CN110686593B - 一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法 - Google Patents

一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110686593B
CN110686593B CN201910847311.4A CN201910847311A CN110686593B CN 110686593 B CN110686593 B CN 110686593B CN 201910847311 A CN201910847311 A CN 201910847311A CN 110686593 B CN110686593 B CN 110686593B
Authority
CN
China
Prior art keywords
image sensor
interference fringe
star
transverse
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910847311.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110686593A (zh
Inventor
曹阳
李保权
李海涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Space Science Center of CAS
Original Assignee
National Space Science Center of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Space Science Center of CAS filed Critical National Space Science Center of CAS
Priority to CN201910847311.4A priority Critical patent/CN110686593B/zh
Publication of CN110686593A publication Critical patent/CN110686593A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110686593B publication Critical patent/CN110686593B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法,所述方法包括:获取每个图像传感器采集的一组横向动态干涉条纹图像;获得每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和初始相位;计算出每个图像传感器与基准图像传感器之间的相对旋转角度;获取每个图像传感器采集的一组纵向动态干涉条纹图像;获得每个图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和初始相位;获取每个图像传感器拍摄的星图图像,根据相对旋转角度,计算各图像传感器之间相对位置的粗测结果;利用各图像传感器横向干涉条纹波矢量和初始相位、各图像传感器纵向干涉条纹波矢量和初始相位以及各图像传感器之间相对位置的粗测结果,计算各图像传感器之间相对位置的最终结果。

Description

一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法
技术领域
本发明涉及天文学和空间技术领域,尤其涉及空间大规模面阵焦平面拼接技术,具体涉及一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法。
背景技术
空间遥感技术的不断发展使空间相机的技术指标要求不断提高。视场角是空间相机的一项重要指标,而若要获得更大的视场就需要更长的成像焦面。由于单片图像传感器的长度有限,目前采用较多的解决方案是将多片图像传感器进行拼接,形成较大的拼接焦平面以增大视场,目前,世界上采用焦平面拼接技术的成像***包括JWST、GEO-Africa、盖亚(Gaia)、GEO-OCULUS等。
在一些应用中,比如高精度天体测量,需要对星点像在焦平面上的位置进行精确的测量,在这些情况下,我们有必要精确了解拼接焦平面中不同图像传感器之间的位置关系。焦平面机械拼接工艺的精度大约在像素级别,而为了满足高精度天体测量应用的需求,我们对图像传感器位置的测量精度有必要达到毫像素量级甚至微像素量级。
传统的对拼接焦平面进行测量的方法主要是激光测距方法,这种方法可以较为方便地测量出图像传感器之间的相对位置关系,但是该方法的精度受到激光测距仪的精度、激光测距的垂直度等诸多因素的限制,其测量结果精度很难进一步提高。另一种对焦平面进行测量的方法是干涉测量方法,该方法的测量精度十分高,但是对于拼接焦平面,由于拼接焦平面上不同图像传感器之间存在一定的空隙,图像传感器像素不是连续的,这样由于相位模糊问题的存在,传统的干涉测量技术没有办法直接测量出图像传感器之间的距离。
发明内容
本发明的目的在于克服常规手段测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系精度较低的缺陷,提出了一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法。
为实现上述目的,本发明提出了一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法,所述方法包括:
获取每个图像传感器采集的一组横向动态干涉条纹图像;
对每组横向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和初始相位;
利用每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量,任选一个图像传感器为基准图像传感器,计算出每个图像传感器与基准图像传感器之间的相对旋转角度;
获取每个图像传感器采集的一组纵向动态干涉条纹图像;
对每组纵向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和初始相位;
获取每个图像传感器通过光学***拍摄的星图图像,根据相对旋转角度,计算各图像传感器之间相对位置的粗测结果;
利用各图像传感器横向干涉条纹波矢量和初始相位、各图像传感器纵向干涉条纹波矢量和初始相位以及的各图像传感器之间相对位置的粗测结果,计算各图像传感器之间相对位置的最终结果。
作为上述方法的一种改进,所述方法还包括:
利用差频激光束干涉的方法在焦平面产生横向动态干涉条纹,控制焦平面上的所有图像传感器在一段时间内以固定帧频曝光,所有图像传感器均采集一组横向动态干涉条纹图像;
所述横向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距;同时横向动态干涉条纹在图像传感器表面的移动速率v1,像素尺寸d,帧频f,满足以下关系:
Figure BDA0002195666420000021
作为上述方法的一种改进,所述对每组横向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和初始相位;具体包括:
在动态干涉条纹照射下,图像传感器的输出为:
Figure BDA0002195666420000022
其中Imn(t)是亡时刻(m,n)像素的输出值,(kx,ky)分别为干涉条纹图像波矢量的横向分量和纵向分量,IDC、IAC分别为干涉条纹的直流分量和交流分量大小,Δω为差频激光束之间的频差,
Figure BDA0002195666420000023
为初始相位;
分别将各组横向干涉条纹图像用公式(1)进行拟合,每组数据得到的(kx,h,ky,h)和
Figure BDA0002195666420000024
就是对应图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和起始时刻相位,用
Figure BDA0002195666420000025
Figure BDA0002195666420000031
来表示第i个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和初始相位,其中1≤i≤M,M为图像传感器的个数。
作为上述方法的一种改进,所述利用每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量,任选一个图像传感器为基准图像传感器,计算出每个图像传感器与基准图像传感器之间的相对旋转角度;具体包括:
以第m个图像传感器为基准图像传感器,计算第i个图像传感器相对于第m个图像传感器的旋转角度θ(i)为:
Figure BDA0002195666420000032
作为上述方法的一种改进,所述方法还包括:利用差频激光束干涉的方法在焦平面产生纵向动态干涉条纹,控制焦平面上的所有图像传感器在一段时间内以固定帧频曝光,所有图像传感器均采集一组纵向动态干涉条纹图像;
所述纵向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距;同时纵向动态干涉条纹在图像传感器表面的移动速率v2,像素尺寸d,帧频f,满足以下关系:
Figure BDA0002195666420000033
作为上述方法的一种改进,所述对每组纵向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和初始相位;具体包括:
在动态干涉条纹照射下,图像传感器的输出为:
Figure BDA0002195666420000034
其中Imn(t)是亡时刻(m,n)像素的输出值,(kx,ky)分别为干涉条纹图像波矢量的横向分量和纵向分量,IDC、IAC分别为干涉条纹的直流分量和交流分量大小,Δω为差频激光束之间的频差,
Figure BDA0002195666420000035
为初始相位;
分别将各组纵向干涉条纹图像用公式(1)进行拟合,每组数据得到的(kx,v,ky,v)和
Figure BDA0002195666420000036
就是对应图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和起始时刻相位,用
Figure BDA0002195666420000037
和初始相位
Figure BDA0002195666420000038
来表示第i个图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和初始相位,其中1≤i≤M,M为图像传感器的个数。
作为上述方法的一种改进,所述获取每个图像传感器通过光学***拍摄的星图图像,根据相对旋转角度,计算各图像传感器之间相对位置的粗测结果;
各图像传感器的位置为:各图像传感器的(0,0)像素的位置在基准图像传感器坐标系上的坐标;
取基准图像传感器上的星图图像的两个星点和第i个图像传感器的星图图像上的1个星点,计算3个星点在各自图像传感器上的质心坐标,用(xc,yc)表示第i个图像传感器的星图图像的这颗星点在第i个图像传感器上的质心坐标;
利用基准图像传感器上的星图图像的两个星点的质心坐标,结合光学***参数和星表数据,计算出第i个图像传感器的星图图像的这颗星点在基准图像传感器坐标系下的坐标(xr,yr);
计算第i个图像传感器输出图像的(0,0)像素在基准图像传感器的坐标系上的坐标
Figure BDA0002195666420000041
Figure BDA0002195666420000042
Figure BDA0002195666420000043
Figure BDA0002195666420000044
为第i块图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的粗测结果;
则第i块图像传感器相对于第j块图像传感器的相对位置的粗测结果为
Figure BDA0002195666420000045
其中,
Figure BDA0002195666420000046
为第j块图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的粗测结果,1≤j≤M,j≠i。
作为上述方法的一种改进,所述根据基准图像传感器上的星图图像的两个星点的质心坐标,结合光学***参数和星表数据,计算出第i个图像传感器的星图图像的这颗星点在基准图像传感器坐标系下的坐标(xr,yr);具体包括:
根据基准图像传感器上的星图图像的两个星点的质心坐标,利用成像***的后向标定模型,分别得到这2个星点在光学***本体坐标系下的3维坐标:
Figure BDA0002195666420000047
Figure BDA0002195666420000048
其中,(xn1,yn1)为第一个星点在基准图像传感器上的质心坐标,(xb1,yb1,zb1)是第一个星点在光学***本体坐标系下的3维坐标;(xn2,yn2)为第二个星点在基准图像传感器上的质心坐标,(xb2,yb2,zb2)是第二个星点在光学***本体坐标系下的三维坐标;finv是光学***和基准图像传感器组成的成像***的后向标定模型;φ1是后向标定模型的参数;
利用基准图像传感器上的第一个星点和第二个星点在光学***本体坐标系下的三维坐标(xb1,yb1,zb1)和(xb2,yb2,zb2),以及在星表中查到的这2个星点在天球坐标系下的坐标,计算出天球坐标系到光学***本体坐标系的方向余弦矩阵Adcm
在星表中查出第i个图像传感器上的这颗星点在天球坐标系下的坐标(xcat,ycat,zcat),利用天球坐标系到光学***本体坐标系的方向余弦矩阵Adcm,计算出该星在光学***本体坐标系下的坐标:
Figure BDA0002195666420000051
利用成像***的前向标定模型,计算出第i个图像传感器上这颗星点在基准图像传感器坐标系下的坐标(xr,yr):
Figure BDA0002195666420000052
其中,φ2为前向标定模型的参数。
作为上述方法的一种改进,所述利用各图像传感器横向干涉条纹波矢量和初始相位、各图像传感器纵向干涉条纹波矢量和初始相位以及的各图像传感器之间相对位置的粗测结果,计算各图像传感器之间相对位置的最终结果,具体包括:
第i个图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的最终结果
Figure BDA0002195666420000053
为:
Figure BDA0002195666420000054
其中,整数n通过最小化
Figure BDA0002195666420000055
Figure BDA0002195666420000056
之间的距离来求出:
Figure BDA0002195666420000057
最后将求出的整数n带入到上述公式中,所得的
Figure BDA0002195666420000058
为第i个图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的最终结果;
则第i块图像传感器相对于第j块图像传感器的相对位置的最终结果为
Figure BDA0002195666420000061
其中,
Figure BDA0002195666420000062
为第j块图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的最终结果,1≤j≤M,j≠i。
本发明的优点在于:
1、本发明的方法利用星点像进行辅助定标,使用干涉测量方法对拼接焦平面中图像传感器相对位置关系进行测量,可以精确测量出图像传感器之间的相对位置关系;
2、本发明的方法的测量精度高,并且可以在轨实时进行测量,能够满足高精度天体测量等领域的需求。
附图说明
图1为本发明的测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示,本发明提出了一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法,包括以下步骤:
步骤1)、利用差频激光束干涉的方法在焦平面产生横向动态干涉条纹,控制焦平面上的所有图像传感器在一段时间内以固定帧频曝光,每一个图像传感器均采集一组横向动态干涉条纹图像;
其中,横向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距。同时横向动态干涉条纹在图像传感器表面的移动速率v1,像素尺寸d,帧频f,应满足以下关系:
Figure BDA0002195666420000063
步骤2)、对步骤1)获得的每组横向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和初始相位;
在动态干涉条纹照射下图像传感器的输出可用如下公式描述:
Figure BDA0002195666420000064
其中Imn(t)是亡时刻(m,n)像素的输出值,(kx,ky)分别为干涉条纹图像波矢量的横向分量和纵向分量,IDC、IAC分别为干涉条纹的直流分量和交流分量大小,Δω为差频激光束之间的频差,
Figure BDA0002195666420000065
为初始相位。
分别将各组横向干涉条纹图像用公式(1)进行拟合,每组数据得到的(kx,ky)和
Figure BDA0002195666420000071
就是对应图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和起始时刻相位,用
Figure BDA0002195666420000072
Figure BDA0002195666420000073
来表示第i个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和初始相位。
步骤3)、利用步骤2)获得的每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量,计算出每个图像传感器之间的相对旋转角度;
以第1个图像传感器为参考,求出其他图像传感器相对于第1个图像传感器(也可以是任意选取的一个图像传感器)的旋转角度。
由几何关系,计算第i个图像传感器相对于第1个图像传感器的旋转角度θ(i)为:
Figure BDA0002195666420000074
步骤4)、利用差频激光束干涉的方法在焦平面产生纵向动态干涉条纹,控制焦平面上的所有图像传感器在一段时间内以固定帧频曝光,每一个图像传感器均采集一组纵向动态干涉条纹图像;
所涉及的纵向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距。同时纵向动态干涉条纹在CCD表面的移动速率v2,像素尺寸d,帧频f,应满足以下关系:
Figure BDA0002195666420000075
步骤5)、对步骤4)获得的每组纵向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和初始相位;
可以用与步骤2)类似的方法求得各图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量
Figure BDA0002195666420000076
和初始相位
Figure BDA0002195666420000077
步骤6)、安装光学***,对准星空进行拍摄,获得一组星图,其中每个图像传感器拍摄的图像各一张。
步骤7)、利用步骤3)获得的各图像传感器之间的旋转角度和步骤6)获得的一组星图进行处理,得到各图像传感器之间相对位置的粗测结果;
由于图像传感器之间存在旋转,使用各图像传感器上(0,0)像素的位置在图像传感器1坐标系上的坐标来表示各图像传感器的位置。
以第2个图像传感器为例,计算它相对于第1个图像传感器的位置。取第1个图像传感器上的星图图像的两个星点和第2个图像传感器上的星图图像的1个星点,计算出3个星点在各自图像传感器上的质心坐标,用(xc,yc)表示第2个图像传感器上的星图图像的1个星点在第2个图像传感器上的质心坐标。
再用第1个图像传感器上的2个星点的质心坐标,利用成像***的后向标定模型,分别得到这2个星在光学***本体坐标系下的3维坐标。利用一颗星点在图像传感器上质心坐标求它在光学***本体坐标系下的3维坐标的计算方法如下:
根据第1个图像传感器上的星图图像的两个星点的质心坐标,利用成像***的后向标定模型,分别得到这2个星点在光学***本体坐标系下的3维坐标:
Figure BDA0002195666420000081
其中,(xn1,yn1)为第一个星点在第1个图像传感器上的质心坐标,(xb1,yb1,zb1)是第一个星点在光学***本体坐标系下的3维坐标;(xn2,yn2)为第二个星点在第1个图像传感器上的质心坐标,(xb2,yb2,zb2)是第二个星点在光学***本体坐标系下的3维坐标;finv是光学***和基准图像传感器组成的成像***的后向标定模型;φ1是后向标定模型的参数;
利用第1个图像传感器上的第一个星点和第二个星点在光学***本体坐标系下的3维坐标(xb1,yb1,zb1)和(xb2,yb2,zb2),以及在星表中查到的这2个星点在天球坐标系下的坐标,利用QUEST、TRIAD等姿态计算算法,可以算出天球坐标系到光学***本体坐标系的方向余弦矩阵Adcm
在星表中查出第2个图像传感器上的这颗星点在天球坐标系下的坐标(xcat,ycat,zcat),利用天球坐标系到光学***本体坐标系的方向余弦矩阵Adcm,计算出该星在光学***本体坐标系下的坐标:
Figure BDA0002195666420000082
接着利用成像***的前向标定模型,计算出第2个图像传感器上这颗星点在第1个图像传感器坐标系下的坐标(xr,yr),计算方法如下:
Figure BDA0002195666420000083
其中,ffor是光学***和第1块图像传感器组成的成像***的前向标定模型。φ2为前向标定模型的参数,可以通过对成像***标定得到。
由几何关系,可以算出第2个图像传感器上(0,0)像素在第1个图像传感器坐标系上的坐标(xp,yp)为:
xp=xr-xccosθ(2)+ycsinθ(2),yp=yr-xcsinθ(2)-yccosθ(2) (6)
(xp,yp)即为第2个图像传感器相对于第1个图像传感器的位置粗测结果,其它图像传感器的位置粗测结果也可以用相同的方法给出,不妨第i个图像传感器相对于第1个图像传感器的位置粗测结果为
Figure BDA0002195666420000091
步骤8)、利用步骤2)获得的各图像传感器横向干涉条纹波矢量和初始相位、步骤5)获得的各图像传感器纵向干涉条纹波矢量和初始相位以及步骤7)中得到的各图像传感器之间相对位置的粗测结果,计算可以得到各图像传感器之间相对位置的精密测量结果。
在步骤8)中,计算各图像传感器之间相对位置精密测量结果的方法如下:
根据几何关系,利用各图像传感器横向干涉条纹波矢量和初始相位、纵向干涉条纹波矢量和初始相位,可以算出第i个图像传感器(0,0)像素在第1个图像传感器坐标系下的真实坐标
Figure BDA0002195666420000092
满足如下关系:
Figure BDA0002195666420000093
其中n是一未知整数。方程(4)的解为:
Figure BDA0002195666420000094
整数n可以通过最小化
Figure BDA0002195666420000095
Figure BDA0002195666420000096
之间的距离来求出:
Figure BDA0002195666420000097
最后将求出的整数n带入到公式(7)中,所得的
Figure BDA0002195666420000098
就是各图像传感器之间相对位置的最终精确结果。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法,所述方法包括:
获取每个图像传感器采集的一组横向动态干涉条纹图像;
对每组横向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和初始相位;
利用每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量,任选一个图像传感器为基准图像传感器,计算出每个图像传感器与基准图像传感器之间的相对旋转角度;
获取每个图像传感器采集的一组纵向动态干涉条纹图像;
对每组纵向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和初始相位;
获取每个图像传感器通过光学***拍摄的星图图像,根据相对旋转角度,计算各图像传感器之间相对位置的粗测结果;
利用各图像传感器横向干涉条纹波矢量和初始相位、各图像传感器纵向干涉条纹波矢量和初始相位以及的各图像传感器之间相对位置的粗测结果,计算各图像传感器之间相对位置的最终结果;
所述方法还包括:
利用差频激光束干涉的方法在焦平面产生横向动态干涉条纹,控制焦平面上的所有图像传感器在一段时间内以固定帧频曝光,所有图像传感器均采集一组横向动态干涉条纹图像;
所述横向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距;同时横向动态干涉条纹在图像传感器表面的移动速率v1,像素尺寸d,帧频f,满足以下关系:
Figure FDA0002823523310000011
所述对每组横向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和初始相位;具体包括:
在动态干涉条纹照射下,图像传感器的输出为:
Figure FDA0002823523310000012
其中Imn(t)是t时刻(m,n)像素的输出值,(kx,ky)分别为干涉条纹图像波矢量的横向分量和纵向分量,IDC、IAC分别为干涉条纹的直流分量和交流分量大小,Δω为差频激光束之间的频差,
Figure FDA0002823523310000013
为初始相位;
分别将各组横向干涉条纹图像用公式(1)进行拟合,每组数据得到的(kx,h,ky,h)和
Figure FDA0002823523310000021
就是对应图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和起始时刻相位,用
Figure FDA0002823523310000022
Figure FDA0002823523310000023
来表示第i个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量和初始相位,其中1≤i≤M,M为图像传感器的个数;
所述利用每个图像传感器上横向干涉条纹的波矢量,任选一个图像传感器为基准图像传感器,计算出每个图像传感器与基准图像传感器之间的相对旋转角度;具体包括:
以第m个图像传感器为基准图像传感器,计算第i个图像传感器相对于第m个图像传感器的旋转角度θ(i)为:
Figure FDA0002823523310000024
所述方法还包括:利用差频激光束干涉的方法在焦平面产生纵向动态干涉条纹,控制焦平面上的所有图像传感器在一段时间内以固定帧频曝光,所有图像传感器均采集一组纵向动态干涉条纹图像;
所述纵向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距;同时纵向动态干涉条纹在图像传感器表面的移动速率v2,像素尺寸d,帧频f,满足以下关系:
Figure FDA0002823523310000025
所述对每组纵向动态干涉条纹图像进行处理,获得每个图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和初始相位;具体包括:
在动态干涉条纹照射下,图像传感器的输出为:
Figure FDA0002823523310000026
其中Imn(t)是t时刻(m,n)像素的输出值,(kx,ky)分别为干涉条纹图像波矢量的横向分量和纵向分量,IDC、IAC分别为干涉条纹的直流分量和交流分量大小,Δω为差频激光束之间的频差,
Figure FDA0002823523310000027
为初始相位;
分别将各组纵向干涉条纹图像用公式(1)进行拟合,每组数据得到的(kx,v,ky,v)和
Figure FDA0002823523310000031
就是对应图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和起始时刻相位,用
Figure FDA0002823523310000032
和初始相位
Figure FDA0002823523310000033
来表示第i个图像传感器上纵向干涉条纹的波矢量和初始相位,其中1≤i≤M,M为图像传感器的个数;
所述获取每个图像传感器通过光学***拍摄的星图图像,根据相对旋转角度,计算各图像传感器之间相对位置的粗测结果;
各图像传感器的位置为:各图像传感器的(0,0)像素的位置在基准图像传感器坐标系上的坐标;
取基准图像传感器上的星图图像的两个星点和第i个图像传感器的星图图像上的1个星点,计算3个星点在各自图像传感器上的质心坐标,用(xc,yc)表示第i个图像传感器的星图图像的这颗星点在第i个图像传感器上的质心坐标;
利用基准图像传感器上的星图图像的两个星点的质心坐标,结合光学***参数和星表数据,计算出第i个图像传感器的星图图像的这颗星点在基准图像传感器坐标系下的坐标(xr,yr);
计算第i个图像传感器输出图像的(0,0)像素在基准图像传感器的坐标系上的坐标
Figure FDA0002823523310000034
Figure FDA0002823523310000035
Figure FDA0002823523310000036
Figure FDA0002823523310000037
为第i块图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的粗测结果;
则第i块图像传感器相对于第j块图像传感器的相对位置的粗测结果为
Figure FDA0002823523310000038
其中,
Figure FDA0002823523310000039
为第j块图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的粗测结果,1≤j≤M,j≠i;
所述根据基准图像传感器上的星图图像的两个星点的质心坐标,结合光学***参数和星表数据,计算出第i个图像传感器的星图图像的这颗星点在基准图像传感器坐标系下的坐标(xr,yr);具体包括:
根据基准图像传感器上的星图图像的两个星点的质心坐标,利用成像***的后向标定模型,分别得到这2个星点在光学***本体坐标系下的3维坐标:
Figure FDA0002823523310000041
Figure FDA0002823523310000042
其中,(xn1,yn1)为第一个星点在基准图像传感器上的质心坐标,(xb1,yb1,zb1)是第一个星点在光学***本体坐标系下的3维坐标;(xn2,yn2)为第二个星点在基准图像传感器上的质心坐标,(xb2,yb2,zb2)是第二个星点在光学***本体坐标系下的三维坐标;finv是光学***和基准图像传感器组成的成像***的后向标定模型;φ1是后向标定模型的参数;
利用基准图像传感器上的第一个星点和第二个星点在光学***本体坐标系下的三维坐标(xb1,yb1,zb1)和(xb2,yb2,zb2),以及在星表中查到的这2个星点在天球坐标系下的坐标,计算出天球坐标系到光学***本体坐标系的方向余弦矩阵Adcm
在星表中查出第i个图像传感器上的这颗星点在天球坐标系下的坐标(xcat,ycat,zcat),利用天球坐标系到光学***本体坐标系的方向余弦矩阵Adcm,计算出该星在光学***本体坐标系下的坐标:
Figure FDA0002823523310000043
利用成像***的前向标定模型,计算出第i个图像传感器上这颗星点在基准图像传感器坐标系下的坐标(xr,yr):
Figure FDA0002823523310000044
其中,φ2为前向标定模型的参数;
所述利用各图像传感器横向干涉条纹波矢量和初始相位、各图像传感器纵向干涉条纹波矢量和初始相位以及的各图像传感器之间相对位置的粗测结果,计算各图像传感器之间相对位置的最终结果,具体包括:
第i个图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的最终结果
Figure FDA0002823523310000045
为:
Figure FDA0002823523310000046
其中,整数n通过最小化
Figure FDA0002823523310000051
Figure FDA0002823523310000052
之间的距离来求出:
Figure FDA0002823523310000053
最后将求出的整数n带入到上述公式中,所得的
Figure FDA0002823523310000054
为第i个图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的最终结果;
则第i块图像传感器相对于第j块图像传感器的相对位置的最终结果为
Figure FDA0002823523310000055
其中,
Figure FDA0002823523310000056
为第j块图像传感器相对于基准图像传感器的相对位置的最终结果,1≤j≤M,j≠i。
CN201910847311.4A 2019-09-09 2019-09-09 一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法 Active CN110686593B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910847311.4A CN110686593B (zh) 2019-09-09 2019-09-09 一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910847311.4A CN110686593B (zh) 2019-09-09 2019-09-09 一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110686593A CN110686593A (zh) 2020-01-14
CN110686593B true CN110686593B (zh) 2021-03-09

Family

ID=69108863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910847311.4A Active CN110686593B (zh) 2019-09-09 2019-09-09 一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110686593B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110686593B (zh) * 2019-09-09 2021-03-09 中国科学院国家空间科学中心 一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法
CN114608803B (zh) * 2020-12-08 2024-05-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 相机焦面光学无缝拼接的像元重叠精度测试装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002202112A (ja) * 2000-11-06 2002-07-19 Fujitsu Ltd 形状計測装置
CN102721378A (zh) * 2012-06-20 2012-10-10 北京航空航天大学 一种基于正弦条纹投射的镜面物体三维形貌测量***
CN104796689A (zh) * 2015-04-07 2015-07-22 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种ccd像素位置偏差计算方法
CN110686593A (zh) * 2019-09-09 2020-01-14 中国科学院国家空间科学中心 一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002202112A (ja) * 2000-11-06 2002-07-19 Fujitsu Ltd 形状計測装置
CN102721378A (zh) * 2012-06-20 2012-10-10 北京航空航天大学 一种基于正弦条纹投射的镜面物体三维形貌测量***
CN104796689A (zh) * 2015-04-07 2015-07-22 中国科学院空间科学与应用研究中心 一种ccd像素位置偏差计算方法
CN110686593A (zh) * 2019-09-09 2020-01-14 中国科学院国家空间科学中心 一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110686593A (zh) 2020-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106871787B (zh) 大空间线扫描成像三维测量方法
CN110296691A (zh) 融合imu标定的双目立体视觉测量方法与***
CN109724586B (zh) 一种融合深度图和点云的航天器相对位姿测量方法
CN109087355B (zh) 基于迭代更新的单目相机位姿测量装置与方法
Hu et al. A four-camera videogrammetric system for 3-D motion measurement of deformable object
CN105046715B (zh) 一种基于空间解析几何的线阵相机标定方法
CN106489062B (zh) 用于测量移动平台的位移的***和方法
CN107144278B (zh) 一种基于多源特征的着陆器视觉导航方法
Chen et al. A self-recalibration method based on scale-invariant registration for structured light measurement systems
CN110686593B (zh) 一种测量拼接焦平面中图像传感器相对位置关系的方法
CN108692661A (zh) 基于惯性测量单元的便携式三维测量***及其测量方法
CN109855559A (zh) 一种全空间标定***及方法
CN113028990A (zh) 一种基于加权最小二乘的激光跟踪姿态测量***及方法
Liao et al. A dense 3-D point cloud measurement based on 1-D background-normalized Fourier transform
Bikmaev et al. Improving the accuracy of supporting mobile objects with the use of the algorithm of complex processing of signals with a monocular camera and LiDAR
Wang et al. The human-height measurement scheme by using image processing techniques
Wang et al. Calibration Research on Fish-eye lens
WO2020113978A1 (zh) 位于平面上的孔的中心位置的计算方法
CN109342008A (zh) 基于单应性矩阵的风洞试验模型迎角单相机视频测量方法
CN115049784A (zh) 一种基于双目粒子图像的三维速度场重建方法
Zhu et al. A new noncontact flatness measuring system of large 2-D flat workpiece
JP3512894B2 (ja) 相対的移動量算出装置及び相対的移動量算出方法
Ma et al. Flexible High-Resolution Continuous 3-D Scanning for Large-Scale Industrial Components
CN114170321A (zh) 一种基于测距的相机自标定方法及***
CN110260817B (zh) 基于虚拟标志点的复杂曲面偏折测量自定位方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant