專利名稱：一種高動態二維姿態角測量方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及姿態角測量技術，尤其涉及一種高動態二維姿態角測量方法和系統。
背景技術：
在機械制造、航空、航天、國防、建筑等部門中，姿態角是需要確定的重要物理量。 所謂姿態角，是指物體相對于參照物的空間方位角。在諸多姿態角測量方法中，以圓光柵法 和環形激光法為代表的光學測角方法雖然精度較高，但對硬件條件要求苛刻，且只限于一 維角度測量。申請號為200910093664的發明專利“一種二維姿態角的測量方法和系統”提 出了一種輕小型大量程度二維姿態角測量方法和系統。在該方法中，通過以平行準直光源 為基準光源，具有多個不對稱的陣列小孔的針孔光闌作為光學系統，在圖像傳感器四周設 置一組高精度平面反射鏡，將平行準直光源的大角度平行入射光通過針孔光闌，經過平面 反射鏡的反射后投射在圖像傳感器成像面上形成光斑，計算光斑質心在成像面的平面直角 坐標系上的坐標，并根據各陣列小孔的中心坐標和預先設定的系統焦距，通過三角幾何的 方法計算出光線的二維姿態角。現有技術中對姿態角的測量，都是將整幅圖像數據通過接口單元傳輸到上位機， 由上位機實現系統建模、光斑的質心計算、光斑正反識別和姿態角計算等，如此進行全幀數 據傳輸和處理，所需傳輸和處理的數據量大、處理時間長，使得測量系統動態性能比較低。
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種高動態二維姿態角測量方法和系統， 實現高動態的二維姿態角測量，極大減少了傳輸的數據量及后續系統的處理數據量，減輕 了處理負擔。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的本發明提供了一種高動態二維姿態角測量方法，包括根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成像面上的一個光斑的質心坐 標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的位置；在下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成像面時，根據圖像傳感器 成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值計算各光斑的質心坐標， 并根據所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態角。該方法進一步包括在測量開始的第一時刻和第二時刻，對整個圖像傳感器成像 面進行逐行掃描，計算第一時刻和第二時刻各個光斑的質心坐標，并根據第二時刻各個光 斑的質心坐標的間距設置自適應動態預測窗的左上角坐標及自適應動態預測窗的大小。上述方案中，所述預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的位置， 為選取任意一個光斑的質心坐標，對自適應動態預測窗在第二時刻以后的每一時刻的左 上角坐標都根據所選光斑當前時刻和前一時刻的質心坐標變化進行預測；所述根據所選光斑前兩時刻的質心坐標變化進行預測具體為將當前時刻自適應動態預測窗的左上角坐標加上所選光斑的質心坐標變化得到下一時刻自適應動態預測窗 的左上角坐標。上述方案中，所述根據圖像傳感器成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰 度值及像素坐標值計算各光斑的質心坐標，為根據圖像傳感器成像面上所述自適應動態 預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值，采用并行流水的方式計算各光斑的質心坐標。上述方案中，該方法進一步包括在根據所述各光斑的質心坐標計算二維姿態角 之前，根據各光斑的相對位置排列關系和距離關系對正射光斑和反射光斑進行識別，計算 反射光斑映射到虛擬擴展的成像面內的質心坐標。上述方案中，所述根據所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態角，為對 針孔光闌、平面反射鏡和圖像傳感器成像面進行系統建模，為圖像傳感器成像面建立平面 直角坐標系的同時增加ζ軸，由ζ軸體現預先設定的系統焦距，將所述各光斑的質心坐標和 所述系統焦距通過三角幾何運算得到入射光線的二維姿態角。本發明還提供了一種高動態二維姿態角測量系統，包括成像與預處理單元、計算 機處理單元；其中，成像與預處理單元，用于根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成像面 上的一個光斑的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的位 置；在下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成像面時，根據圖像傳感器成像面 上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值計算各光斑的質心坐標，并將得 到的各光斑的質心坐標傳送到計算機處理單元；計算機處理單元，用于根據所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態角。上述方案中，所述成像與預處理單元包括圖像傳感器、自適應動態預測窗單元、 質心計算單元；其中，圖像傳感器，用于將各光斑成像區域的光信號轉換為電信號顯示到圖像傳感器成 像面上；自適應動態預測窗單元，用于根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成 像面上的一個光斑的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗 的位置，并將所述自適應動態預測窗的位置通知質心計算單元；質心計算單元，用于在所述下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成 像面時，根據圖像傳感器成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值 采用并行流水的方式計算各光斑的質心坐標，并將各光斑的質心坐標分別發送到自適應動 態預測窗單元和計算機處理單元。上述方案中，所述成像與預處理單元進一步包括光斑正反識別單元，用于根據各 光斑的相對位置排列關系和距離關系對正射光斑和反射光斑進行識別，計算反射光斑映射 到虛擬擴展的成像面內的質心坐標，并將正射光斑的質心坐標和反射光斑映射到虛擬擴展 的成像面內的質心坐標發送到計算機處理單元；圖像傳感器驅動單元，用于對圖像傳感器 進行驅動。上述方案中，所述計算機處理單元，包括系統建模單元、姿態角計算單元，其中，系 統建模單元，用于對針孔光闌、平面反射鏡和圖像傳感器成像面進行系統建模，為圖像傳感 器成像面建立平面直角坐標系的同時增加ζ軸，由ζ軸體現預先設定的系統焦距；姿態角計算單元，用于將所述各光斑的質心坐標和預先設定的系統焦距通過三角幾何運算得到入射 光線的二維姿態角。本發明提供的一種高動態二維姿態角測量方法和系統，根據當前時刻和前一時刻 入射光線在圖像傳感器成像面上的一個光斑的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成 像面上自適應動態預測窗的位置；在下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成 像面時，根據圖像傳感器成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值 計算各光斑的質心坐標，并根據所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態角；如此， 能夠實現高動態的二維姿態角測量，極大減少了傳輸的數據量及后續處理的數據量，減輕 了系統的處理負擔。
圖1為本發明實現高動態二維姿態角測量方法流程的示意圖；圖2為本發明的自適應動態預測窗位置預測的示意圖；圖3為現有技術中像素處理的時序示意圖；圖4為本發明中像素處理的時序示意圖；圖5為本發明中將反射光斑的質心坐標按反射模式映射到虛擬擴展成像面的示 意圖；圖6為本發明實現高動態二維姿態角測量系統結構的示意圖。
具體實施例方式本發明的基本思想是根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成像面 上的一個光斑的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的位 置；在下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成像面時，根據圖像傳感器成像面 上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值計算各光斑的質心坐標，并根據 所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態角。下面通過附圖及具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。本發明實現高動態二維姿態角測量方法，如圖1所示，該方法包括以下幾個步驟步驟101 根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成像面上的一個光斑 的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的位置；具體的，在二維姿態角的測量中，平行準直光源的入射光線通過不對稱的多孔針 孔光闌在圖像傳感器成像面上得到多個光斑，在測量開始的第一時刻和第二時刻，對整個 圖像傳感器成像面進行逐行掃描，計算第一時刻和第二時刻各個光斑的質心坐標，并根據 第二時刻各個光斑的質心坐標的間距設置自適應動態預測窗的左上角坐標及自適應動態 預測窗的大小，所述自適應動態預測窗包含并大于所述各個光斑的成像區域，以保證下一 時刻的自適應動態預測窗仍可以包含各個光斑的成像區域；在預測時，只需選取其中一個 光斑的質心坐標，對自適應動態預測窗在第二時刻以后的每一時刻的左上角坐標都根據所 選光斑當前時刻和前一時刻的質心坐標變化進行預測，由于每一時刻的曝光時間很短，在 這么短的時間里光斑的運動可以看作是勻速直線運動，如圖2所示，假設不對稱的多孔針 孔光闌為三孔針孔光闌，圖像傳感器成像面的大小為IOMX IOM，在第二時刻設置的自適應動態預測窗的大小為200X200，得到所選光斑當前時刻的質心坐標(x。2，y。2)、當前時刻 自適應動態預測窗的左上角坐標(x2，y2)和前一時刻的質心坐標(χ。”、)，則所選光斑的質 心坐標變化為χ方向的位移和方向為AXl、y方向的位移和方向為Ay1，如公式(1)所示；Ax1 = Xc2-XclΔ Υι = yc2-ycl(1)將當前時刻自適應動態預測窗的左上角坐標(X2，y2)加上所選光斑的質心坐標變 化Δ Xl和Ay1得到下一時刻自適應動態預測窗的左上角坐標(x3，y3)，如公式(2)所示。X3 = X2+ Δ X1(2)y3 = y2+ Δ Y1進一步的，在測量開始之前，本步驟還包括在圖像傳感器成像面建立平面直角坐 標系，可以設定針孔光闌中心到圖像傳感器成像面的垂直點為平面直角坐標系的原點，或 者，設定圖像傳感器成像面的右上角為平面直角坐標系的原點。步驟102 在下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出圖像傳感器成像面時，根 據圖像傳感器成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值計算各光 斑的質心坐標；具體的，在下一時刻，根據所述自適應動態預測窗的左上角坐標和大小，確定沒有 超出圖像傳感器成像面時，根據圖像傳感器成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰 度值和像素坐標值，采用并行流水的方式計算各光斑的質心坐標；所述采用并行流水的方式計算各光斑的質心坐標，具體是基于四連通域分割 和一階矩質心算法，通過逐行讀取圖像傳感器成像面上所述自適應動態預測窗內的各像 素灰度值F(x，y)和像素坐標值(X，y)，根據四連通域分割的原理對灰度大于閾值的像
"ι ηJii η
素做標記，并根據這些標記區分各個光斑和累加各個光斑的ΣΣ汽ΣΣ八χ，3^和 ΣΣ^'^)這里假設一個光斑的成像區域為M行N列，然后根據公式(3)得到各光斑的質
jr=l .v=i
心坐標。
‘〃 “ι" η
Σ Σ f^x'^
_ χ=1 少=1_ jc=1 y-\xO = , yo = m η
YTuF(^y) Σ Σ吵，力
JC=I y=l,X=I _ν=1( 3 )式中，X0, Y0是求得的光斑質心坐標；X，y是像素的坐標；F(x，y)是χ行y列像素 的灰度值。現有技術中，上述方法中對一個像素的讀入數據、標志判斷和數據累加是在同一 個時鐘周期內完的，如圖3所示，如此會導致時序緊張，系統可運行的最高時鐘頻率較低， 所述讀數據入即為讀取像素灰度值F(x，y)和坐標值(x，y)，所述標志判斷即為上述的對灰 度大于閾值的像素做標記，根據這些標記區分各個光斑，所述數據累加即為上述的累加各
"ι ηin ηm n
個光斑的Σ Σ f^ Σ Σ F(x，州和Σ Σ y)
ΛΓ=Ι ι>=|X=I ι· = 1X=I μ=|
9ο為提高系統的最高可運行頻率，本發明采用流水線結構實現上述方法的讀入數 據、標志判斷和數據累加，如圖4所示，將每一個像素的讀入數據、標志判斷和數據累加分別占用一個時鐘周期，并在執行標志判斷的同時，進行下一個像素的讀入數據。這樣，從總 體上看，每個像素而言仍是按讀入數據、標志判斷、數據累加的順序來執行的，因此其功能 與并行計算是一致的，只是其功能是通過流水方式實現的，而在同一個時鐘周期內也并行 的進行讀入數據、標志判斷和數據累加，只是其對象均不一樣，如讀入數據3的同時對數據 2進行標志判斷，對數據1進行數據累加，采用這種結構后，綜合后系統的最高可運行時鐘 頻率可以大大的提高，一般由原來的43MHz左右提高到60MHz左右，使得系統的總體性能得 到較大的提高。進一步的，本步驟中根據所述自適應動態預測窗的左上角坐標和大小，確定超出 圖像傳感器成像面時，根據圖像傳感器成像面上各像素的灰度值及像素坐標值計算各光斑 的質心坐標。步驟103 根據所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態角；具體的，對針孔光闌、平面反射鏡和圖像傳感器成像面進行系統建模，為圖像傳感 器成像面建立平面直角坐標系的同時增加ζ軸，由ζ軸體現針孔光闌到圖像傳感器成像面 的距離，即預先設定的系統焦距，將所述各光斑的質心坐標和所述系統焦距通過三角幾何 運算得到入射光線的二維姿態角；所述預先設定的系統焦距為針孔光闌位置與圖像傳感器 成像面的距離；進一步的，本步驟在根據所述各光斑的質心坐標計算二維姿態角之前，還包括根 據各光斑的相對位置排列關系和距離關系對正射光斑和反射光斑進行識別，計算反射光斑 映射到虛擬擴展的成像面內的質心坐標；例如測量系統采用三孔針孔光闌，通過步驟102得到光斑A、B、C的質心坐標的 橫坐標和縱坐標分別以^、&、Xc和yA、yB、yc表示，針孔光闌小孔間距600 μ m投影在成像面 上的像素距離以DapCT表示，Dxab表示光斑A、B的橫坐標距離I χΑιΒ I，Dyec表示光斑B、C的縱 坐標距離|ye-yBl。通過如下兩個識別條件，對光斑的正射、反射模式進行識別(1)光斑相對位置排列關系是否滿足Xk < xB,以及< yB。(2)光斑距離關系是否滿足Dxab = Daper,以及DyBC = Daper。如果條件(1)和(2)同時滿足，即Dxab = Daper, DyBC = Daper,且 ^ < xB, yc < yB，則 判斷三個光斑全部為正射光斑，直接以質心坐標計算二維姿態角；如果條件(1)和⑵不能同時滿足，則三個光斑中必然涉及了反射光斑，這時需要 進行虛擬坐標擴展，將反射光斑的質心坐標按反射模式映射到虛擬擴展成像面上。根據條件(1)和O)，可以將光線反射分為三種模式，模式1:條件⑴符合，條件(2)不符合光斑仍滿足^Ca <XB，y。<yB，但Dxab < D ·
"aper，模式2:條件⑴不符合，條件(2)符合光斑不滿足^Ca <xB，yc<yB，變為χΑ> Xb，但滿足 DXAB = Daper ；模式3 條件(1)和條件(2)均不符合光斑不滿足xA < xB, yc < yB，變為xA > xB,
同時 DXAB < Daper ；下面以入射光線被成像面右邊沿設置的反射鏡反射為例，其他三個面的反射情況 可以同理得出。如圖5所示，圖5中的黑色區域表示CMOS圖像傳感器的原始成像面，灰色 外圈部分示意經過反射鏡擴展后的虛擬成像面。
以模式1為例，條件(1)符合，條件(2)不符合光斑仍滿足^ <xB，y。<yB，但 Dxab < Daper,如圖5所示錯誤！未找到引用源。，光斑B和光斑C被成像面右邊緣設置的反射 鏡反射，光斑A正射，所以Dxab < Daper0映射方法為將光斑B和光斑C按成像面右邊沿鏡像， 映射到虛擬成像面上，得到光斑B和光斑C在虛擬擴展的成像面內的質心坐標，以所述在虛 擬擴展的成像面內的質心坐標計算二維姿態角。根據上述模式1的舉例，模式2與模式3可以同理得到，這里不一一詳述。為了實現上述方法，本發明還提供一種高動態二維姿態角測量系統，如圖6所示， 該系統包括成像與預處理單元61、計算機處理單元62 ；其中，成像與預處理單元61，用于根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成像 面上的一個光斑的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的 位置；在下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成像面時，根據圖像傳感器成像 面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值計算各光斑的質心坐標，并將 得到的各光斑的質心坐標傳送到計算機處理單元62 ；計算機處理單元62，用于根據所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態 角；所述成像與預處理單元61包括圖像傳感器611、自適應動態預測窗單元612、質 心計算單元613;其中，圖像傳感器611，用于將各光斑成像區域的光信號轉換為電信號顯示到圖像傳感 器成像面上；自適應動態預測窗單元612，用于根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感 器成像面上的一個光斑的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預 測窗的位置，并將所述自適應動態預測窗的位置通知質心計算單元613 ；質心計算單元613，用于在所述下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器 成像面時，根據圖像傳感器成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標 值采用并行流水的方式計算各光斑的質心坐標，并將各光斑的質心坐標分別發送到自適應 動態預測窗單元和計算機處理單元；所述成像與預處理單元61進一步包括光斑正反識別單元614，用于根據各光斑 的相對位置排列關系和距離關系對正射光斑和反射光斑進行識別，計算反射光斑映射到虛 擬擴展的成像面內的質心坐標，并將正射光斑的質心坐標和反射光斑映射到虛擬擴展的成 像面內的質心坐標發送到計算機處理單元62 ；所述成像與預處理單元61進一步還包括圖像傳感器驅動單元615，用于對圖像 傳感器611進行驅動；所述成像與預處理單元61進一步還包括接口單元616，用于與計算機處理單元 連接進行數據傳輸。所述計算機處理單元62，包括系統建模單元621、姿態角計算單元622，其中，系統建模單元621，用于對針孔光闌、平面反射鏡和圖像傳感器成像面進行系統建 模，為圖像傳感器成像面建立平面直角坐標系的同時增加ζ軸，由ζ軸體現針孔光闌到圖像 傳感器成像面的距離，即預先設定的系統焦距；姿態角計算單元622，用于將所述各光斑的質心坐標和預先設定的系統焦距通過三角幾何運算得到入射光線的二維姿態角。上述的成像與預處理單元61可以由現場可編程門陣列(FPGA， Field-Programmable Gate Array)并行實現。通過本發明的方法，采用自適應動態預測窗實現高幀頻光斑成像，并采用高速并 行流水圖像處理技術，極大的減少計算及傳輸的數據量，減輕系統的處理負擔，提高系統處 理速度，實現高動態的二維姿態角測量。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍，凡在 本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護 范圍之內。
權利要求
1.一種高動態二維姿態角測量方法，其特征在于，該方法包括根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成像面上的一個光斑的質心坐標變 化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的位置；在下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成像面時，根據圖像傳感器成像 面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值計算各光斑的質心坐標，并根 據所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態角。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括在測量開始的第一時 刻和第二時刻，對整個圖像傳感器成像面進行逐行掃描，計算第一時刻和第二時刻各個光 斑的質心坐標，并根據第二時刻各個光斑的質心坐標的間距設置自適應動態預測窗的左上 角坐標及自適應動態預測窗的大小。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述預測下一時刻圖像傳感器成像面上 自適應動態預測窗的位置，為選取任意一個光斑的質心坐標，對自適應動態預測窗在第二 時刻以后的每一時刻的左上角坐標都根據所選光斑當前時刻和前一時刻的質心坐標變化 進行預測；所述根據所選光斑前兩時刻的質心坐標變化進行預測具體為將當前時刻自適應動態 預測窗的左上角坐標加上所選光斑的質心坐標變化得到下一時刻自適應動態預測窗的左 上角坐標。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據圖像傳感器成像面上所述自適 應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值計算各光斑的質心坐標，為根據圖像傳感 器成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值，采用并行流水的方式 計算各光斑的質心坐標。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進一步包括在根據所述各光斑的 質心坐標計算二維姿態角之前，根據各光斑的相對位置排列關系和距離關系對正射光斑和 反射光斑進行識別，計算反射光斑映射到虛擬擴展的成像面內的質心坐標。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述各光斑的質心坐標得到入 射光線的二維姿態角，為對針孔光闌、平面反射鏡和圖像傳感器成像面進行系統建模，為 圖像傳感器成像面建立平面直角坐標系的同時增加ζ軸，由ζ軸體現預先設定的系統焦距， 將所述各光斑的質心坐標和所述系統焦距通過三角幾何運算得到入射光線的二維姿態角。
7.一種高動態二維姿態角測量系統，其特征在于，該系統包括成像與預處理單元、計 算機處理單元；其中，成像與預處理單元，用于根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成像面上的 一個光斑的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的位置； 在下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成像面時，根據圖像傳感器成像面上 所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值計算各光斑的質心坐標，并將得到 的各光斑的質心坐標傳送到計算機處理單元；計算機處理單元，用于根據所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態角。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述成像與預處理單元包括圖像傳感 器、自適應動態預測窗單元、質心計算單元；其中，圖像傳感器，用于將各光斑成像區域的光信號轉換為電信號顯示到圖像傳感器成像面上；自適應動態預測窗單元，用于根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成像面 上的一個光斑的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的位 置，并將所述自適應動態預測窗的位置通知質心計算單元；質心計算單元，用于在所述下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成像面 時，根據圖像傳感器成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值采用 并行流水的方式計算各光斑的質心坐標，并將各光斑的質心坐標分別發送到自適應動態預 測窗單元和計算機處理單元。
9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述成像與預處理單元進一步包括光斑 正反識別單元，用于根據各光斑的相對位置排列關系和距離關系對正射光斑和反射光斑進 行識別，計算反射光斑映射到虛擬擴展的成像面內的質心坐標，并將正射光斑的質心坐標 和反射光斑映射到虛擬擴展的成像面內的質心坐標發送到計算機處理單元；圖像傳感器驅動單元，用于對圖像傳感器進行驅動。
10.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述計算機處理單元，包括系統建模單 元、姿態角計算單元，其中，系統建模單元，用于對針孔光闌、平面反射鏡和圖像傳感器成像面進行系統建模，為圖 像傳感器成像面建立平面直角坐標系的同時增加ζ軸，由ζ軸體現預先設定的系統焦距；姿態角計算單元，用于將所述各光斑的質心坐標和預先設定的系統焦距通過三角幾何 運算得到入射光線的二維姿態角。
全文摘要
本發明公開了一種高動態二維姿態角測量方法，根據當前時刻和前一時刻入射光線在圖像傳感器成像面上的一個光斑的質心坐標變化，預測下一時刻圖像傳感器成像面上自適應動態預測窗的位置；在下一時刻，所述自適應動態預測窗沒有超出傳感器成像面時，根據圖像傳感器成像面上所述自適應動態預測窗內各像素的灰度值及像素坐標值采用并行流水的方式計算各光斑的質心坐標，并根據所述各光斑的質心坐標得到入射光線的二維姿態角；本發明同時還公開了一種高動態二維姿態角測量系統，通過本發明的方案，能夠實現高動態的二維姿態角測量，極大減少了傳輸的數據量及后續處理的數據量，減輕了系統的處理負擔。
文檔編號G01C1/00GK102128608SQ20101059327
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者崔運東, 張廣軍, 江潔, 王昊予 申請人:北京航空航天大學