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《用光测图像确定空间目标俯仰角和偏航角的中轴线法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、国 防 科 技 大 学 学 报第22卷第2期 JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGYVol.22No.22000文章编号:1001-2486(2000)02-0015-05X用光测图像确定空间目标俯仰角和偏航角的中轴线法于起峰,孙祥一,陈国军(国防科技大学航天与材料工程学院 湖南长沙 410073) 摘 要:提出了一种用电影经纬仪等光测设备获得的图像确定火箭等空间轴对称目标的俯仰角和偏航角的新方法——中轴线法;并对此方法进行了误差分析。此方法利用了目
2、标图像上的大量信息,测量精度高。采用了间接的方法提取目标的中轴线,避免了多相机目标匹配的问题。 关键词:光学测量;图象处理;三维姿态 中图分类号:V412.42文献标识码:AANewMethodofMeasurethePitchingandYawoftheAxesSymmetryObjectthroughtheOpticalImageYUQi-feng,SUNXiang-yi,CHENGuo-jun(CollegeofAerospaceandMaterialEngineering,NationalUni
3、v.OfDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:Anewmethodformeasurementofthepitchingangleandyawangleofanaxes-symmetricobjectthroughtheopticalimagesispresented,andtheaccuracyofthemethodisanalyzed.Thismethodishighlyaccuratebecausealargeamountofinformati
4、onoftheobjectimageisused.Thedifficultyofobjectmatchingamongseveralimagesisavoidedsincetheobject'saxisismeasuredinanindirectway.Keywords:opticalmeasurement;imageprocessing;3Dorientation用电影经纬仪或高速摄影机拍摄火箭等目标的运动过程,然后对拍摄获得的胶片进行分析处理,得到目标的运动参数,是目前靶场常用的一种外测方法。靶场一般配
5、有多台经纬仪及胶片判读设备。但现有的分析处理方法只将火箭等目标作为点目标来测量,只能获得目标的运动轨迹、速度、加速度等,无法得到火箭的三维姿态参数——俯仰角、偏航角。然而火箭的三维姿态参数是反映火箭飞行状态的重要运动参数,获得这些参数对分析火箭的运动状态,以及气动参数辨识等有着重要的价值。实际上,若经纬仪拍摄的图像能观察到火箭的轮廓,则它包含了火箭的姿态信息。因此通过适当的方法,完全可以得到一定精度的三维姿态结果。最直接获得三维姿态参数的方法就是用测量点目标的方法,同时测量火箭上的两个以上的点的位置,如测量
6、火箭首尾两点,即可得到火箭轴线的空间位置,进而得到火箭的俯仰角和偏航角。然而此方法用于测量火箭的三维姿态难以得到满意的结果。因为一般测量站点距火箭较远,测量火箭上点目标的精度不是很高,再通过两点得到直线的精度就更差。这种方法还要求两台经纬仪能同时拍摄到目标上的两个相同点,否则得不到结果。提高姿态参数测量精度的方法是直接测量火箭上的直线目标,这是因为直线包含了大量的点信息。通过对大量点的拟合,可以使直线的精度提高。然而要从不同的站点观测火箭上的同一直线是困难的。不同站点观察到的火箭的轮廓线并不是同一条直线。为
7、此我们提出了通过多站光测图像确定火箭俯仰角和偏航角的“中轴线方法”。1 中轴线法的基本原理火箭的主体,一般可以认为是轴对称的,其对称轴也就是我们称的中轴线。确定火箭俯仰角、偏航角的中轴线法的基本思想是:通过经纬仪拍摄到能看清火箭轮廓的胶片;将胶片图像数字化,再用数字图像处理技术对其进行分析处理,高精度地提取出火箭的两条直线轮廓边X收稿日期:1999-06-08作者简介:于起峰(1958-),男,国防科技大学教授。16国防科技大学学报2000年第2期界方程;计算出这两条直线的中心线方程,即为图像平面上火箭的中
8、轴线的方程。这个中轴线方程与摄影系统的光心的空间坐标唯一确定了一个空间平面,空间中火箭的中轴线必然在此平面上。用两台经纬仪测量就能得到两个平面,这两个平面必然交于一条空间直线,这条直线就是火箭的空间中轴线。求得火箭的中轴线方程后,就能方便地得到火箭的俯仰角、偏航角。若用多台经纬仪测量就能得到多个平面,实际测量时由于存在误差,这些平面可能不交于同一直线。这时可用加权平均的方法确定俯仰角和偏航角。中轴线法利用了面面交
