[发明专利]一种基于光学成像传感器内外参数的图像配准方法

摘要

本发明公开了一种基于光学成像传感器内外参数的图像配准方法，包含以下步骤：步骤一、将第一光学成像传感器获得的待配准图像的像素坐标S(u₁,v₁)转换到世界坐标S(^WX,^WY,^WZ)；步骤二、以第二光学成像传感器获取的基准图像的像素坐标系为参数，将待配准图像的世界坐标S(^WX,^WY,^WZ)转换至成基准图像的像素坐标系下的像素坐标S(u₂,v₂)；步骤三、将位于同一像素坐标系下的基准图像与待配准图像通过取整和插值后获得最终的配准图像。本发明降低了配准算法的计算复杂度、提高算法鲁棒性、有效解决异源图像之间的配准问题。

主权项

一种基于光学成像传感器内外参数的图像配准方法，包含以下步骤：步骤一、将第一光学成像传感器获得的待配准图像的像素坐标S(u₁,v₁)转换到世界坐标S(^WX,^WY,^WZ)：$\left[\begin{array}{c}{}^{W}X\\ {}^{W}Y\\ {}^{W}Z\\ 1\end{array}\right]={{}^{C}Z}_1{M}_{11}^{-1}{M}_{12}{M}_{13}^{-1}\left[\begin{array}{c}{u}_1\\ v_1\\ 1\end{array}\right]$其中，^CZ₁为点S到第一光学传感器的坐标原点的距离，$M_{11}={\left[\begin{array}{cc}{R}_1& T_1\\ 0^T& 1\end{array}\right]}_{4\×4}$$M_{12}={\left[\begin{array}{ccc}{f}_1^{-1}& 0& 0\\ 0& f_1^{-1}& 0\\ 0& 0& 1\\ 0& 0& \frac{1}{{{}^{C}Z}_1}\end{array}\right]}_{4\×3}$$M_{13}={\left[\begin{array}{ccc}{s}_{1x}& 0& u_{10}\\ 0& s_{1y}& v_{10}\\ 0& 0& 1\end{array}\right]}_{3\×3}$f₁为第一光学传感器的焦距，(u₁₀,v₁₀)为待配准图像的物理坐标原点的像素坐标，s_1x,s_1y为待配准图像单位长度像素个数，R₁是利用第一光学成像传感器的姿态信息计算的旋转坐标，为$R_1=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\γ}}_1& 0& -{\mathrm{sin\γ}}_1\\ 0& 1& 0\\ {\mathrm{sin\γ}}_1& 0& {\mathrm{cos\γ}}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cos\β}}_1& {\mathrm{sin\β}}_1\\ 0& -{\mathrm{sin\β}}_1& {\mathrm{cos\β}}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\α}}_1& -{\mathrm{sin\α}}_1& 0\\ {\mathrm{sin\α}}_1& {\mathrm{cos\α}}_1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$α₁、β₁、γ₁分别为第一光学成像传感器相对于世界坐标系的方位角、俯仰角、横滚角，T₁是世界坐标系原点到第一光学成像传感器的平移矢量，为$T_1=\left[\begin{array}{c}{{}^{W}x}_1\\ {{}^{W}y}_1\\ {{}^{W}z}_1\end{array}\right]$O₁(^Wx₁,^Wy₁,^Wz₁)为第一光学成像传感器在世界坐标系的位置向量；步骤二、以第二光学成像传感器获取的基准图像的像素坐标系为参数，将待配准图像的世界坐标S(^WX,^WY,^WZ)转换至成基准图像的像素坐标系下的像素坐标S(u₂,v₂):$\left[\begin{array}{c}{u}_2\\ v_2\\ 1\end{array}\right]=\frac{1}{{{}^{C}Z}_2}{M}_{24}{M}_{21}\left[\begin{array}{c}{}^{W}X\\ {}^{W}Y\\ {}^{W}Z\\ 1\end{array}\right]$其中，^CZ₂为点S到第二光学成像传感器坐标原点的距离，$M_{24}={\left[\begin{array}{cccc}{f}_2{s}_{2x}& 0& u_{20}& 0\\ 0& f_2{s}_{2y}& v_{20}& 0\\ 0& 0& 1& 0\end{array}\right]}_{3\×4}$$M_{21}={\left[\begin{array}{cc}{R}_2& T_2\\ 0^T& 1\end{array}\right]}_{4\×4}$f₂为第二光学成像传感器的焦距，(u₂₀,v₂₀)为基准图像物理坐标原点的像素坐标，s_2x,s_2y为基准图像单位长度像素个数，R₂是利用第二光学成像传感器的姿态信息计算的旋转坐标，为$R_2=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\γ}}_2& 0& -{\mathrm{sin\γ}}_2\\ 0& 1& 0\\ {\mathrm{sin\γ}}_2& 0& {\mathrm{cos\γ}}_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& {\mathrm{cos\β}}_2& {\mathrm{sin\β}}_2\\ 0& -{\mathrm{sin\β}}_2& {\mathrm{cos\β}}_2\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\α}}_2& -{\mathrm{sin\α}}_2& 0\\ {\mathrm{sin\α}}_2& {\mathrm{cos\α}}_2& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],$α₂、β₂、γ₂分别为第二光学成像传感器相对于世界坐标系的方位角、俯仰角、横滚角，T₂是世界坐标系原点到第二光学成像传感器的平移矢量，为$T_2=\left[\begin{array}{c}{{}^{W}x}_2\\ {{}^{W}y}_2\\ {{}^{W}z}_2\end{array}\right],$O₂(^Wx₂,^Wy₂,^Wz₂)为第二光学成像传感器在世界坐标系的位置向量；步骤三、将位于同一像素坐标系下的基准图像与待配准图像通过取整和插值后获得最终的配准图像。