[发明专利]基于大视场摄像及图像处理的测距装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，尤其是一种测距装置及其方法。

背景技术

要地防空、边海防监控、战场实时监视领域中都涉及到对监视区域的目标参数测量，包含测量目标的距离、方位角、俯仰角等。其中测距是一个关键问题。距离测量通常使用的方法包括激光测距仪测距法、俯仰角测距法、光学镜头聚焦测距法、双站交汇测距法和立体图像法等。

激光测距仪测距法是采用激光光束对选中目标进行激光照射，通过其光线返回的时间及激光的速度来计算目标的距离。这种方法简单而且精度高，但是缺点是易受水汽、雾气的影响，设备造价较高，要求与探测设备间具有非常高的光轴准确度，同时要求伺服控制系统有非常高的精度和角分辨率，以便将目标锁定在光轴中心，否则远距离使用时难于对准目标进行测距。激光测距仪只有在锁定目标后才能测距，不能在发现目标后即对其自动测距。

俯仰角测距法是假定目标高度为0的情况下计算的数据，主要适合于测量海上目标，而且远距离测量时误差较大，所以，该方法可用于昼夜海上近距离目标的距离测量，对空中目标有很大的局限性。同时由于云台精度的限制，会带来距离测量误差。

光学镜头聚焦测距法利用透镜成像关系测距。为能够摄取清晰的图像，对镜头聚焦过程中，聚焦步进电机带动镜头微调焦距，使目标的像成在CCD的像平面上。聚焦完成时，通过读取聚焦步进电机的聚焦位置，即可换算目标距离。这一方法只有当系统具备自动聚焦功能时才可完成测距。这种测距方法的误差主要由步进电机所联动的聚焦的机械装置的传输精度(空回)引起。使用光学镜头聚焦测距法，测距精度满足要求，而且可测量海上及低空目标，但只能在白天或夜间光线许可的条件下使用。

双站交汇测距法也称为三角测量法，基于三角形是由其一边(在三角测量法中，称之为基线的长度)和该边两端的角的大小决定的原理来测出距离。该测距方法的误差由目标方位角的测量精度和双站之间的间距决定。将双站交汇法的原理用于测量立体图像从而决定对象物的位置的方法称为立体图像法。立体图像法和人类用左右眼立体看物体一样，是对两眼相应的两个图像用三角测量法求出对象物三维位置的方法。

双站交汇测距法对各类目标的测距精度均很高，常规的光电测距较多采用双站交汇法，但双站交汇测距法需要整个系统配合才能使用。当测量目标为空中飞行目标时，若观测设备视场角小，很容易丢失目标；同时因为空中背景图像单一无可特征参考点，增加了对目标参数的计算难度。

发明内容

为了克服现有技术容易丢失目标，参数计算困难的不足，本发明提供一种基于大视场摄像及图像处理的测距方法，大视场角使得观测目标更容易发现，判定是否为同一目标更为准确，图像拼图后特征参考点的选择，使得计算目标的数据量更小，计算速度更快。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括两个探测站，每个探测站都包括探测分系统、图像处理分系统、数据处理控制分系统、转台分系统和通讯分系统。探测分系统采用多光谱光电阵列。探测分系统安装在转台分系统上，能够随转台分系统在水平面上做圆周运动以及调整俯仰角，通过探测分系统上的多光谱光电阵列获取目标的实时图像，并将该实时图像传送至图像处理分系统进行图像处理，包括透雾、图像降噪、去抖动和动目标检测，以获得更远的观测距离，更为清晰的图像。经过图像处理后的实时图像传送至数据处理控制分系统进行数据计算，得到目标的位置参数。数据处理控制分系统控制转台全方位的转动，完成对目标的搜索、捕获和实时跟踪，并通过通讯分系统进行两个探测站之间的通讯传输。

本发明所述的多光谱光电阵列采用2列3行平行排列的6个多光谱摄像机，每个多光谱摄像机覆盖范围包括可见光和中波红外光谱，即400nm～1200nm的光波，每个多光谱摄像机的视场角大于2.7°(方位角)×3.7°(俯仰角)，整个多光谱光电阵列最终形成大于5°(方位角)×11°(俯仰角)的视场角。

除了上述的多光谱光电阵列外，还可以增加长焦多光谱摄像系统和红外摄像系统。

本发明采用的测距方法包括以下步骤：

一、扫描观测区域，通过实时拼图技术将多光谱光电阵列探测得到的图像组合成一个同时观测到地面和空中的大视场图像，即观测区域的背景图。实时拼图技术是用摄像机在对所观测区域进行扫描，自动凭借实时地检索最新时次的拼图文件，采用相关的拼图算法进行拼图并以图形界面显示出来。