[发明专利]一种飞机三维姿态解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机三维姿态解算方法，特别是一种利用Hough变换、骨架提取以及投影几何来解算飞机的三维姿态的方法，主要用于视觉导航、航天器对接和目标跟踪。

背景技术

三维姿态（俯仰角、偏航角、翻滚角）是反映飞机在空中飞行状态的重要参数，其精确测量对实验分析、目标跟踪与识别、事故鉴定、训练评估等有重要的应用价值，已经受到国内外相关学者越来越多的关注。而对空中运动目标的定位、识别及航迹测量，光电设备是迄今精度最高的仪器，它能够实时、动态跟踪目标并记录下目标移动的连续序列图像，且不受“黑障”、地面杂波干扰等地影响。目前光电测量中广泛应用光电设备对飞机进行跟踪拍摄，以获取飞机运动的实时连续序列图像，然后通过图像处理来获得其三维姿态。

当前，常用的单站光测图像确定飞机的三维姿态的方法包括基于模型法、特征对应法和光流法。基于模型的方法可以对单站光测数据进行处理得到飞机的三维姿态角且精度高，但图像处理的模板匹配过程存在“NP问题”；基于特征对应的方法需要在飞机目标上定义一些特征点，线和形状，但特征信息的衰减会给建立特征和像素之间的对应关系带来很大的困难；基于光流的方法是根据多幅图像的差异来估计飞机运动的瞬时速度，从而估计/跟踪飞机的姿态，但该方法对噪声非常敏感，因而容易引入较大误差。因此，在现有的几何先验知识的情况下，寻找一种简单易行、计算精度高的姿态解算方法是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明技术解决问题：针对现有技术的不足，提供一种利用Hough变换、骨架提取以及投影几何的方法来解算飞机的三维姿态，在现有的先验知识的情况下，利用参考平面的几何特征和像平面投影的已知参数，再结合物面和像面投影的立体几何关系来求解位姿参数，求解过程仅仅是简单的三角几何关系，从而大大减少了计算量，提高了工作效率。

为实现这样的目的，本发明的技术方案：一种飞机三维姿态解算方法，包括如下步骤：

步骤一、图像预处理：采用高斯平滑滤波对待处理图像进行处理，去除噪声的影响，得到滤波后的平滑图像；

步骤二、使用模糊C均值聚类算法FCM(Fuzzy C-Means Cluster)对步骤一得到的平滑后的图像进行分割，获得二值图像；

步骤三、利用Hough变换对步骤二得到的二值图像进行处理，检测出飞机上直线特征明显部分的直线作为该部分的轴线；

步骤四、利用骨架提取的方法对步骤二得到的图像进行处理，提取飞机上的骨架点后，选取一些特征骨架点进行直线拟合，得到的直线作为飞机上该部分的轴线；

步骤五、求出步骤三和四得到的轴线方程，计算这两条轴线的夹角以及矢量角，结合相机参数和相机与飞机的距离信息解算出飞机三维姿态参数。

其中，所述步骤二中，使用模糊C均值聚类算法FCM(Fuzzy C-Means Cluster)对步骤一得到的平滑后的图像进行分割，获得二值图像的方法为：

步骤（21）、初始化：给定聚类类别数C（本发明中C=2），设定迭代停止阈值ε，初始化模糊划分矩阵,迭代次数l=0，模糊加权指数m（本发明中m=2）；

步骤（22）、将U⁽⁰⁾代入式（7），计算聚类中心矩阵V^(l):