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申请/专利权人：中国人民解放军63660部队

摘要：本发明公开一种基于单台高速相机和先验信息的运动目标轨迹测量方法，属于近景摄影测量、机器视觉、目标测量等技术领域。首先标志点布设及单台高速相机调试，对高速相机内外参数进行，之后采用相机记录存储运动目标在预定区域近地着靶阶段的序列图像并获取测量运动目标轨迹的先验信息，然后根据高速相机标定结果、实际落点坐标、运动目标在图像序列上的像点坐标，来计算运动目标在关键帧图像上对应的空间三维坐标，最后根据求得的待定系数集合、空间点三维坐标，结合序列图像时间戳信息，完成确定运动目标在高速相机视场内随时间变化的空间轨迹。对靶区运动目标空间轨迹进行测量，解决了单台高速相机对运动目标近地段空间轨迹无法测量的技术问题。

主权项：1.基于单台高速相机和先验信息的运动目标轨迹测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、标志点布设及单台高速相机调试标志点的布设是为了高速相机的参数标定，调试高速相机确保相机工作正常，将单台高速相机使用帧率记为F；步骤2、高速相机内外参数标定不考虑镜头的非线性畸变，摄影测量共线条件方程为： X,Y,Z为目标点在物方空间坐标系的空间坐标，x,y为该点在像平面坐标系的成像坐标；内参数标定根据出厂参数指标或者内标定法，高速相机的内参数包括镜头焦距f、像元尺寸d、像主点坐标u0,v0；外参数标定根据控制点及相应像点坐标之间变换关系来确定，外参数包括确定相机摄站XS,YS,ZS和描述像平面坐标系在物方坐标系空间姿态的三个角元素，三个角元素确定ai,bi,ci,i＝1,2,3；自行选择高速相机参数标定方法，并存储相机标定参数；步骤3、相机记录存储运动目标在预定区域近地着靶阶段的序列图像；根据高速相机序列图像、结合图像时间戳信息，不妨将着靶时刻图像序号记为0、时间记为t0、对应运动目标像点坐标w0x0,y0、实际落点坐标P0X0,Y0,Z0；着靶前一帧的图像序号为1、时间戳为t1、对应目标像点坐标w1x1,y1、实际空间坐标记为P1X1,Y1,Z1，再往前一帧图像序号为2、时间戳为t2、对应目标像点坐标w2x2,y2、实际空间坐标记为P2X2,Y2,Z2，以此类推，刚进入高速相机视场的一帧图像序号记为n、时间戳为tn、对应目标像点坐标wnxn,yn、实际空间坐标记为PnXn,Yn,Zn，其中时间戳信息满足tn＝t0-nF；步骤4、获取测量运动目标轨迹的先验信息；通过大地测量或者全站仪测量的方式，获取运动目标实际落点坐标P0X0,Y0,Z0，对应上个步骤中的图像序号为0、时间为t0；运动目标在近地段满足一定规律、可参数化描述，这里不妨将运动目标空间轨迹X轴、Y轴、Z轴随时间的变化规律表示为： 其中，MX、MY、MZ为待定系数集合；步骤5、根据高速相机标定结果、实际落点坐标、运动目标在图像序列上的像点坐标，可平差求解出运动目标的空间轨迹待定系数集合，进而计算所有待求空间点的三维坐标，完成运动目标在近地段的空间轨迹测量；由中心投影构像原理，可得共线条件方程另一种表达式 根据标定结果，每个待求空间点和对应像点坐标，可列上述2个方程，n个待求空间点可列2n个方程，所列方程中未知参数仅含待定系数集合，当待定系数总个数小于等于2n时，可平差求解待定系数集合，进而计算所有待求空间点的三维坐标，即完成运动目标近地段的空间轨迹测量。

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