CN112504464B - 一种三探头红外成像***图像特征点融合方法 - Google Patents

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Abstract

一种三探头红外成像***图像特征点融合方法，通过标定出各探头在整机坐标系下的安装角度值，并确定各红外探头的光学中心坐标以及光学焦距，进行特征边界点坐标计算、探头坐标系下特征边界点单位矢量计算以及整机坐标系下特征边界点单位矢量计算，以实现通过三个边界得到的地球圆盘边缘信息进而计算得出地心矢量信息的目的，方法流程清晰，计算精度高，观测可靠性高。

Description

一种三探头红外成像***图像特征点融合方法
技术领域
本发明涉及一种三探头红外成像***图像特征点融合方法，属于红外视觉测量技术领域。
背景技术
红外地球敏感器是航天器姿轨控分***的主要部件，其作用就是测量航天器相对于地球的方位从而得出航天器的姿态信息。随着红外焦平面探测器、热电堆探测器以及热释电探测器等红外探测器技术的发展与进步，以电子扫描式替代传统机械扫描的新一代静态红外地球敏感器产品陆续问世。微型静态红外地球敏感器采用热电堆阵列式红外探测器，通过对14～16μm波段的地球红外辐射部分区域进行成像，通过数字图像信息处理和信息融合得到敏感器坐标系中指向地球中心的矢量信息。
微型静态红外地球敏感器需要满足300～1500km低轨道范围，若采用单光学***成像方案，其视场最低也要大于160°才能够满足测量要求。单光学***视场要求过大，给光学***设计带来巨大的压力，并且不易于整机精度提升。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统单光学***程序方案要求视场范围过大，不易于进行光学***设计的问题，提出了一种三探头红外成像***图像特征点融合方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种三探头红外成像***图像特征点融合方法，步骤如下：
(1)将微型静态红外地球敏感器安装于三轴转台台面上，调整红外平行光管及高温黑***置至微型静态红外地球敏感器的三个红外探头均满足观测需求；
(2)根据三轴转台、红外平行光管及高温黑体建立参数标定***，利用参数标定***于整机坐标系下对各红外探头的安装角度进行标定；
(3)根据步骤(2)所得三个红外探头的标定安装角度，确定各红外探头于各红外探头图像物理坐标系内的光学中心坐标，同时确定各红外探头于对应的红外探头坐标系内的光学焦距；
(4)通过各红外探头采集目标图像，并于各红外探头图像物理坐标系内，提取所得红外探头图像的特征边界点坐标；
(5)根据步骤(4)所得特征边界点坐标及步骤(3)所得各红外探头对应的光学焦距，计算各红外探头于各自红外探头坐标系下的特征边界点单位矢量；
(6)利用步骤(2)所得各红外探头对应的光学焦距及步骤(5)所得各红外探头的特征边界点单位矢量计算整机坐标系下，各红外探头的特征边界点单位矢量。
所述步骤(1)中，在参数标定***中，高温黑体表面设置于红外平行光管孔径光阑处，令高温黑体辐射充满孔径光阑，各红外探头的基准镜法线光轴与平行光管光轴重合。
所述步骤(2)中，各红外探头的安装角度的标定方法具体为：
(2-1)根据观测需求预设各红外探头的安装角度设计值，其中第一红外探头、第二红外探头、第三红外探头的安装角度设计值分别为(α1’、β1’、γ1’)、(α2’、β2’、γ2’)、(α3’、β3’、γ3’)；
(2-2)转动三轴转台至第一红外探头的安装角度设计值，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x11、y11)，转动三轴转台至(α1’、β1’-10°、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x12、y12)，转动三轴转台至(α1’、β1’+10°、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x13、y13)；
(2-3)对步骤(2-2)所得第一红外探头的三个中心位置坐标进型判断，若满足|2y12-y11-y13|≤0.02pixel，则将第一红外探头最优安装角度β1设定为β1＝β1’+△β1’，否则对第一红外探头的安装角度的设计值β1’分别调整为β1’+△β1’、β1’+△β1’-10°、β1’+△β1’+10°，直至满足|2y12-y11-y13|≤0.02pixel；
(2-4)转动三轴转台至(α1’、β1、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x14、y14)，转动三轴转台至(α1’-10°、β1、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x15、y15)，转动三轴转台至(α1’+10°、β1、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x16、y16)；
(2-5)对步骤(2-4)所得第一红外探头的三个中心位置坐标进型判断，若满足|2x15-x14-x16|≤0.02pixel，则将第一红外探头最优安装角度α1设定为α1’+△α1’，将最优安装角度γ1设定为γ1’，否则对第一红外探头的安装角度的设计值α1’分别调整为α1’+△α1’、α1’+△α1’-10°、α1’+△α1’+10°，直至满足|2x15-x14-x16|≤0.02pixel，确定第一红外探头的最优安装角度(α1、β1、γ1)；
(2-6)重复步骤(2-2)-步骤(2-5)并获取第二红外探头及第三红外探头的最优安装角度(α2、β2、γ2)、(α3、β3、γ3)，完成各红外探头的安装角度标定。
所述步骤(3)中，转动三轴转台直至第一红外探头均转动至最优安装角度(α1、β1、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x10、y10)，再次转动三轴转台至(α1、β1-10°、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x17、y17)，转动三轴转台至(α1、β1+10°、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x18、y18)，以(x10、y10)为第一红外探头的光学中心坐标值，计算第一红外探头的焦距
Figure BDA0002750384120000031
其中，第二红外探头、第三红外探头的光学中心坐标值及焦距确定方法均通过重复上述操作进行确定，获取第二红外探头的光学中心坐标值(x20、y20)及焦距f2，第三红外探头的光学中心坐标值(x30、y30)及焦距f3。
所述步骤(4)中，红外探头图像的特征边界点坐标通过红外探头成像进行提取，分别为(x1、y1)、(x2、y2)、(x3、y3)。
所述步骤(5)中，各红外探头于各自红外探头坐标系下的特征边界点单位矢量的计算方法为：
Figure BDA0002750384120000041
Figure BDA0002750384120000042
Figure BDA0002750384120000043
所述步骤(5)中，各红外探头坐标系均为以各红外探头的光学***主点为原点，以各红外探头长边向方向右定义为+X轴、探测器短边向下方向定义为+Y轴、以右手定则确定Z轴。
所述步骤(6)中，整机坐标系下各红外探头的特征边界点单位矢量的计算方法为：
Figure BDA0002750384120000044
Figure BDA0002750384120000045
Figure BDA0002750384120000046
所述步骤(6)中，整机坐标系以三探头光学***光轴的理论相交点为原点，+Z轴为由基准镜法线指向目标方向，+X轴方向为由基准镜指向第一红外探头，+Y轴方向符合右手坐标系定义。
所述步骤(3)中，各红外探头图像物理坐标系均以各红外探头的光学中心坐标为原点，以各红外探头长边向方向右定义为+X轴、探测器短边向下方向定义为+Y轴确定。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提供的一种三探头红外成像***图像特征点融合方法，可以将各探头坐标系下的光学中心坐标及光学焦距标定计算出，同时也可以标定出各探头在整机坐标系下的安装角度值，通过安装角度标定值，各探头坐标系下的图像特征点坐标可转换到统一的整机坐标系下，再通过于各红外探头图像物理坐标系内确定各红外探头的光学中心坐标以及光学焦距的方法，实现三个红外成像探头以三个视场分别凝视地球太空边界的三个不同区域，然后通过三个边界得到的地球圆盘边缘信息进而计算得出地心矢量信息的目标，对整机敏感器的质量及成本需求大为降低，可靠性得到很大提升；
(2)本发明采用三个红外成像探头安装在锥形安装台上组成红外地球敏感器整机的方式，解决了锥形安装台三个安装面的实际倾斜角度与设计值存在偏差的问题，同时由于装配误差，各探头实际实现的倾斜角度与其安装面倾斜角度存在偏差，本发明通过逼近式查找探头倾斜角度实际值的标定方法，以倾斜角度设计值为查找起点，通过图像计算分析正负视场成像特性；逐步给出倾斜角度偏置量，直至该探头正负视场成像对称性满足要求，可快捷有效地标定出三个红外成像探头的安装角度值。
附图说明
图1为发明提供的图像特征点融合方法流程图；
图2为发明提供的三探头红外成像***凝视姿态测量示意图；
图3为发明提供的红外探头坐标系示意图；
具体实施方式
一种三探头红外成像***图像特征点融合方法，为实现三个红外成像探头分别凝视地球太空边界不同区域的方式来获取地心矢量，需要在统一整机坐标系下融合三探头图像特征边界点信息，通过整合整机坐标系、红外探头图像物理坐标系、红外探头坐标系的转换关系，以及红外探头安装角度、光学中心坐标等待信息，能够实现三探头红外成像***的图像采集处理，如图1所示，具体步骤为：
(1)以三轴转台、红外平行光管及高温黑体建立参数标定***，将微型静态红外地球敏感器安装于三轴转台台面上，调整红外平行光管及高温黑***置至微型静态红外地球敏感器的三个红外探头均满足观测需求；
在参数标定***中，高温黑体表面设置于红外平行光管孔径光阑处，令高温黑体辐射充满孔径光阑，各红外探头的基准镜法线光轴与平行光管光轴重合；
(2)于整机坐标系下利用参数标定***对各红外探头的安装角度进行标定，各红外探头的安装角度的标定方法具体为：
(2-1)根据观测需求预设各红外探头的安装角度设计值，其中第一红外探头、第二红外探头、第三红外探头的安装角度设计值分别为(α1’、β1’、γ1’)、(α2’、β2’、γ2’)、(α3’、β3’、γ3’)；
(2-2)转动三轴转台至第一红外探头的安装角度设计值，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x11、y11)，转动三轴转台至(α1’、β1’-10°、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x12、y12)，转动三轴转台至(α1’、β1’+10°、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x13、y13)；
(2-3)对步骤(2-2)所得第一红外探头的三个中心位置坐标进型判断，若满足|2y12-y11-y13|≤0.02pixel，则将第一红外探头最优安装角度β1设定为β1＝β1’+△β1’，否则对第一红外探头的安装角度的设计值β1’分别调整为β1’+△β1’、β1’+△β1’-10°、β1’+△β1’+10°，直至满足|2y12-y11-y13|≤0.02pixel；
(2-4)转动三轴转台至(α1’、β1、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x14、y14)，转动三轴转台至(α1’-10°、β1、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x15、y15)，转动三轴转台至(α1’+10°、β1、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x16、y16)；
(2-5)对步骤(2-4)所得第一红外探头的三个中心位置坐标进型判断，若满足|2x15-x14-x16|≤0.02pixel，则将第一红外探头最优安装角度α1设定为α1’+△α1’，将最优安装角度γ1设定为γ1’，否则对第一红外探头的安装角度的设计值α1’分别调整为α1’+△α1’、α1’+△α1’-10°、α1’+△α1’+10°，直至满足|2x15-x14-x16|≤0.02pixel，确定第一红外探头的最优安装角度(α1、β1、γ1)；
(2-6)重复步骤(2-2)-步骤(2-5)并获取第二红外探头及第三红外探头的最优安装角度(α2、β2、γ2)、(α3、β3、γ3)，完成各红外探头的安装角度标定；
(3)根据所得三个红外探头的标定安装角度，于各红外探头图像物理坐标系内，确定各红外探头的光学中心坐标以及各红外探头于对应的红外探头坐标系内的光学焦距，具体包括：
转动三轴转台直至第一红外探头均转动至最优安装角度(α1、β1、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x10、y10)，再次转动三轴转台至(α1、β1-10°、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x17、y17)，转动三轴转台至(α1、β1+10°、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x18、y18)，以(x10、y10)为第一红外探头的光学中心坐标值，计算第一红外探头的焦距
Figure BDA0002750384120000071
Figure BDA0002750384120000072
第二红外探头、第三红外探头的光学中心坐标值及焦距确定方法均通过重复上述操作进行确定，获取第二红外探头的光学中心坐标值(x20、y20)及焦距f2，第三红外探头的光学中心坐标值(x30、y30)及焦距f3；
(4)通过各红外探头采集目标图像，并于各红外探头图像物理坐标系内，提取所得红外探头图像的特征边界点坐标；
其中，红外探头图像的特征边界点坐标通过红外探头成像进行提取，分别为(x1、y1)、(x2、y2)、(x3、y3)；
(5)根据所得特征边界点坐标及各红外探头对应的光学焦距，计算各红外探头于各自红外探头坐标系下的特征边界点单位矢量，各红外探头于各自红外探头坐标系下的特征边界点单位矢量的计算方法为：
Figure BDA0002750384120000073
Figure BDA0002750384120000074
Figure BDA0002750384120000075
(6)利用所得各红外探头对应的光学焦距及各红外探头的特征边界点单位矢量计算整机坐标系下，各红外探头的特征边界点单位矢量；
整机坐标系下各红外探头的特征边界点单位矢量的计算方法为：
Figure BDA0002750384120000081
Figure BDA0002750384120000082
Figure BDA0002750384120000083
在上述步骤中，总共包括三个坐标系，其中：
各红外探头坐标系均为以各红外探头的光学***主点为原点，以各红外探头长边向方向右定义为+X轴、探测器短边向下方向定义为+Y轴、以右手定则确定Z轴；
整机坐标系以三探头光学***光轴的理论相交点为原点，+Z轴为由基准镜法线指向目标方向，+X轴方向为由基准镜指向第一红外探头，+Y轴方向符合右手坐标系定义；
各红外探头图像物理坐标系均以各红外探头的光学中心坐标为原点，以各红外探头长边向方向右定义为+X轴、探测器短边向下方向定义为+Y轴确定。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
三探头红外成像***图像特征点融合方法具体步骤为：
(1)将微型静态红外地球敏感器安装在三轴转台台面上，调整整机安装，使其基准镜法线方向对准红外平行光管光轴。调整高温黑体摆放位置，使黑体表面位于红外平行光管孔径光阑处，高温黑体辐射充满整个孔径光阑。设置黑体温度800K，并开启黑体，待黑体到温后，进行下一步；
(2)首先对第一红外探头的安装角度进行标定，转动三轴转台至第一红外探头的安装角度设计值(α1’、β1’、γ1’)位置处，第一红外探头对平行光管所出射光束成像为一个光斑，通过图像处理计算得出该光斑中心的位置坐标(x11、y11)，转动三轴转台至(α1’、β1’-10°、γ1’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x12、y12)，转动三轴转台至(α1’、β1’+10°、γ1’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x13、y13)，根据判据|2y12-y11-y13|≤0.02pixel判断是否满足条件，如果满足该条件，更新为最优安装角度β1＝β1’；如果不满足该条件，重新调整角度{β1’+△β1’；β1’+△β1’-10°；β1’+△β1’+10°}，直至满足|2y12-y11-y13|≤0.02pixel，确定第一红外探头的最优安装角度β1＝β1’+△β1’。
转动三轴转台至(α1’、β1、γ1’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x14、y14)，转动三轴转台至(α1’-10°、β1、γ1’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x15、y15)，转动三轴转台至(α1’+10°、β1、γ1’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x16、y16)，根据判据|2x15-x14-x16|≤0.02pixel判断是否满足条件，如果满足该条件，更新最优安装角度α1＝α1’；如果不满足该条件，重新调整角度{α1’+△α1’；α1’+△α1’-10°；α1’+△α1’+10°}，直至满足|2x15-x14-x16|≤0.02pixel，再将第一红外探头的最优安装角度α1＝α1’+△α1’。γ1＝γ1’；
(3)首先对第二红外探头的安装角度进行标定，转动三轴转台至第二红外探头的安装角度设计值(α2’、β2’、γ2’)位置处，第二红外探头对平行光管所出射光束成像为一个光斑，通过图像处理计算得出该光斑中心的位置坐标(x21、y21)，转动三轴转台至(α2’、β2’-10°、γ2’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x22、y22)，转动三轴转台至(α2’、β2’+10°、γ2’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x23、y23)，根据判据|2y22-y21-y23|≤0.02pixel判断是否满足条件，如果满足该条件，更新为最优安装角度β2＝β2’；如果不满足该条件，重新调整角度{β2’+△β2’；β2’+△β2’-10°；β2’+△β2’+10°}，直至满足|2y22-y21-y23|≤0.02pixel，确定第二红外探头的最优安装角度β2＝β2’+△β2’；
转动三轴转台至(α2’、β2、γ2’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x24、y24)，转动三轴转台至(α2’-10°、β2、γ2’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x25、y25)，转动三轴转台至(α2’+10°、β2、γ2’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x26、y26)，根据判据|2x25-x24-x26|≤0.02pixel判断是否满足条件，如果满足该条件，更新最优安装角度α2＝α2’；如果不满足该条件，重新调整角度{α2’+△α2’；α2’+△α2’-10°；α2’+△α2’+10°}，直至满足|2x25-x24-x26|≤0.02pixel，再将第二红外探头的最优安装角度α2＝α2’+△α2’。γ2＝γ2’；
(4)首先对第三红外探头的安装角度进行标定，转动三轴转台至第三红外探头的安装角度设计值(α3’、β3’、γ3’)位置处，第三红外探头对平行光管所出射光束成像为一个光斑，通过图像处理计算得出该光斑中心的位置坐标(x31、y31)，转动三轴转台至(α3’、β3’-10°、γ3’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x32、y22)，转动三轴转台至(α3’、β3’+10°、γ3’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x33、y33)，根据判据|2y32-y31-y33|≤0.02pixel判断是否满足条件，如果满足该条件，更新为最优安装角度β3＝β3’；如果不满足该条件，重新调整角度{β3’+△β3’；β3’+△β3’-10°；β3’+△β3’+10°}，直至满足|2y32-y31-y33|≤0.02pixel，确定第三红外探头的最优安装角度β3＝β3’+△β3’。
转动三轴转台至(α3’、β3、γ3’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x34、y34)，转动三轴转台至(α3’-10°、β3、γ3’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x35、y35)，转动三轴转台至(α3’+10°、β3、γ3’)，图像处理计算得出光斑中心此时的位置坐标(x36、y36)，根据判据|2x35-x34-x36|≤0.02pixel判断是否满足条件，如果满足该条件，更新最优安装角度α3＝α3’；如果不满足该条件，重新调整角度{α3’+△α3’；α3’+△α3’-10°；α3’+△α3’+10°}，直至满足|2x35-x34-x36|≤0.02pixel，再将第三红外探头的最优安装角度α3＝α3’+△α3’。γ3＝γ3’；
(5)转动三轴转台直至第一红外探头均转动至最优安装角度(α1、β1、γ1)，通过图像处理计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x10、y10)，再次转动三轴转台至(α1、β1-10°、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x17、y17)，转动三轴转台至(α1、β1+10°、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x18、y18)，以(x10、y10)为第一红外探头的光学中心坐标值，计算第一红外探头的焦距
Figure BDA0002750384120000111
(6)转动三轴转台直至第二红外探头均转动至最优安装角度(α2、β2、γ2)，通过图像处理计算此时第二红外探头光斑中心位置坐标(x20、y20)，再次转动三轴转台至(α2、β2-10°、γ2)，计算此时第二红外探头光斑中心位置坐标(x27、y27)，转动三轴转台至(α2、β2+10°、γ2)，计算此时第二红外探头光斑中心位置坐标(x28、y28)，以(x20、y20)为第二红外探头的光学中心坐标值，计算第二红外探头的焦距
Figure BDA0002750384120000112
(7)转动三轴转台直至第三红外探头均转动至最优安装角度(α3、β3、γ3)，通过图像处理计算此时第三红外探头光斑中心位置坐标(x30、y30)，再次转动三轴转台至(α3、β3-10°、γ3)，计算此时第三红外探头光斑中心位置坐标(x37、y37)，转动三轴转台至(α3、β3+10°、γ3)，计算此时第三红外探头光斑中心位置坐标(x38、y38)，以(x30、y30)为第三红外探头的光学中心坐标值，计算第三红外探头的焦距
Figure BDA0002750384120000113
(8)目标地平圈经第一红外探头成像在其像面上，通过图像处理提取在探头1图像物理坐标系下的特征边界点坐标(x1,y1)；
目标地平圈经第二红外探头成像在其像面上，通过图像处理提取在探头1图像物理坐标系下的特征边界点坐标(x2,y2)；
目标地平圈经第三红外探头成像在其像面上，通过图像处理提取在探头1图像物理坐标系下的特征边界点坐标(x3,y3)；
(9)如图3所示，定义各探头坐标系；
特征边界点在第一红外探头坐标系内，坐标为(x1,y1,-f1)，计算第一红外探头坐标系下的特征边界点单位矢量：
Figure BDA0002750384120000114
特征边界点在第二红外探头坐标系内，坐标为(x2,y2,-f2)，计算第一红外探头坐标系下的特征边界点单位矢量：
Figure BDA0002750384120000121
特征边界点在第三红外探头坐标系内，坐标为(x3,y3,-f3)，计算第一红外探头坐标系下的特征边界点单位矢量：
Figure BDA0002750384120000122
(10)计算在整机坐标系下的各特征边界点单位矢量为：
Figure BDA0002750384120000123
Figure BDA0002750384120000124
Figure BDA0002750384120000125
三个红外成像探头安装在整机锥台结构上，如图2所示，采用三个30°×40°视场分别凝视地球太空边界的三个不同区域，然后通过三个边界得到的地球圆盘边缘信息进而计算得出地心矢量信息。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种三探头红外成像***图像特征点融合方法，其特征在于步骤如下：
(1)将微型静态红外地球敏感器安装于三轴转台台面上，调整红外平行光管及高温黑***置至微型静态红外地球敏感器的三个红外探头均满足观测需求；
(2)根据三轴转台、红外平行光管及高温黑体建立参数标定***，利用参数标定***于整机坐标系下对各红外探头的安装角度进行标定；
(3)根据步骤(2)所得三个红外探头的标定安装角度，确定各红外探头于各红外探头图像物理坐标系内的光学中心坐标，同时确定各红外探头于对应的红外探头坐标系内的光学焦距；
(4)通过各红外探头采集目标图像，并于各红外探头图像物理坐标系内，提取所得红外探头图像的特征边界点坐标；
(5)根据步骤(4)所得特征边界点坐标及步骤(3)所得各红外探头对应的光学焦距，计算各红外探头于各自红外探头坐标系下的特征边界点单位矢量；
(6)利用步骤(2)所得各红外探头对应的光学焦距及步骤(5)所得各红外探头的特征边界点单位矢量计算整机坐标系下，各红外探头的特征边界点单位矢量；
所述步骤(1)中，在参数标定***中，高温黑体表面设置于红外平行光管孔径光阑处，令高温黑体辐射充满孔径光阑，各红外探头的基准镜法线光轴与平行光管光轴重合；
所述步骤(2)中，各红外探头的安装角度的标定方法具体为：
(2-1)根据观测需求预设各红外探头的安装角度设计值，其中第一红外探头、第二红外探头、第三红外探头的安装角度设计值分别为(α1’、β1’、γ1’)、(α2’、β2’、γ2’)、(α3’、β3’、γ3’)；
(2-2)转动三轴转台至第一红外探头的安装角度设计值，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x11、y11)，转动三轴转台至(α1’、β1’-10°、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x12、y12)，转动三轴转台至(α1’、β1’+10°、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x13、y13)；
(2-3)对步骤(2-2)所得第一红外探头的三个中心位置坐标进型判断，若满足|2y12-y11-y13|≤0.02pixel，则将第一红外探头最优安装角度β1设定为β1＝β1’+△β1’，否则对第一红外探头的安装角度的设计值β1’分别调整为β1’+△β1’、β1’+△β1’-10°、β1’+△β1’+10°，直至满足|2y12-y11-y13|≤0.02pixel；
(2-4)转动三轴转台至(α1’、β1、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x14、y14)，转动三轴转台至(α1’-10°、β1、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x15、y15)，转动三轴转台至(α1’+10°、β1、γ1’)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x16、y16)；
(2-5)对步骤(2-4)所得第一红外探头的三个中心位置坐标进型判断，若满足|2x15-x14-x16|≤0.02pixel，则将第一红外探头最优安装角度α1设定为α1’+△α1’，将最优安装角度γ1设定为γ1’，否则对第一红外探头的安装角度的设计值α1’分别调整为α1’+△α1’、α1’+△α1’-10°、α1’+△α1’+10°，直至满足|2x15-x14-x16|≤0.02pixel，确定第一红外探头的最优安装角度(α1、β1、γ1)；
(2-6)重复步骤(2-2)-步骤(2-5)并获取第二红外探头及第三红外探头的最优安装角度(α2、β2、γ2)、(α3、β3、γ3)，完成各红外探头的安装角度标定；
所述步骤(3)中，转动三轴转台直至第一红外探头均转动至最优安装角度(α1、β1、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x10、y10)，再次转动三轴转台至(α1、β1-10°、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x17、y17)，转动三轴转台至(α1、β1+10°、γ1)，计算此时第一红外探头光斑中心位置坐标(x18、y18)，以(x10、y10)为第一红外探头的光学中心坐标值，计算第一红外探头的焦距
Figure FDA0003372344750000031
其中，第二红外探头、第三红外探头的光学中心坐标值及焦距确定方法均通过步骤(3)进行确定，获取第二红外探头的光学中心坐标值(x20、y20)及焦距f2，第三红外探头的光学中心坐标值(x30、y30)及焦距f3；
所述步骤(4)中，红外探头图像的特征边界点坐标通过红外探头成像进行提取，分别为(x1、y1)、(x2、y2)、(x3、y3)；
所述步骤(5)中，各红外探头于各自红外探头坐标系下的特征边界点单位矢量的计算方法为：
Figure FDA0003372344750000041
Figure FDA0003372344750000042
Figure FDA0003372344750000043
所述步骤(5)中，各红外探头坐标系均为以各红外探头的光学***主点为原点，以各红外探头长边向方向右定义为+X轴、探测器短边向下方向定义为+Y轴、以右手定则确定Z轴；
所述步骤(6)中，整机坐标系下各红外探头的特征边界点单位矢量的计算方法为：
Figure FDA0003372344750000044
Figure FDA0003372344750000045
Figure FDA0003372344750000046
所述步骤(6)中，整机坐标系以三探头光学***光轴的理论相交点为原点，+Z轴为由基准镜法线指向目标方向，+X轴方向为由基准镜指向第一红外探头，+Y轴方向符合右手坐标系定义；
所述步骤(3)中，各红外探头图像物理坐标系均以各红外探头的光学中心坐标为原点，以各红外探头长边向方向右定义为+X轴、探测器短边向下方向定义为+Y轴确定。
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