述转台初始方位角相同的图像作为参考图像，并根据所述参考图像，建立参考坐标系；所述参考坐标系的原点为所述参考图像的靶板中心，所述参考坐标系的Z轴的方向为所述靶板中心指向所述相机的光学中心的方向，所述参考坐标系的X轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的横方向；所述参考坐标系的Y轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的纵方向。

初始位置坐标计算模块405，用于根据所述参考坐标系，计算所述参考图像中每个所述合作目标的初始位置坐标。

真实畸变坐标计算模块406，用于根据所述初始位置坐标、所述夹角、所述垂直距离以及所述参考图像对应的转台相对角度，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标。

校正位置坐标确定模块407，用于根据所述真实畸变坐标，采用空间变换矩阵，确定所述参考图像中每个所述合作目标的校正位置坐标。

校正矩阵模型得到模块408，用于根据每个所述合作目标的初始位置坐标以及所述校正位置坐标，计算校正矩阵模型；所述校正矩阵模型为含有转台相对角度参数的矩阵模型。

校正模块409，用于将未校正的远场图像对应的转台相对角度输入到所述校正矩阵模型，得到所述未校正的远场图像的校正矩阵，并根据所述校正矩阵对所述未校正的远场图像进行校正；其中，所述未校正的远场图像与所述校正矩阵一一对应。

所述转台相对角度计算模块403，具体包括：

转台相对角度计算单元，用于将每幅所述远场图像对应的转台方位角与所述转台初始方位角的差值确定为每幅所述远场图像的转台相对角度。

所述真实畸变坐标计算模块406，具体包括：

中心位置坐标确定单元，用于根据所述垂直距离，确定所述相机的中心位置坐标；所述垂直距离为L，所述中心位置坐标(0，0，L)；

畸变靶板空间缩放系数计算单元，用于根据初始位置坐标、所述转台相对角度、所述夹角以及所述相机的中心位置坐标，计算所述参考图像中每个所述合作目标的畸变靶板空间缩放系数；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标中的畸变靶板空间缩放系数为：

α为所述目标靶板与地面法线的夹角；β为所述转台相对角度；

真实畸变坐标计算单元，用于根据所述初始位置坐标、所述相机的中心位置坐标以及所述畸变靶板空间缩放系数，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标的真实畸变坐标为A′_i(x′_Ai,y′_Ai,z′_Ai)＝(k_ix_Ai,k_iy_Ai,(1-k_i)L)。

本发明实施例提供的远场图像畸变校正***能够单纯以角度作为畸变参量，对远场图像进行校正，消除激光照射器性能监测装置中目标靶板5与地面法线夹角α、相机3实际旋转的相对角度β对远场图像畸变的影响，且不需要对每张远场图像进行手动选取特征点，也不需要对每张目标靶板图像求取校正矩阵，耗时短、计算简单；同时还克服了目标识别不完整，命中率精度低，定位不准确等的缺陷，满足激光照射性能监测装置的要求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于角度的远场图像畸变校正方法，其特征在于，所述远场图像畸变校正方法应用于激光照射性能监测装置上；所述激光照射性能监测装置包括激光照射器、目标靶板、相机、测量轨道、转台以及控制终端；所述目标靶板上设有多个合作目标，且每个所述合作目标用十字线进行标记；所述测量轨道为所述目标靶板水平移动的轨道；所述激光照射器设置在空中并对水平移动的所述目标靶板进行照射；所述相机搭载在所述转台上，所述转台对所述目标靶板进行实时跟踪，进而使所述相机对所述目标靶板进行跟踪拍摄；所述控制终端与所述转台、所述相机均连接；所述远场图像畸变校正方法包括：

获取所述测量轨道与所述相机的垂直距离、同一时刻的转台初始方位角及所述目标靶板与地面法线的夹角；

获取连续采集的多幅远场图像；

获取每幅所述远场图像的转台方位角，并计算每幅所述远场图像的转台相对角度；所述转台相对角度为每幅所述远场图像对应的转台方位角与所述转台初始方位角的差值；

从多幅远场图像中选取一张所述转台方位角与所述转台初始方位角相同的图像作为参考图像，并根据所述参考图像，建立参考坐标系；所述参考坐标系的原点为所述参考图像的靶板中心，所述参考坐标系的Z轴的方向为所述靶板中心指向所述相机的光学中心的方向，所述参考坐标系的X轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的横方向；所述参考坐标系的Y轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的纵方向；

根据所述参考坐标系，计算所述参考图像中每个所述合作目标的初始位置坐标；

根据所述初始位置坐标、所述夹角、所述垂直距离以及所述参考图像对应的转台相对角度，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；具体包括：根据所述垂直距离，确定所述相机的中心位置坐标；所述垂直距离为L，所述中心位置坐标(0，0，L)；

根据初始位置坐标、所述转台相对角度、所述夹角以及所述相机的中心位置坐标，计算所述参考图像中每个所述合作目标的畸变靶板空间缩放系数；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标中的畸变靶板空间缩放系数为：

α为所述目标靶板与地面法线的夹角；β为所述参考图像对应的转台相对角度；

根据所述初始位置坐标、所述相机的中心位置坐标以及所述畸变靶板空间缩放系数，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标的真实畸变坐标为

A′_i(x′_Ai,y′_Ai,z′_Ai)＝(k_ix_Ai,k_iy_Ai,(1-k_i)L)；

根据所述真实畸变坐标，采用空间变换矩阵，确定所述参考图像中每个所述合作目标的校正位置坐标；

根据每个所述合作目标的初始位置坐标以及所述校正位置坐标，得到校正矩阵模型；所述校正矩阵模型为含有转台相对角度参数的矩阵模型；

将未校正的远场图像对应的转台相对角度输入到所述校正矩阵模型，得到所述未校正的远场图像的校正矩阵，并根据所述校正矩阵对所述未校正的远场图像进行校正；其中，所述未校正的远场图像与所述校正矩阵一一对应。

2.根据权利要求1所述的远场图像畸变校正方法，其特征在于，根据以下公式计算所述参考图像中第i个所述合作目标的校正位置坐标A″_i(x″_Ai,y″_Ai,z″_Ai)；所述公式为：

3.根据权利要求2所述的远场图像畸变校正方法，其特征在于，所述根据每个所述合作目标的初始位置坐标以及所述校正位置坐标，得到校正矩阵模型，具体包括：

根据以下公式确定变换矩阵；所述变换矩阵为所述校正矩阵模型；所述公式为：[A″₁A″₂ ... A″_n]＝T_n×n[A₁ A₂ ... A_n]；T_n×n为变换矩阵；[A″₁ A″₂ ... A″_n]表示n个所述合作目标的校正位置坐标；[A₁ A₂ ... A_n]表示n个所述合作目标的初始位置坐标。

4.根据权利要求1所述的远场图像畸变校正方法，其特征在于，所述目标靶板上设有4个合作目标。

5.一种基于角度的远场图像畸变校正***，其特征在于，所述远场图像畸变校正***应用于激光照射性能监测装置上；所述激光照射性能监测装置包括激光照射器、目标靶板、相机、测量轨道、转台以及控制终端；所述目标靶板上设有多个合作目标，且每个所述合作目标用十字线进行标记；所述测量轨道为所述目标靶板水平移动的轨道；所述激光照射器设置在空中并对水平移动的所述目标靶板进行照射；所述相机搭载在所述转台上，所述转台对所述目标靶板进行实时跟踪，进而使所述相机对所述目标靶板进行跟踪拍摄；所述控制终端与所述转台、所述相机均连接；所述远场图像畸变校正***包括：

第一获取模块，用于获取所述测量轨道与所述相机的垂直距离、同一时刻的转台初始方位角及所述目标靶板与地面法线的夹角；

第二获取模块，用于获取连续采集的多幅远场图像；

转台相对角度计算模块，用于获取每幅所述远场图像的转台方位角，并计算每幅所述远场图像的转台相对角度；所述转台相对角度为每幅所述远场图像对应的转台方位角与所述转台初始方位角的差值；

参考坐标系建立模块，用于从多幅远场图像中选取一张所述转台方位角与所述转台初始方位角相同的图像作为参考图像，并根据所述参考图像，建立参考坐标系；所述参考坐标系的原点为所述参考图像的靶板中心，所述参考坐标系的Z轴的方向为所述靶板中心指向所述相机的光学中心的方向，所述参考坐标系的X轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的横方向；所述参考坐标系的Y轴的方向为过所述靶板中心且垂直于所述Z轴的纵方向；

初始位置坐标计算模块，用于根据所述参考坐标系，计算所述参考图像中每个所述合作目标的初始位置坐标；

真实畸变坐标计算模块，用于根据所述初始位置坐标、所述夹角、所述垂直距离以及所述参考图像对应的转台相对角度，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；所述真实畸变坐标计算模块，具体包括：

中心位置坐标确定单元，用于根据所述垂直距离，确定所述相机的中心位置坐标；所述垂直距离为L，所述中心位置坐标(0，0，L)；

畸变靶板空间缩放系数计算单元，用于根据初始位置坐标、所述转台相对角度、所述夹角以及所述相机的中心位置坐标，计算所述参考图像中每个所述合作目标的畸变靶板空间缩放系数；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标中的畸变靶板空间缩放系数为：

α为所述目标靶板与地面法线的夹角；β为所述参考图像对应的转台相对角度；

真实畸变坐标计算单元，用于根据所述初始位置坐标、所述相机的中心位置坐标以及所述畸变靶板空间缩放系数，计算所述参考图像中每个所述合作目标的真实畸变坐标；若第i个所述合作目标的坐标为A_i(x_Ai,y_Ai,0)，则第i个所述合作目标的真实畸变坐标为A′_i(x′_Ai,y′_Ai,z′_Ai)＝(k_ix_Ai,k_iy_Ai,(1-k_i)L)；

校正位置坐标确定模块，用于根据所述真实畸变坐标，采用空间变换矩阵，确定所述参考图像中每个所述合作目标的校正位置坐标；

校正矩阵模型得到模块，用于根据每个所述合作目标的初始位置坐标以及所述校正位置坐标，计算校正矩阵模型；所述校正矩阵模型为含有转台相对角度参数的矩阵模型；

校正模块，用于将未校正的远场图像对应的转台相对角度输入到所述校正矩阵模型，得到所述未校正的远场图像的校正矩阵，并根据所述校正矩阵对所述未校正的远场图像进行校正；其中，所述未校正的远场图像与所述校正矩阵一一对应。

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