[发明专利]一种基于天文标定的多传感器空间配准方法

摘要

本发明公开了一种基于天文标定的多传感器空间配准方法。使用本发明能够在未严格标定光学系统内参数的情况下，实现多个传感器的空间配准，且还能够分别求取每个传感器及其光学系统的内外参数。本发明利用依巴谷星表获得局部模拟星图，依据四边形对角线的简比不变性和星点坐标构成矩阵的奇异值不变性，将多个传感器获得的观测星图分别与模拟星图进行匹配，利用模拟星图，将星座特征转换为图像传感器中像点之间的特征，获得每个传感器及光学系统的精确内参数(焦距、主点)和外参数(方位角、俯仰角、横滚角)，简化了多个传感器之间的特征提取和匹配识别，且适用于不同模态的传感器之间的空间配准。

主权项

1.一种基于天文标定的多传感器空间配准方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，光电测量设备中的所有传感器同时拍摄同一个指定空域，获得各自的观测星图以及观测星图中各星点的坐标；步骤2，依据光电测量设备的观测时间、观测地点及指向，依据依巴谷星表获取模拟星图；步骤3，针对各观测星图，在观测星图中选择满足如下条件的四边形作为观测四边形：对角线交点位于观测星图中，且主对角线最长；计算所述观测四边形的对角线简比和主对角线长度；所述主对角线为四边形中较长的对角线；步骤4，从模拟星图中所有星点组成的各四边形中，寻找满足以下条件的四边形作为各观测星图对应的比对四边形：(a)对角线交点位于星图内；(b)满足公式：其中，G为各观测星图中观测四边形四个顶点坐标组成的矩阵；H为模拟星图中比对四边形四个定点坐标组成的矩阵；λ₁为加权因子，0≤λ₁≤0.1；cross_i()为四边形中第i条对角线的简比，i＝1,2；dx()为主对角线的长度；步骤5，针对各观测星图，比对步骤3获得的观测星图中观测四边形和步骤4获得的模拟星图中比对四边形，获得两个四边形的中心点偏移、尺度缩放因子和旋转矩阵，即获得观测星图与模拟星图之间的转换关系；从而获得观测星图对应的传感器参数，即传感器的等效焦距、缩放因子、主点偏移和旋转矩阵；步骤6，匹配所有星点：以观测星图的观测四边形主对角线上的两颗星和观测星图中除观测四边形顶点以外的其他任意一颗星，构成一个3颗星坐标矩阵W；以模拟星图的比对四边形主对角线上的两颗星和模拟星图中除比对四边形顶点以外其他任意一颗星，构成一个3颗星坐标矩阵V；当W和V满足公式(2)则判定观测星图中的星和模拟星图中的星为同一颗星，即完成观测星图与模拟星图的星点匹配：其中，式(2)的第一项表示观测星图和模拟星图中星点坐标矩阵W、V的特征值误差的绝对值之和，σ_wi,σ_vi分别为坐标矩阵W和坐标矩阵V的第i个奇异值；第二项表示将模拟星图投影到观测星图星点的坐标偏差；λ₂为加权因子,0≤λ₂≤0.1；C为步骤5求取的旋转矩阵；步骤7，线性优化：以步骤5获得的传感器参数为初始值，以步骤6获得的所有匹配星点为样本，采用Levenberg‑Marquardt优化算法对传感器参数进行优化，其中优化采用的目标函数为：其中，N为观测星图中可识别的星点数目；X_i为模拟星图中星点坐标[x_i y_i f₀]；X′_i为观测星图中星点坐标[x′_i y′_i f′₀]；s为缩放因子；C为旋转矩阵；(u₀,v₀)为主点偏移；步骤8，根据步骤7获得的优化后的各传感器参数，以及各传感器观测星图与模拟星图之间的转换关系，得到各传感器观测星图之间的转换关系，进而实现多传感器的空间配准。