一種目標(biāo)位姿測(cè)量方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及攝影測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種目標(biāo)位姿測(cè)量方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技日新月異的發(fā)展，目標(biāo)位姿的測(cè)量技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于軍事、航天、航空 等不同領(lǐng)域，用于確定目標(biāo)在空間中的位置和目標(biāo)的姿態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的調(diào)控。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，可以通過(guò)雙目測(cè)量方法來(lái)求解目標(biāo)位姿，該雙目測(cè)量指的是兩臺(tái) 相機(jī)從不同角度同時(shí)觀察同一場(chǎng)景中的目標(biāo)，并根據(jù)兩臺(tái)相機(jī)拍攝的圖像序列，求解出目 標(biāo)在空間中的坐標(biāo)和姿態(tài)。目前，雙目測(cè)量的方式主要分為兩種，其中，一種是，通過(guò)人工指 定模型控制點(diǎn)，然后，根據(jù)同一控制點(diǎn)在不同圖像中對(duì)應(yīng)的同名像點(diǎn)，通過(guò)三維重建，得到 控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。難以滿足另一種是，在目標(biāo)與攝影方向垂直時(shí)拍攝圖像序列，以保證目 標(biāo)中軸線經(jīng)過(guò)投影后的成像就是圖像中成像區(qū)域的輪廓中軸線，從而通過(guò)中軸線空間方程 計(jì)算得到目標(biāo)的空間位置和姿態(tài)。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于目標(biāo)比較復(fù)雜，很難指定模型 控制點(diǎn)，也很難保證目標(biāo)與攝影方向垂直，那么，通過(guò)上述方法，可能導(dǎo)致目標(biāo)位姿測(cè)量的 準(zhǔn)確性較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種目標(biāo)位姿測(cè)量方法和裝置，提高目標(biāo)位姿測(cè)量的準(zhǔn)確性。
[0005] -種目標(biāo)位姿測(cè)量方法，確定兩站相機(jī)拍攝的目標(biāo)影像序列、目標(biāo)模型以及模擬 的成像空間，還包括：
[0006] 循環(huán)執(zhí)行Nl至N7,直至所述目標(biāo)影像序列中所有圖片中的目標(biāo)均被確定位姿：
[0007] Nl :提取所述目標(biāo)影像序列中當(dāng)前幀的兩站圖片中目標(biāo)輪廓線；
[0008] N2 :計(jì)算所述當(dāng)前幀的兩站圖片中目標(biāo)的重心坐標(biāo)；
[0009] N3 :根據(jù)所述目標(biāo)的重心坐標(biāo)和所述兩站相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，確定所述目標(biāo)模型在 所述模擬的成像空間中的位置；
[0010] M :獲取所述模擬的成像空間中所述目標(biāo)模型的模擬圖片，并提取所述模擬圖片 的模擬輪廓線；
[0011] N5 :將所述模擬輪廓線與對(duì)應(yīng)的所述目標(biāo)輪廓線進(jìn)行匹配；
[0012] N6 :確定目標(biāo)的當(dāng)前姿態(tài)；
[0013] N7 :判斷所述當(dāng)前幀是否為所述目標(biāo)影像序列中的最后一幀，如果否，則將下一幀 作為當(dāng)前幀，執(zhí)行Nl。
[0014] 優(yōu)選地，在所述Nl之前，進(jìn)一步包括：
[0015] 對(duì)當(dāng)前幀的兩站圖片進(jìn)行圖像分割，確定圖像特征區(qū)域；
[0016] 所述N1，包括：提取所述圖像特征區(qū)域中的目標(biāo)輪廓線。
[0017] 優(yōu)選地，所述對(duì)當(dāng)前幀的兩站圖片進(jìn)行圖像分割，確定圖像特征區(qū)域，包括：
[0018] N01、確定所述當(dāng)前幀的兩站圖片的目標(biāo)區(qū)域、理論前景點(diǎn)集合和理論背景點(diǎn)集 合；
[0019] N02、判斷下述公式的真假，若為真，則執(zhí)行N03,否則，執(zhí)行N06;
[0020] isTrehold = (fgMin > bgMax) | | (fgMax < bgMin)
[0021] 其中，所述Treshold表征閾值；所述fgMin表征理論前景點(diǎn)集合中像素最小值； bgMax表征理論背景點(diǎn)集合中像素最大值；所述fgMax表征理論前景點(diǎn)集合中像素最大值； bgMin表征理論背景點(diǎn)集合中像素最小值；
[0022] N03、確定圖像分割閾值；
[0023] N04、對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域中的所有像素點(diǎn)，執(zhí)行判斷當(dāng)前像素點(diǎn)是否大于所述圖像分 割閾值，如果是，則當(dāng)前像素點(diǎn)為前景點(diǎn)，否則，為背景點(diǎn)，
[0024] N05、確定所有前景點(diǎn)組成的集合為圖像特征區(qū)域，并結(jié)束；
[0025] N06、確定并標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域中部分前景點(diǎn)和部分背景點(diǎn)；
[0026] N07、將所述標(biāo)記的部分前景點(diǎn)和部分背景點(diǎn)分別聚為K個(gè)類；
[0027] N08、初始化各個(gè)類的高斯混合模型參數(shù)；
[0028] N09、重復(fù)執(zhí)行N091至N093,直至收斂：
[0029] N091 :對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)分配高斯分量；
[0030] N092 :根據(jù)每一個(gè)像素的高斯分量，確定高斯混合模型的參數(shù)；
[0031] N093 :根據(jù)下述公式，計(jì)算能量函數(shù)：
[0035] 其中，E表征吉布斯能量；U表征數(shù)據(jù)項(xiàng)；V表征光滑項(xiàng)；γ表征平滑項(xiàng)在吉布斯能 量中所占的比重；β表征與圖像對(duì)比度相關(guān)的系數(shù)；
[0036] Ν010、當(dāng)所述能量函數(shù)值收斂時(shí)，根據(jù)所述能量函數(shù)值確定圖像特征區(qū)域。
[0037] 優(yōu)選地，所述Nl，包括：
[0038] 對(duì)所述兩站圖片進(jìn)行降噪；
[0039] 確定降噪后每一個(gè)像素點(diǎn)的亮度梯度以及亮度梯度方向；
[0040] 根據(jù)所述亮度梯度和梯度方向，在圖像中跟蹤整個(gè)目標(biāo)的邊緣，確定目標(biāo)輪廓線。
[0041] 優(yōu)選地，所述Ν3，包括：
[0042] 確定兩站相機(jī)各自對(duì)應(yīng)的像空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)；
[0043] 根據(jù)所述兩站相機(jī)當(dāng)前幀的目標(biāo)輪廓線，確定目標(biāo)在兩站目標(biāo)輪廓線的重心點(diǎn)；
[0044] 確定目標(biāo)在兩站目標(biāo)輪廓線的重心點(diǎn)在對(duì)應(yīng)的像空間坐標(biāo)系中的點(diǎn)；
[0045] 所述兩站相機(jī)各自對(duì)應(yīng)的像空間坐標(biāo)系的原點(diǎn)與所述對(duì)應(yīng)的像空間坐標(biāo)系中的 點(diǎn)，形成兩條直線；
[0046] 確定兩條直線的公垂線；
[0047] 通過(guò)下述公式，確定位置系數(shù)；
[0049] 其中，α、β表征位置系數(shù)；設(shè)所述兩站相機(jī)對(duì)應(yīng)的像空間坐標(biāo)系中的點(diǎn)分別為 PjP P 2，所述兩條直線分別為L(zhǎng)dP L 2，且P1S L上的點(diǎn)，P 2為L(zhǎng) 2上的點(diǎn)，ζ表征點(diǎn)P1的向 量；表征點(diǎn)P2的向量；表征直線L1的方向矢量；ζ表征直線L2的方向矢量；
[0050] 根據(jù)所述位置系數(shù)，計(jì)算所述公垂線與兩條直線交點(diǎn)的坐標(biāo)以及兩個(gè)交點(diǎn)的距 離；
[0051] 根據(jù)所述公垂線與兩條直線交點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算中垂線中點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0052] 當(dāng)兩個(gè)交點(diǎn)的距離小于一定值時(shí)，則確定所述目標(biāo)模型在所述模擬的成像空間中 的位置為所述中垂線中點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0053] 優(yōu)選地，上述方法進(jìn)一步包括：設(shè)置目標(biāo)函數(shù)閾值和/或迭代次數(shù)閾值；
[0054] 所述Ν5,包括：
[0055] 重復(fù)執(zhí)行Sl至S3,直至確定匹配成功：
[0056] Sl :確定當(dāng)前模擬輪廓線相對(duì)當(dāng)前目標(biāo)輪廓線的目標(biāo)函數(shù)值Ea和當(dāng)前目標(biāo)輪廓線 相對(duì)當(dāng)前模擬輪廓線的目標(biāo)函數(shù)值E b;
[0057] S2 :選取EjP Eb中的較大的一個(gè)，作為當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值；
[0058] S3:判斷所述當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值是否小于所述目標(biāo)函數(shù)閾值，如果是，則確定所述 當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值為目標(biāo)函數(shù)閾值，并確定當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)模型的當(dāng)前姿態(tài)，為 目標(biāo)的當(dāng)前姿態(tài)，否則，判斷當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值的迭代次數(shù)是否達(dá)到所述迭代次數(shù)閾值，如果 是，則執(zhí)行所述Ν7,否則，調(diào)整所述目標(biāo)模型姿態(tài)，對(duì)所述調(diào)整后的目標(biāo)模型進(jìn)行拍攝，確定 調(diào)整后的模擬圖片，并提取所述調(diào)整后的模擬圖片的模擬輪廓線，執(zhí)行S1。
[0059] 優(yōu)選地，所述Ν6，包括：
[0060] 分別確定兩站相機(jī)的目標(biāo)函數(shù)值；
[0061] 根據(jù)所述兩站相機(jī)的目標(biāo)函數(shù)值及目標(biāo)到兩站相機(jī)的距離，通過(guò)下述權(quán)重公式， 分別計(jì)算兩站相機(jī)的權(quán)重；
[0062] 兩站相機(jī)的權(quán)重公式分別為：
[0065] 其中，所述μ表征權(quán)重；E表征目標(biāo)函數(shù)值；a表征能量平衡系數(shù)，D表征兩站分別 到目標(biāo)的距離；L表征兩站相機(jī)中的第一站相機(jī)；R表征兩站相機(jī)中的第二站相機(jī)；
[0066] 利用下述求解公式，計(jì)算目標(biāo)姿態(tài)；
[0067] 求解公式：
[0069] 其中，所述X表征目標(biāo)姿態(tài)；所述&表征利用兩站相機(jī)中的第一站相機(jī)獲得的第 一目標(biāo)姿態(tài)；所述\表征利用兩站相機(jī)中的第二站相機(jī)獲得的第二目標(biāo)姿態(tài)。
[0070] 一種目標(biāo)位姿測(cè)量裝置，包括：
[0071] 確定單元，用于確定兩站相機(jī)拍攝的目標(biāo)影像序列、目標(biāo)模型以及模擬的成像空 間；
[0072] 第一提取單元，用于提取所述確定單元確定的目標(biāo)影像序列中當(dāng)前幀的兩站圖片 中目標(biāo)輪廓線，計(jì)算所述當(dāng)前幀的兩站圖片中目標(biāo)的重心坐標(biāo)，并接收所述判斷單元的觸 發(fā)；
[0073] 第二提取單元，用于根據(jù)所述第一提取單元計(jì)算出的重心坐標(biāo)和所述兩站相機(jī)的 內(nèi)外參數(shù)，確定所述目標(biāo)模型在所述確定單元確定的模擬的成像空間中的位置；獲取所述 模擬的成像空間中所述目標(biāo)模型的模擬圖片，并提取所述模擬圖片的模擬輪廓線；
[0074] 姿態(tài)確定單元，用于將所述第二提取單元提取的模擬輪廓線與對(duì)應(yīng)的所述第一提 取單元提取的目標(biāo)輪廓線進(jìn)行匹配，確定目標(biāo)的當(dāng)前姿態(tài)，并觸發(fā)判斷單元；
[0075] 所述判斷單元，用于在接收到所述姿態(tài)確定單元的觸發(fā)時(shí)，判斷所述姿態(tài)確定單 元確定的目標(biāo)的當(dāng)前姿態(tài)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前幀是否為最后一幀，如果否，則將下一幀作為當(dāng)前幀， 并觸發(fā)所述第一提取單元。
[0076] 優(yōu)選地，所述第一提取單元，進(jìn)一步用于：
[0077] 對(duì)當(dāng)前幀的兩站圖片進(jìn)行圖像分割，確定圖像特征區(qū)域，并提取所述圖像特征區(qū) 域中的目標(biāo)輪廓線。
[0078] 優(yōu)選地，所述第一提取單元，用于：
[0079] N01、確定所述當(dāng)前幀的兩站圖片的目標(biāo)區(qū)域、理論前景點(diǎn)集合和理論背景點(diǎn)集 合；
[0080] N02、判斷下述公式的真假，若為真，則執(zhí)行N03,否則，執(zhí)行N06;
[0081] isTrehold = (fgMin > bgMax) | | (fgMax < bgMin)
[0082] 其中，所述Treshold表征閾值；所述fgMin表征理論前景點(diǎn)集合中像素最小值； bgMax表征理論背景點(diǎn)集合中像素最大值；所述fgMax表征理論前景點(diǎn)集合中像素最大值； bgMin表征理論背景點(diǎn)集合中像素最小值；
[0083] N03、確定圖像分割閾值；
[0084] N04、對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域中的所有像素點(diǎn)，執(zhí)行判斷當(dāng)前像素點(diǎn)是否大于所述圖像分 割閾值，如果是，則當(dāng)前像素點(diǎn)為前景點(diǎn)，否則，為背景點(diǎn)，
[0085] N05、確定所有前景點(diǎn)組成的集合為圖像特征區(qū)域，并結(jié)束；
[0086] N06、確定并標(biāo)記目標(biāo)區(qū)域中部分前景點(diǎn)和部分背景點(diǎn)；
[0087] N07、將所述標(biāo)記的部分前景點(diǎn)和部分背景點(diǎn)分別聚為K個(gè)類；
[0088] N08、初始化各個(gè)類的高斯混合模型參數(shù)；
[0089] N09、重復(fù)執(zhí)行N091至N093,直至收斂：
[0090] N091 :對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)分配高斯分量；
[0091] N092 :根據(jù)每一個(gè)像素的高斯分量，確定高斯混合模型的參數(shù)；
[0092] N093 :根據(jù)下述公式，計(jì)算能量函數(shù)：
[0096] 其中，E表征吉布斯能量；U表征數(shù)據(jù)項(xiàng)；V表征光滑項(xiàng)；γ表征平滑項(xiàng)在吉布斯能 量中所占的比重；β表征與圖像對(duì)比度相關(guān)的系數(shù)；
[0097] Ν010、當(dāng)所述能量函數(shù)值收斂時(shí)，根據(jù)所述能量函數(shù)值確定圖像特征區(qū)域。
[0098] 優(yōu)選地，所述第一提取單元，用于：對(duì)所述兩站圖片進(jìn)行降噪；確定降噪后每一個(gè) 像素點(diǎn)的亮度梯度以及亮度梯度方向；根據(jù)所述亮度梯度和梯度方向，在圖像中跟蹤整個(gè) 目標(biāo)的邊緣，確定目標(biāo)輪廓線。
[0099] 優(yōu)選地，所述第二提取單元，用于：
[0100] 確定兩站相機(jī)各自對(duì)應(yīng)的像空間坐標(biāo)系的原