基于四元數法的運動平臺紅外圖像旋轉角推導

呂 波，張 涌，黃 侃1,，石永彪1,

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基于四元數法的運動平臺紅外圖像旋轉角推導

呂 波1,2,3，張 涌2，黃 侃1,2，石永彪1,2

（1.中國科學院大學，北京 100049；2.中國科學院上海技術物理研究所，上海 200083;3.中國科學院紅外探測器與成像技術重點實驗室，上海 200083）

在電子穩像領域，傳統求取圖像的旋轉角是從連續幀圖像序列中提取相關信息計算的，其缺點是計算量大、實時性不高等。本文在慣導模塊給出的航向角、橫滾角和縱傾角3個姿態角以及伺服模塊給出的方位角和俯仰角兩個角度的基礎上，利用四元數法，結合空間解析幾何知識，推導出圖像旋轉角。通過車載運動平臺線列圖像的驗證實驗表明，旋轉角的推導正確，圖像經矯正后起到了電子穩像的效果。

車載運動平臺；紅外圖像；四元數

0 引言

在捷聯式慣導系統中，安裝在車載、艦載和機載等運動平臺上的紅外成像設備由于平臺的晃動，導致光學成像器件相對平臺的運動，最終使紅外圖像發生旋轉，這部分旋轉量給觀察及操作人員帶來視覺不便甚至帶來錯誤的判斷，所以對目標圖像需要進行消旋[1-2]。在純電子消旋技術中傳統做法是從連續幀圖像序列中提取相關信息求取旋轉角度[3]，其缺點在于計算量大，實時性不高等。

本文根據船搖的航向角、橫滾角和縱傾角以及光電跟蹤設備的方位角和俯仰角這5個角度，在剛體運動物理模型的基礎上計算出圖像的旋轉角度。與傳統的歐拉角相比，四元數對姿態轉動的描述更簡潔，并且具有計算速度快、精度高、非奇異的優點，使其在許多領域得到了廣泛的應用[4]?！?br>