【正文】 統(tǒng)誤差隨著時(shí)間推移不斷積累。啟動(dòng)時(shí)間35ms刻度因數(shù)177。/s輸入電流≤8mA溫度傳感器輸出測(cè)量范圍177。 針對(duì)上述分析，選取西安中星測(cè)控的CSARS02角速率陀螺儀，如圖所示，它采用進(jìn)口MEMS芯片，制造采用BIMOS生產(chǎn)工藝和載流焊工藝技術(shù)。由于測(cè)量中存在誤差當(dāng)=176。 在基于視頻圖像序列的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取系統(tǒng)的研究中，陀螺儀將提供相機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的姿態(tài)，為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤提供輔助定位信息，從而能有效地提高軌跡提取的精度。通過(guò)慣性測(cè)量系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)位置和姿態(tài)。下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本標(biāo)定塊的使用。其下為正四椎體和支架，該模型可以有效地降低空間標(biāo)定點(diǎn)的遮擋問(wèn)題，在實(shí)際拍攝中在圖像上最少有八個(gè)點(diǎn)，滿足標(biāo)定算法的六點(diǎn)、五點(diǎn)、四點(diǎn)標(biāo)定算法要求，若需要精確標(biāo)定可采用擴(kuò)展的方法擴(kuò)大標(biāo)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。平面模板適合室內(nèi)測(cè)量攝像機(jī)的參數(shù)，測(cè)量計(jì)算復(fù)雜。圖像的行間距是非常精確的，可以通過(guò)攝像機(jī)的說(shuō)明書(shū)得到，而不受數(shù)字電路的影響。為了估計(jì)和，可使用所有的標(biāo)定點(diǎn)來(lái)構(gòu)成線性方程組： （）使用每一個(gè)標(biāo)定點(diǎn)來(lái)計(jì)算對(duì)應(yīng)的矩陣行： （）： （）矢量包括所要估計(jì)的參數(shù)： （）使用奇異值分解求解這個(gè)方程組。計(jì)算余下的R變換參數(shù)： （）因?yàn)樾D(zhuǎn)矩陣R是正交歸一化矩陣，則一定成立。利用上面得到的結(jié)果矢量，計(jì)算，和。首先，計(jì)算出平移的分量的大小。3）平移光軸也不會(huì)改變的方向。其中是圖像中心。為從到不考慮畸變的成像點(diǎn)的向量，是標(biāo)定平面上已知的標(biāo)定點(diǎn)，是受徑向畸變的實(shí)際成像點(diǎn)。需要求?。ɑ驑?biāo)定）的參數(shù)分為外部和內(nèi)部參數(shù)8個(gè)。該方法既解決了利用透視變換矩陣進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定沒(méi)有考慮鏡頭的非線性畸變、精度不高的問(wèn)題，又排除了相機(jī)非線性標(biāo)定方法中初始值不當(dāng)，優(yōu)化費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，鑒于兩步法的以上特點(diǎn)和本課題的背景條件，該系統(tǒng)存在著非線性畸變和透視畸變，因而本文利用Tsai的兩步標(biāo)定法進(jìn)行標(biāo)定。(2)優(yōu)化程序非常費(fèi)時(shí)，無(wú)法實(shí)時(shí)得到標(biāo)定結(jié)果。表示一個(gè)三維平移變換矢量，其為： （）三維旋轉(zhuǎn)的矩陣可以用相對(duì)于三個(gè)坐標(biāo)軸的歐拉（Eulerian）角來(lái)表示 旋轉(zhuǎn)變換歐拉角表示矩陣沿三個(gè)坐標(biāo)軸的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)矩陣為： （） （） (）表征三維場(chǎng)景中旋轉(zhuǎn)變換的旋轉(zhuǎn)矩陣表示為 （）由于視頻圖像相鄰幀之間的間隔時(shí)間很短，因此場(chǎng)景中運(yùn)動(dòng)物體的旋轉(zhuǎn)角度很小，可以近似認(rèn)為有公式（）（）（），表征三維旋轉(zhuǎn)矩陣R為： （） 由公式（），三維空域中物體在不同時(shí)刻和的位置變化可表示為： （）即： （）將旋轉(zhuǎn)矩陣R進(jìn)行分解如下 （）將公式（）代入公式（），可以得到 () 相機(jī)參數(shù)標(biāo)定方法分析目前常用的相機(jī)參數(shù)標(biāo)定方法主要有：線性標(biāo)定法、非線性標(biāo)定法、兩步法、雙平面標(biāo)定法。沿著時(shí)間軸多個(gè)這樣的投影成像就構(gòu)成了視頻序列圖像。根據(jù)圖中的結(jié)構(gòu)，描述三維空域場(chǎng)景中的點(diǎn)與二維圖像平面上的透視投影對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間坐標(biāo)變換關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （）其中：為投影中心與圖像平面間的距離。透視投影符合人們心理習(xí)慣，即離視點(diǎn)近的物體大，離視點(diǎn)遠(yuǎn)的物體小，遠(yuǎn)到極點(diǎn)即為消失，成為滅點(diǎn)。不管相機(jī)與三維空域場(chǎng)景之間的距離相距多遠(yuǎn)，總可以產(chǎn)生相同的圖像，當(dāng)場(chǎng)景與相機(jī)之間的距離大大超過(guò)場(chǎng)景上的點(diǎn)相對(duì)于自身坐標(biāo)系的深度時(shí)，正交投影將提供更好的近似表示，且在這種情況下，由于正交投影為線性投影，可以在圖像處理時(shí)使數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算較為簡(jiǎn)單。因此在對(duì)相機(jī)標(biāo)定之前，首先要根據(jù)CCD相機(jī)的成像原理建立CCD相機(jī)成像模型（1）透視成像模型視頻圖像是成像系統(tǒng)利用攝像機(jī)獲取的時(shí)變?nèi)S空間場(chǎng)景的二維投影，從三位空域場(chǎng)景到二維圖像平面的不同投影方式。相機(jī)標(biāo)定可以確定相機(jī)的幾何光學(xué)特性(內(nèi)部參數(shù))包括焦距、畸變系數(shù)和非確定性標(biāo)度因子以及在特定的世界坐標(biāo)系中相機(jī)的位姿(外部參數(shù))包括括世界坐標(biāo)系相對(duì)于相機(jī)坐標(biāo)系的正交旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣。相機(jī)參數(shù)標(biāo)定及姿態(tài)校正 相機(jī)參數(shù)標(biāo)定在基于視頻圖像序列的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取系統(tǒng)的研究領(lǐng)域中，相機(jī)參數(shù)是必不可少的部分。外形尺寸Φ28*重量45g最近物距（2）千兆網(wǎng)卡選擇根據(jù)MVVS030 FM / FC相機(jī)參數(shù)，每秒采集60幀，圖像大小為640480，位數(shù)為8位，則一秒所要進(jìn)行的傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)為： 為此，選用Intel PWLA8492MT千兆網(wǎng)卡。則如果要滿足在50km/h的速度下，仍能很好地提取車(chē)輛行駛軌跡，則需在1s內(nèi)采集53幀。根據(jù)公式（）。，根據(jù)和的相似關(guān)系，可以求得特征區(qū)域在相機(jī)焦平面上移動(dòng)的距離為： （）根據(jù)公式（）、（）可以為CCD相機(jī)和鏡頭的選擇，提供一定的理論依據(jù)。 相機(jī)理想線性成像模型 ，假設(shè)相機(jī)的焦距為，物距為，視場(chǎng)寬為，視場(chǎng)中特征提取區(qū)域?qū)挾葹?，所?duì)應(yīng)的像寬為，所對(duì)應(yīng)的像寬為。 LED燈圓環(huán)形光源CCD相機(jī)和鏡頭在整個(gè)輔助性設(shè)備的中間位置，周?chē)蓴?shù)個(gè)LED燈組成環(huán)形光源，套在相機(jī)外圍且將相機(jī)放置在圓環(huán)形光源的中心，并通過(guò)最外層的可調(diào)節(jié)性遮光罩使輔助光源的光線可以均勻的補(bǔ)充到相機(jī)視場(chǎng)。如上圖所示，套筒固定在車(chē)體后方兩車(chē)輪之間上，它也是整個(gè)機(jī)械輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主體裝置，CCD相機(jī)裝置在套筒的前端，如虛線所示部分。當(dāng)時(shí)，減少曝光時(shí)間；反之，增加曝光時(shí)間。它通過(guò)將整幅圖像的某一區(qū)域的灰度均值與預(yù)先設(shè)定的參考值比較，來(lái)進(jìn)行CCD相機(jī)曝光量的自動(dòng)控制。曝光過(guò)度，照片看起來(lái)就太亮，即灰度過(guò)大；曝光不足，照片看起來(lái)就會(huì)太暗，即灰度過(guò)小。為此系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，裝載陀螺儀，實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的變化，為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的提取提供可靠的輔助定位。在一定的初始條件下，陀螺儀會(huì)在不停自傳的同時(shí)還繞著另一個(gè)固定的轉(zhuǎn)軸不停地旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。在圖像處理過(guò)程中如果知道相機(jī)在慣性坐標(biāo)系下的姿態(tài)，將為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤提供輔助定位信息，從而能有效地提高軌跡提取的精度。該方案具有簡(jiǎn)便、有效、能適用于各種高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，有助于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的精確提取。在圖像數(shù)據(jù)傳輸方面，以太網(wǎng)可以高速傳輸和存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)，不容易引起數(shù)據(jù)幀的丟失，系統(tǒng)功耗小等特點(diǎn)可以完全滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)處理的要求，同時(shí)，由于幾乎所有的編程語(yǔ)言都支持以太網(wǎng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，具有很好的發(fā)展前景。通用串行總線USB數(shù)據(jù)采集：USB ，采用USB ，具有連接方便、無(wú)需外接電源、即插即用、支持熱插拔、高帶寬、低功耗、低成本、動(dòng)態(tài)加載驅(qū)動(dòng)程序，級(jí)聯(lián)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擴(kuò)充外設(shè)數(shù)量等特有優(yōu)點(diǎn)，在主機(jī)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、快捷、雙向、可靠的連接和通訊。用戶可以在開(kāi)機(jī)的情況下，對(duì)設(shè)備進(jìn)行插拔操作。它可以為外設(shè)提供電源，而不像普通的使用串、并口的設(shè)備需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)。這種方法雖然簡(jiǎn)單可靠，但對(duì)多通道、高速圖像數(shù)據(jù)的采集在數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)方面有一定的局限，容易引起數(shù)據(jù)幀的丟失，并且隨著傳輸通道的增多，引起傳輸導(dǎo)線數(shù)量增加，系統(tǒng)功耗及噪聲也隨之增大。然而隨著實(shí)時(shí)獲取圖像要求的不斷提高和圖像質(zhì)量的不斷改善, 數(shù)據(jù)傳輸速率呈現(xiàn)出顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì), 如何保證傳輸過(guò)程的穩(wěn)定和可靠成為設(shè)計(jì)中越來(lái)越需要重視的問(wèn)題。利用這種芯片，借助于必要的光學(xué)系統(tǒng)和合適的外圍驅(qū)動(dòng)電路，可以將景物圖像，經(jīng)過(guò)光敏區(qū)上逐點(diǎn)的光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存和傳輸、在輸出端產(chǎn)生系列時(shí)序視頻信號(hào)，從而把一幅按空間域分布的光學(xué)圖像，變成一列按時(shí)間域分布的離散電信號(hào)。通過(guò)對(duì)圖像序列的特征點(diǎn)提取和匹配結(jié)果獲得相鄰幀圖像間的距離變化以及角度變化。2運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡提取系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件組成：計(jì)算機(jī)、陀螺儀、千兆網(wǎng)采集卡以及攝像機(jī)。其次在對(duì)空間坐標(biāo)系分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)陀螺儀獲取的數(shù)據(jù)和空間坐標(biāo)系變換關(guān)系對(duì)相機(jī)姿態(tài)實(shí)時(shí)校正。該系統(tǒng)融合了圖像實(shí)時(shí)采集、圖像處理、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)算和提取以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的功能。在該系統(tǒng)中，研究了成像系統(tǒng)外參實(shí)時(shí)校正算法、多目標(biāo)優(yōu)化特征提取算法，有效的解決了累積誤差較大、坐標(biāo)計(jì)算精度低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡的精確測(cè)算。目前這些相關(guān)技術(shù)還處在理論研究階段，還未組成應(yīng)用于實(shí)際的成型系統(tǒng)。同時(shí)，西歐各國(guó)也投入了大量的人力物力從事航拍目標(biāo)識(shí)別、跟蹤的技術(shù)研究，如英國(guó)學(xué)者采用MUM（Mergeusing Moments）算法和最大似然估計(jì)對(duì)航拍圖像的紋理特征進(jìn)行分類(lèi)，法國(guó)Sheffield University的學(xué)者采用模板匹配運(yùn)用互相關(guān)及KS相關(guān)（KolmogorovSmirnov）算法提取特征，都得到了很好的效果。我國(guó)從1986年開(kāi)始對(duì)圖像跟蹤正式立項(xiàng)研究，圖像跟蹤算法理論研究取得了很大的發(fā)展。隨著經(jīng)過(guò)多年的研究與發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)取得了很大的進(jìn)步和成就，1997年，美國(guó)DARPA （Defense Advanced Research projects Agency ）就設(shè)立了以卡內(nèi)基梅隆大學(xué)為首的視覺(jué)監(jiān)控重大項(xiàng)目VSAM（Visual Surveillance And Monitoring），其目標(biāo)是建立一個(gè)能在城市或戰(zhàn)場(chǎng)等復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)用多個(gè)攝像機(jī)對(duì)人、車(chē)等的行為進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)人力監(jiān)控費(fèi)用昂貴、非常危險(xiǎn)或者人力無(wú)法到達(dá)的場(chǎng)合的監(jiān)控；2000年開(kāi)始，美國(guó)DARPA又資助了HID（Human Identification at a Distance）項(xiàng)目，其任務(wù)是開(kāi)發(fā)多模式、大范圍的視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離人的檢測(cè)、分類(lèi)和識(shí)別?；趫D像的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取技術(shù)是對(duì)攝像機(jī)采集的圖像序列進(jìn)行特征提取，并根據(jù)這些特征對(duì)圖像序列中的目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、匹配，得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡。對(duì)于普通的定位和導(dǎo)航應(yīng)用如陸地車(chē)輛、海上船舶、空中飛機(jī)以及個(gè)人等的定位和導(dǎo)航而言，上述的位置精度己經(jīng)足夠了。同時(shí)，對(duì)定位精度、實(shí)時(shí)性方面的要求也越來(lái)越高。2007年4月14日，成功發(fā)射了第一顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，2009年4月15日，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)丙”運(yùn)載火箭成功將第二顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。2002年3月26日，歐盟15國(guó)交通部長(zhǎng)會(huì)議一致決定正式啟動(dòng)Galileo計(jì)劃。GLONASS的發(fā)展大致可分為兩個(gè)階段。美國(guó)的全球定位系統(tǒng)GPS在20世紀(jì)60年代末開(kāi)始研發(fā)。本論文針對(duì)固定參照物視場(chǎng)變動(dòng)模式下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡提取問(wèn)題進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于視頻圖像序列的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡提取系統(tǒng)；提出了成像系統(tǒng)外參實(shí)時(shí)校正算法、多目標(biāo)優(yōu)化特征提取算法，有效的解決了累積誤差較大、坐標(biāo)計(jì)算精度低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡的精確測(cè)算。因此無(wú)論在民用上還是在軍事領(lǐng)域中，該技術(shù)的研究都具有較強(qiáng)的理論意義和研究?jī)r(jià)值。本論文針對(duì)固定參照物視場(chǎng)變動(dòng)模式下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)軌跡提取問(wèn)題進(jìn)行深入研究，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于視頻圖像序列的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取系統(tǒng)，針對(duì)目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的姿態(tài)變化導(dǎo)致的相機(jī)坐標(biāo)系變化問(wèn)題，提出了成像系統(tǒng)外參實(shí)時(shí)校正方法，通過(guò)陀螺儀獲取的數(shù)據(jù)和空間坐標(biāo)系變換關(guān)系對(duì)相機(jī)姿態(tài)角參數(shù)實(shí)時(shí)校正；針對(duì)SIFT特征匹配算法中的歐式距離無(wú)法自適應(yīng)調(diào)節(jié)問(wèn)題，提出了多目標(biāo)優(yōu)化的SIFT特征匹配算法，建立了以相關(guān)系數(shù)和特征點(diǎn)之間的歐氏距離為目標(biāo)函數(shù)，以置信度為約束條件的多目標(biāo)優(yōu)化模型，減少了特征點(diǎn)的誤配率；最后通過(guò)車(chē)載CCD實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)功能和精度進(jìn)行驗(yàn)證，數(shù)據(jù)表明該系統(tǒng)能夠精確的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的軌跡測(cè)量，并具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和可靠性。摘要基于視頻圖像序列的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡提取技術(shù)是已經(jīng)成為精確制導(dǎo)武器的關(guān)鍵技術(shù)之一，能夠提高武器打擊精度及力度；同時(shí)更能體現(xiàn)目標(biāo)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化。由于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)瞬時(shí)空間位置坐標(biāo)是通過(guò)相對(duì)前一時(shí)刻空間位置坐標(biāo)的相對(duì)變化得到，因此存在軌跡計(jì)算的累積誤差較大的問(wèn)題，同時(shí)由于目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的姿態(tài)變化、參照環(huán)境的復(fù)雜性等因素，導(dǎo)致軌跡計(jì)算的精度很難得到保證。在軍事領(lǐng)域中，該技術(shù)已經(jīng)成為精確制導(dǎo)武器的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它能夠有效地提高武器的打擊精度，強(qiáng)化武器的打擊力度；同時(shí)在民用領(lǐng)域，以該技術(shù)為基礎(chǔ)建立的人機(jī)交互系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的智能跟蹤、行為監(jiān)管等，真正地體現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化。由于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)瞬時(shí)空間位置坐標(biāo)是通過(guò)相對(duì)前一時(shí)刻空間位置坐標(biāo)的相對(duì)變化得到，因此存在軌跡計(jì)算的累積誤差較大的問(wèn)題，同時(shí)由于目標(biāo)體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的姿態(tài)變化、參照環(huán)境的復(fù)雜性等因素，導(dǎo)致軌跡計(jì)算的精度很難得到保證。目前，可實(shí)用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS)、前蘇聯(lián)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GLONASS)、歐洲“伽利略”以及我國(guó)自主研發(fā)的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。美國(guó)的GPS系統(tǒng)無(wú)論在軍事還是民用方面都對(duì)全球產(chǎn)生了重大影響；俄羅斯全球?qū)Ш较到y(tǒng)GLONASS是一個(gè)由俄軍方控制使用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，1982年開(kāi)始正式發(fā)展，1996年宣布建成。GLONASS的應(yīng)用普及遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及GPS；1992年2月10日歐盟執(zhí)行機(jī)構(gòu)歐洲委員會(huì)公布了歐洲導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)Galileo計(jì)劃。我國(guó)在2000年首先建成北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)。自從衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，應(yīng)用潛力也不斷得到開(kāi)發(fā)。消除定位精度帶來(lái)的影響一般是采用差分GPS，實(shí)時(shí)差分GPS (DGPS)定位的精度可以達(dá)到2 m5 m。 由于上述原因，使用衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)法精確地對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行測(cè)算和提取，必須增加其他約束條件，但都需要很高的成本。目標(biāo)跟蹤的基本概念首先是由Wax在1955年提出的；1964年，Sittler在包括