一种基于惯导信息的长线列红外电子稳像方法

摘要

本发明公开了一种基于惯导信息的长线列红外电子稳像方法，方法包括以下步骤：获取每一帧长线列红外图像的像素值，由光电码盘得到的载体坐标系下的方位、俯仰角，实时姿态角信息；将原红外图像中每一个像素点在载体坐标系下的方位、俯仰角转换为地理坐标系下的方位、俯仰角，并采用角度线性插值策略进行快速求解；确定目标红外图像下的方位、俯仰角取值范围；建立原红外图像和目标红外图像的坐标映射关系；采用邻近插值方法进行图像的初步复原；在目标红外图像中以缺失像素的位置为中心，利用局部窗口内的像素中值替代该点像素值，实现图像的进一步复原，完成稳像。本发明的优点在于，无需复杂硬件，提高稳像精度，操作简单，方便快捷。

主权项

一种基于惯导信息的长线列红外电子稳像方法，其特征在于包括以下步骤：(1)获取每一帧长线列红外图像的像素值，由光电码盘得到的载体坐标系下的方位、俯仰角，由惯导设备采集的实时姿态角信息：姿态角包括偏航角H、俯仰角P和横滚角R；(2)将原红外图像中每一个像素点在载体坐标系下的方位、俯仰角转换为地理坐标系下的方位、俯仰角，并采用角度线性插值策略进行快速求解，具体步骤如下：(2‑1)原红外图像的行数记为row，列数记为col，方位总视场记为arange，俯仰总视场记为erange，通过转换矩阵T将位于第i行第j列的像素点在载体坐标系下的方位角a1(i,j)、俯仰角e1(i,j)转换为地理坐标系下的方位角a2(i,j)、俯仰角e2(i,j)，此时i＝1,row，j＝1,2,...col，转换关系如下：$\left[\begin{array}{c}\cos e2(i,j)·\sin a2(i,j)\\ \cos e2(i,j)·\cos a2(i,j)\\ \sin e2(i,j)\end{array}\right]=T\left[\begin{array}{c}\cos e1(i,j)·\sin a1(i,j)\\ \cos e1(i,j)·\cos a1(i,j)\\ \sin e1(i,j)\end{array}\right]---\left(1\right)$转换矩阵T定义如下：$T=\left[\begin{array}{ccc}\cos H\cos R+\sin H\sin P\sin R& \cos P\sin H& \cos H\sin R-\cos R\sin H\sin P\\ -\cos R\sin H+\cos H\sin P\sin R& \cos H\cos P& -\sin H\sin R-\cos H\cos R\sin P\\ -\cos P\sin R& \sin P& \cos P\cos R\end{array}\right]---\left(2\right)$(2‑2)采用角度线性插值公式求解位于第i行第j列的像素点在地理坐标系下的方位角a2(i,j)、俯仰角e2(i,j)，此时i＝2,3,...,row‑1，j＝1,2,...,col，角度线性插值公式如下：$a2(i,j)=a2(1,j)+\frac{[a2(row,j)-a2(1,j)]}{(row-1)}\times (i-1)---\left(3\right)$$e2(i,j)=e2(1,j)+\frac{[e2(row,j)-e2(1,j)]}{(row-1)}\times (i-1)---\left(4\right)$(3)确定目标红外图像下的方位角取值范围amin～amax，俯仰角取值范围emin～emax，其中，amin、amax、emin、emax分别为目标红外图像下的方位角最小值、方位角最大值、俯仰角最小值、俯仰角最大值，具体步骤如下：分别为amin和emin指定一个初值，其中，amin取在0°～360°范围内且满足条件amin+arange≤360°的任意一个值，emin取在‑90°～90°范围内且满足条件‑90°≤emin+erange≤90°的任意一个值；按以下公式确定amax和emax，amax＝amin+arange                       (5)emax＝emin+erange                       (6)其中，目标红外图像的行数、列数、方位总视场、俯仰总视场分别与原红外图像的行数、列数、方位总视场、俯仰总视场保持一致；(4)建立原红外图像和目标红外图像的坐标映射关系，具体步骤如下：将原红外图像中位于第i行第j列的像素点在地理坐标系下的方位角a2(i,j)、俯仰角e2(i,j)映射为目标红外图像坐标系下的横坐标mapx(i,j)和纵坐标mapy(i,j)，此时i＝1,2,...,row,j＝1,2,...,col，映射公式如下：$mapx(i,j)=\frac{[a2(i,j)-a\min ]\times col}{arange}---\left(7\right)$$mapy(i,j)=row-\frac{[e2(i,j)-e\min ]\times row}{erange}---\left(8\right)$(5)根据步骤(4)得到的原红外图像和目标红外图像的坐标映射关系，采用邻近插值方法进行图像的初步复原，具体步骤如下:(5‑1)原红外图像中的最小像素值记为min‑pixel，对目标红外图像中第m行第n列的像素值pixel2(m,n)和标志位flag(m,n)进行初始化赋值，即pixel2(m,n)＝min‑pixel，flag(m,n)＝1，此时m＝1,2,...,row，n＝1,2,...,col；(5‑2)对原红外图像中第i行第j列的像素点横坐标mapx(i,j)和纵坐标mapy(i,j)进行向下取整数得到m和n，其中表示向下取整的符号，此时i＝1,2,...,row，j＝1,2,...,col，如果以下条件：m≥1，m≤row，n≥1，n≤col同时满足，则目标红外图像中第m行第n列的像素值pixel2(m,n)等于原红外图像中第i行第j列的像素值pixel1(i,j)，即pixel2(m,n)＝pixel1(i,j)，flag(m,n)＝0；(5‑3)对目标红外图像中第m行第n列的标志位flag(m,n)进行判断，如果满足条件flag(m,n)＝1，则继续执行步骤(6)，这里m＝1,2,...,row，n＝1,2,...,col；(6)在目标红外图像中以缺失像素的位置为中心，选取行数为rsize，列数为csize的局部窗口，利用局部窗口内像素的中值mid‑pixel替代该点的像素值，实现图像的进一步复原，完成稳像。