FAST馈源舱的静态定标和动态跟踪

每个特征点分别在左右两个摄像机中投影，投影坐标满足如下关系式：

    式中：(１＋ｋｌ１ｒ２＋ｋｌ２ｒ４)和(１＋ｋｒ１ｒ２＋ｋｒ２ｒ４)分别为左右摄像机镜头沿径向的畸变程度，(ｘｌ,ｙｌ)、(ｘｒ,ｙｒ)分别是左右摄像机镜头的光心坐标，Ａｌ１,…,Ａｌ１１、Ａｒ１,…,Ａｒ１１分别是测量点在左右两摄像机的投影坐标变换参数。

采用静态定标的方法确定式（２ａ）、（２ｂ）中的未知参数。测量系统静态定标的原理是：在地面上合适位置（坐标已知）安置两架电子经纬仪，并在馈源舱的工作空间区域选择测量点，利用经纬仪测量若干位置特征点的俯仰角和方位角，通过坐标几何变换确定这些点的世界坐标（ｘ，ｙ，ｚ），并认为是实际坐标。同时记下它们在摄像机中相应的图像坐标（ｕ，ｖ），这里需注意对应关系。把世界坐标与相应投影坐标代入式（２ａ）、（２ｂ）中，用最小二乘法求解超静定方程组，确定未知参数。

确定空间坐标变换矩阵后需进行静态检测，即通过经纬仪测量一些静态特征点的坐标，与ＣＣＤ静态测量结果比较，计算静态定标的ｒｍｓ误差。若不满足精度要求，则重新定标直至满足。

静态定标后即可对特征点进行动态跟踪。其跟踪原理是基于面积的边沿提取跟踪算法?眼５?演。每部摄像机读取并确定其中两个特征点在ＣＣＤ靶面的投影坐标，得到三特征点在摄像机中的六个投影坐标后，根据投影坐标的位置关系与特征点附近区域在靶面投影区域的相关性，确定每个特征点在其对应的两摄像机靶面的投影坐标，再采用双目定位法得到它们的世界坐标。例如摄像机３和１可同时对目标点ａ进行测量跟踪，摄像机１在ｔ时刻采集到图像的左特征点ａｔ附近方形区域作为模板ＴＲｔ，摄像机３在ｔ时刻采集到图像的右特征点ａｔ附近方形区域作为模板ＴＬｔ，实现两幅图的配准。然后分别以ＴＬｔ和ＴＲｔ为模板，在ｔ＋１时刻两摄像机３、１采集的两幅图像中搜索有相似灰度值分布的ＴＬｔ＋１和ＴＲｔ＋１（如图３）。判断此两模板是否满足最大相关性，若满足，则认为两模板的中心点就是摄像机动态跟踪目标点的投影；否则继续搜索特征区域，直至满足。

两模板最相似需满足的最大相关性条件是：当

最小时，左右模板中的特征点匹配。

动态跟踪测量给出馈源舱三只索耳Ｃ１、Ｃ２和Ｃ３的直角坐标（ｘ１,ｙ１,ｚ１），（ｘ２,ｙ２,ｚ２）和（ｘ３,ｙ３,ｚ３）。采用下述方法反算馈源舱的位置与姿态。因索耳均布在舱体底圆上（如图２），则底圆中心Ｏ１的直角坐标为：

ｘＯ１＝(ｘ１＋ｘ２＋ｘ３)／３, ｙＯ１＝(ｙ１＋ｙ２＋ｙ３)／３,ｚＯ１＝(ｚ１＋ｚ２＋ｚ３)／３   (４)

设舱体底圆中心Ｏ１与顶端Ｏ２的连线为舱体对称轴Ｚ１的单位矢量k１，则:

其中C１C２、C１C３分别表示索耳Ｃ１指向Ｃ２和Ｃ３的矢量。所以馈源舱的方位角α与俯仰角γ为：

α＝ａｒｃｔａｎｋ１ｙ／ｋ１ｘ (６ａ) γ＝ａｒｃｃｏｓｋ１ｚ (６ｂ)

３ 实验数据分析

为了准确得到定标的精度，采用检测发光二极管的方法。检测时间选在夜间，这样做有利于经纬仪精确地测量目标。表１给出了１１个坐标检测结果（馈源舱速