不稳定平台对空摄像测量系统的现场标定及形变修正方法研究

In experiments such as carrier-based landing training and optical observation in shooting range, videogammetry (optical measurement) equipment is installed on unstable platforms, such as ships and vehicles, to measure the motion parameters of aerial targets. Due to the shaking and deformation of the unstable platform, and no scene information in the field of view of the camera, the calibration and deformation measurement of the surface-to-air videometrics system is quite difficult, which restricts its use condition and application range. This project focuses on the problems of interior parameter calibration, exterior parameter calibration and deformation correction. The research contents are as follows: the interior parameters of camera are calibrated by the collimator, the exterior parameters of camera are calibrated by the dynamic scene points, and the relative deformation of the camera is corrected by the fixed auxiliary camera. Finally, the on-site calibration and deformation correction methods for surface-to-air videometrics system on unstable platform will be established. The research results of this project can be directly used in the fields of aircraft carrier engineering and shooting range test, and promote the development of related engineering technologies, which can play an important role in national defense experiments.

在舰载机着舰训练、靶场目标机动观测等试验中，摄像测量(精密光测)设备安装在舰船和载车等不稳定平台，用于空中目标的运动测量。由于不稳定平台本身存在晃动和形变，且对空像机的视场内无场景信息，导致现场标定和形变修正困难，制约不稳定平台对空摄像测量系统的使用条件和应用范围。本项目从对空像机内参数标定、外参数标定和形变修正三个方面展开研究：利用平行光管标定像机内参数，设计动态场景点标定像机外参数，采用固联辅助像机实时修正像机相对形变。最终形成一套适用于舰船等不稳定平台对空摄像测量系统的现场标定及形变修正解决方案。本项目研究成果将直接用于航母工程和靶场试验等领域，推动相关工程技术发展，在国防试验中可发挥重要作用。

对空摄像测量系统在舰船、载车等不稳定平台上的应用是精密光测的重要领域，而对空像机的标定和形变修正困难制约着不稳定平台对空摄像测量系统的使用条件和应用范围。本项目从平行光管内参数标定、动态场景点外参数自标定和多像机相对形变修正三个方面展开研究，形成了一套适用于不稳定平台对空摄像测量系统的现场标定及形变修正解决方案。项目研究期间共发表学术论文14篇，其中IJCV、IEEE TCYB等SCI论文5篇，CVPR、ICCV和ECCV等光测领域国际顶级会议6篇，论文最高影响因子19.12。授权/申请国家发明专利8项，其中第一发明人6项。本项目达到了项目申请书预期的研究目标。.本研究所取得的具体研究成果有：1) 设计了基于编码标志分划板平行光管标定像机内参数的方法，并采用通用像机模型实现了像机内参数高精度全自动化标定，形成了简单方便、高效实用的像机内参数标定系统；2) 提出了利用动态场景点实现多像机外参数自标定的方法，设计了基于图割优化的动态场景野值点剔除方法和像机外参数全局最优解求解方法，提高了大量同名点对条件下自标定的效率和准确性；3) 提出了利用固联辅助像机修正对空像机相对形变的方法，设计了多种多像机相对位姿估计最小配置解，用于修正对空像机之间的相对形变，维持了不稳定平台对空摄像测量系统的测量精度；4) 本项目提出的不稳定平台上的像机现场标定及形变修正等研究成果，已成功应用于航母工程、靶场测控等国防项目中的大尺度跨度精密光测任务，同时扩展应用于串并联像机网络、大型结构健康监测等领域。