本文關(guān)鍵詞：無控制點(diǎn)條件下機(jī)載光電平臺圖像的幾何校正

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【摘要】：當(dāng)前,機(jī)載光電平臺成像技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用,尤其在航空偵察方面。機(jī)載光電平臺在采集圖像時(shí),由于其自身的姿態(tài)、高度、速度等多種因素造成圖像發(fā)生幾何畸變,其體現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)世界的物體之間的位置關(guān)系映射到影像時(shí)產(chǎn)生了變化,像元本身與地表對應(yīng)物體的現(xiàn)實(shí)空間排布相產(chǎn)生了彎曲、擠壓、偏移、伸縮等。圖像產(chǎn)生的上述畸變稱之為幾何畸變,對其進(jìn)行的校正即為幾何校正�，F(xiàn)有的機(jī)載光電平臺圖像幾何校正方法主要依賴于地面控制點(diǎn),利用足量且均勻的地面控制點(diǎn),采用多項(xiàng)式擬合算法進(jìn)行校正。由于機(jī)載光電平臺圖像存在數(shù)量多、像幅小、圖像傾角大且無規(guī)律等特點(diǎn),這種方法需要有足夠數(shù)量且分布良好的地面控制點(diǎn)才能獲得較好的圖像校正效果。然而,獲取大量的控制點(diǎn)信息,需要專用的測量儀器和大量的人力物力,尤其在山區(qū)、海洋、森林等區(qū)域,地形復(fù)雜且實(shí)地勘測難度較大,人工很難精確測量地面控制點(diǎn)[5]。本文簡要介紹了運(yùn)用控制點(diǎn)的幾何校正思想,之后詳細(xì)闡述了在無控制點(diǎn)的情況下,通過相機(jī)內(nèi)外參數(shù)對機(jī)載光電平臺原始畸變圖像幾何校正,建立精準(zhǔn)的幾何模型,運(yùn)用Matlab的Camara Calibration Toolbox完成標(biāo)定攝像機(jī)獲取相機(jī)內(nèi)參數(shù)的工作,采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提取飛行姿態(tài)角進(jìn)而獲得相機(jī)外參數(shù),再依據(jù)提取的內(nèi)外參數(shù)對圖像的幾何畸變進(jìn)行校正。本文對機(jī)載光電平臺圖像幾何畸變原因作了深入的探討,在其他外部條件理想的情況下,畸變主要受機(jī)載光電平臺本身的飛行姿態(tài)及其載荷相機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度影響。論文對傳統(tǒng)的基于地面控制點(diǎn)的幾何校正方法進(jìn)行了介紹,分析了傳統(tǒng)的幾何校正方法的局限性,引出了本文的幾何校正方法。本文重點(diǎn)研究了機(jī)載光電平臺成像系統(tǒng)的相機(jī)內(nèi)外參數(shù)及坐標(biāo)變換等內(nèi)容,詳細(xì)闡述了相機(jī)標(biāo)定方法的原理和標(biāo)定模型,提出了正確的校正矩陣,給出了相機(jī)內(nèi)外參數(shù)及畸變系數(shù)的求解過程。通過機(jī)載光電平臺載荷相機(jī)結(jié)合圖像采集盒內(nèi)的圖像編碼器進(jìn)行了圖像的采集過程,通過Matlab的相機(jī)工具箱對相機(jī)內(nèi)參數(shù)和畸變系數(shù)進(jìn)行提取及優(yōu)化。在實(shí)驗(yàn)室搭載光電平臺模擬航拍的過程中,將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與攝像機(jī)相互固定并在PC上顯示其提取的姿態(tài)角,結(jié)合圖像編碼器讀取的相機(jī)相對載荷的旋轉(zhuǎn)角度完成相機(jī)外參數(shù)的獲取。根據(jù)獲取的相機(jī)內(nèi)外參數(shù)經(jīng)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推理建立了畸變圖像到校正圖像的轉(zhuǎn)換矩陣。運(yùn)用雙線性插值算法在Matlab環(huán)境下編程改進(jìn)處理,實(shí)現(xiàn)了PC上的畸變圖像的幾何校正過程,且校正速率較快。本文采用均方根對誤差進(jìn)行分析,經(jīng)分析,此方法校正效果良好,為將本文算法移植到FPGA硬件上進(jìn)行工程化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V243

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