一种匹配区图像的制作方法与流程

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种飞行器数据制作方法，特别涉及一种匹配区图像的制作方法。

背景技术：

下视红外与可见光异源图像匹配定位技术是利用飞行器的红外成像器实时拍摄下方红外图像与预存在飞行器中的可见光匹配区进行匹配，确定红外实时图像在可见光匹配区图像中的位置，实现全天时定位导航目的。因此，如何制作预装在飞行器中的匹配区及相关数据是飞行器实现匹配正确定位的重要环节，也是飞行器航迹规划中数据制作环节的重要组成部分。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对飞行器下视红外成像器无随动系统，提供一套完整的适用于红外与可见光异源图像匹配的下视景象匹配区穿越式制作步骤及方法。使用该方法制作的匹配区数据是指向飞行器航向的，可满足下视红外景象匹配系统在大散布、大飞行高度的匹配区内进行爬升或下降的需求。

本发明提出的解决上述问题的技术方案是：

一种匹配区图像的制作方法，所述方法包括：

步骤1、根据飞行器的飞行方向，将候选图像旋转插值至匹配区图像方向；

步骤2、根据飞行参数，计算匹配区大小；

步骤3、计算匹配区瞄准点位置；

步骤4、根据匹配区大小和瞄准点位置获得匹配区图像。

进一步的，所述匹配区图像方向为：将飞行器的飞行方向作为指北方向。

进一步的，所述旋转插值的方法包括：

首先，新坐标系(旋转后)的建立是以匹配区的左上角点为原点onew，纵轴ynew为匹配区法线的反方向，横轴xnew为垂直于匹配区法线方向，横纵向单位均为实数；旧坐标系(旋转前)的建立是以原始影像图的左上角点为原点oold，横轴xold的正向为东向，纵轴yold的正向为南向；χ为旋转角，逆时针方向为正；o点为给定的旋转中心，其在旧坐标系中的实数坐标为(xo，yo)。

进一步的，所述旋转插值的方法包括：

其次，匹配区图像的旋转是通过逆向旋转坐标系来实现的，所述旋转变换公式为：

xold＝xnew×cos(χ)+(h-ynew)×sin(χ)+x0

yold＝xnew×sin(χ)-(h-ynew)×cos(χ)+y0

其中，(xold，yold)为旧坐标系中像素点的位置，(xnew，ynew)为新坐标系中像素点的位置，h为匹配区高度，χ为旋转角，(xo，yo)为给定的旋转中心o点在旧坐标系中的坐标。

进一步的，所述旋转插值的方法包括：

第三、采用中心浮点表示法进行旋转处理。

进一步的，所述采用中心浮点表示法进行旋转处理包括：

31、将匹配区图像的像素由原始的角点整数表示(x，y)转换为中心浮点表示(x1，y1)；

32、求取新坐标系下的像素在旧坐标系下的位置(x2，y2)；

33、将像素由中心浮点表示(x2，y2)转换为原先的角点整数表示(x3，y3)；

34、采用最近邻或双线性插值，求取角点整数表示的像素(x3，y3)的灰度值。

进一步的，所述步骤2、根据飞行参数，计算匹配区大小；包括

计算匹配区大小的方法如下：

w＝(6×σ+2×h×tan(σ/2+γmax)+δε)/reso

h＝(n×δt×υmax+2×h×tan(β/2+θmax)+δε)/reso

其中，w：匹配区宽度，h：匹配区高度，σ：散布系数；h：飞行高度，γmax：最大滚动角，δε：变化常量；n：匹配区内的采图帧数，δt：采图时间间隔，υmax：飞行速度，β：纵向视场角，θmax：最大俯仰角；reso：匹配区图像分辨率。

进一步的，所述步骤3、计算匹配区瞄准点位置；包括

瞄准点位置的坐标以匹配区中心点为原点，计算公式如下：

xaim＝0

其中，xaim：瞄准点横坐标，yaim：瞄准点纵坐标，σ：散布系数；h：飞行高度，γmax：最大滚动角；n：匹配区内的采图帧数，δt：采图时间间隔，υmax：飞行速度，β：纵向视场角，θmax：最大俯仰角；reso：匹配区图像分辨率。

本发明的有益效果：

本发明的方法针对匹配区图像制作过程中的旋转插值问题，提出有效的算法，确保匹配区图像的制作精度。在匹配区旋转插值处理过程中，旋转变换公式中为实数轴坐标系，但图像像素是离散值，因此在实数轴坐标系中如何表示离散的像素对匹配区的制作精度至关重要。本发明提出的中心浮点表示法满足下视红外景象匹配系统定位的高精度要求。

另外，本发明提供的下视景象匹配区的制作方法具有易操作性、精度高、实用性好的特点，是下视红外景象匹配制导的飞行器不可缺少的重要组成。

附图说明

图1旋转前后采用中心浮点表示法的像素示意图；

图2旋转前后图像新旧坐标系的示意图；

图3采用中心浮点表示法的匹配区旋转处理算法流程示意图；

图4本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本发明的技术方案做进一步详细的解释和说明。

一种匹配区图像的制作方法，所述方法包括：

步骤1、根据飞行器的飞行方向，将候选图像旋转插值至匹配区图像方向；

其中，所述匹配区图像方向为：将飞行器的飞行方向作为指北方向。

所述旋转插值的具体操作如下：

首先，新坐标系(旋转后)的建立是以匹配区的左上角点为原点onew，纵轴ynew为匹配区法线的反方向，横轴xnew为垂直于匹配区法线方向，横纵向单位均为实数。旧坐标系(旋转前)的建立是以原始影像图的左上角点为原点oold，横轴xold的正向为东向，纵轴yold的正向为南向。χ为旋转角，逆时针方向为正。o点为给定的旋转中心，其在旧坐标系中的实数坐标为(xo，yo)。见图2。

其次，匹配区图像的旋转是通过逆向旋转坐标系来实现的。新坐标系中匹配区图像的每个像素位置通过旋转变换公式得到其在旧坐标系的对应位置，见图2。由于经旋转变化后得到的位置坐标不可能均为整数坐标，因此可采用最近邻法或双线性插值法计算此像素的灰度值。下式为旋转变换公式：

xold＝xnew×cos(χ)+(h-ynew)×sin(χ)+x0

yold＝xnew×sin(χ)-(h-ynew)×cos(χ)+y0

其中，(xold，yold)为旧坐标系中像素点的位置，(xnew，ynew)为新坐标系中像素点的位置，h为匹配区高度，χ为旋转角，(xo，yo)为给定的旋转中心o点在旧坐标系中的坐标。

第三、在匹配区旋转插值处理过程中，旋转变换公式中为实数轴坐标系，但图像像素是离散值，本发明采用中心浮点表示法进行旋转处理，即采用像素中心的浮点表示，如0.5,1.5,2.5,…。

采用中心浮点表示法进行旋转处理的方法如下：

首先将待旋转的匹配区图像像素的原始角点从整数表示转化为中心浮点表示，然后代入旋转变换公式，求取新坐标系下像素在旧坐标系中的位置，再将求取得到的像素位置转换回传统的角点表示，最后采用最近邻或双线性插值求取像素位置处的灰度值，具体方法见图3。

31、将匹配区图像的像素(x1，y1)由原始的角点整数表示转换为中心浮点表示，即

x1＝x+0.5；y1＝y+0.5；

32、求取新坐标系下的像素在旧坐标系下的位置(x2，y2)

下式为旋转变换公式：

xold＝xnew×cos(χ)+(h-ynew)×sin(χ)+x0

yold＝xnew×sin(χ)-(h-ynew)×cos(χ)+y0

其中，(xold，yold)为旧坐标系中像素点的位置，(xnew，ynew)为新坐标系中像素点的位置，h为匹配区高度，χ为旋转角，(xo，yo)为给定的旋转中心o点在旧坐标系中的坐标。

33、将像素由中心浮点表示(x2，y2)转换为原先的角点整数表示(x3，y3)，即

x3＝x2-0.5；y3＝y2-0.5；

34、采用最近邻或双线性插值，求取角点整数表示的像素(x3，y3)的灰度值。

步骤2、根据飞行参数，计算匹配区大小；

计算大小的方法如下：

w＝(6×σ+2×h×tan(σ/2+γmax)+δε)/reso

h＝(n×δt×υmax+2×h×tan(β/2+θmax)+δε)/reso

其中，w：匹配区宽度，h：匹配区高度，σ：散布系数；

飞行参数含义为——h：飞行高度，γmax：最大滚动角，δε：变化常量；n：匹配区内的采图帧数，δt：采图时间间隔，υmax：飞行速度，β：纵向视场角，θmax：最大俯仰角；reso：匹配区图像分辨率。

步骤3、计算匹配区瞄准点位置；

瞄准点位置的坐标以匹配区中心点为原点，计算公式如下：

xaim＝0

其中，xaim：瞄准点横坐标，yaim：瞄准点纵坐标，h：飞行高度，γmax：最大滚动角，δε：变化常量；n：匹配区内的采图帧数，δt：采图时间间隔，υmax：飞行速度，β：纵向视场角，θmax：最大俯仰角；reso：匹配区图像分辨率。

步骤4、根据匹配区大小和瞄准点位置获得匹配区图像。

对于旋转插值后的图像，以左上角为原点，向右取匹配区宽度，向左取匹配区高度，截取得到的图像与瞄准点位置合成而得到的图像即为匹配区图像。

上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的技术方案，但并不能构成对权利要求的保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上做任何简单的变形或替换而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。