[发明专利]一种用于多目偏振视觉的航向角求解方法

权利要求书

1.一种用于多目偏振视觉的航向角求解方法，其特征在于包括以下几个步骤：

(1)求解天空偏振度的梯度信息，识别剔除偏振图像中的遮挡障碍区域，建立偏振光定向模型；

步骤(1)通过以下步骤实现：

1)求解偏振度的梯度信息

由多目偏振视觉传感器获取的偏振信息，包含偏振角β(i,j)和偏振度χ(i,j)，偏振度的梯度求解方法为：

式中，grad(·)表示梯度值，(i,j)表示像素位置；

2)识别偏振图像中的天空与非天空区域，按照如下规则剔除偏振图像中的遮挡障碍区域根据每个像素的梯度信息，剔除规则如下：

式中，Sky表示天空区域，non-Sky表示非天空区域，ε为梯度阈值，取值范围0.02～0.07；

3)利用天空区域的偏振信息，建立偏振光定向模型

偏振光的定向模型为：

[v_l×]^-1v_p＝λKx_s (3)

式中，x_s＝[sin(ψ+δ_s) cos(ψ+δ_s) 1]^T，ψ为航向角，δ_s为太阳方位角，v_p为偏振光的E矢量方向的单位矢量，v_l为观测散射光方向的单位矢量，K为太阳矢量的变换矩阵，λ为常数；

(2)建立求解航向角的目标优化函数，并利用全局最小二乘法求解航向角；

步骤(2)通过以下步骤实现：

1)利用天空区域多测量点的偏振角信息建立的定向方程为：

式中，J和D为相关测量矩阵与向量，R和r为测量噪声；

2)建立求解航向角的目标优化函数

令F＝[-D J]，y＝[1 cos(ψ+δ_s) sin(ψ+δ_s)]^T，则求解航向角的目标优化函数为：

min||Fy||²＝miny^TF^TFy (5)

s.t.y^Ty＝2 (6)

3)利用全局最小二乘法求解航向角

根据全局最小二乘可知，上述目标函数的最优解y^*为矩阵F^TF的最小特征值对应的特征向量，则载体的航向角为：

ψ＝arctan(y^*(3)/y^*(2))-δ_s (7)

式中，y^*(·)表示组成向量y^*的单个元素。