大視距非合作目標(biāo)視覺位姿測量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在航天器在軌服務(wù)、攻防對抗、以及空間垃圾處理等任務(wù)中需要測量兩個物體之間的相對位姿。由于測量距離由遠(yuǎn)及近跨度比較大,測量目標(biāo)上不能安裝對應(yīng)的合作靶標(biāo),因此需要進(jìn)行大視距非合作目標(biāo)位姿測量?;谝曈X的位姿測量系統(tǒng)因?yàn)榫哂邢到y(tǒng)體積小,功耗小以及同時(shí)可以獲得實(shí)時(shí)圖像等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。但是由于非合作目標(biāo)先驗(yàn)知識較少,大視距下視覺位姿測量精度變低等導(dǎo)致其不能滿足實(shí)際要求。針對這些缺點(diǎn),即如何在被測目標(biāo)已知先驗(yàn)知識較少情況下能夠?qū)崿F(xiàn)位姿測量,以

2、及在大視距下提高位姿測量精度成為研究難點(diǎn)。針對這些難點(diǎn)本文主要從以下幾個方面進(jìn)行了研究,具體內(nèi)容如下:
  針對非合作目標(biāo)先驗(yàn)知識較少情況下能夠?qū)崿F(xiàn)位姿測量的問題,本文提出基于垂直直線特征的雙目視覺位姿測量算法。該算法僅需已知被測目標(biāo)上兩條直線相互垂直關(guān)系,利用四元素法和直線的垂直關(guān)系求解出被測目標(biāo)的相對位姿。仿真實(shí)驗(yàn)表明在0.1和0.5像素標(biāo)準(zhǔn)差的圖像噪聲影響下,位姿測量算法在0.3m~25m具有較好的測量精度。
  為了

3、使得位姿測量精度能夠滿足大視距的要求,需要高精度地標(biāo)定出位姿測量模型中的各種參數(shù)。針對大視距中廣角鏡頭的畸變較大的問題,本文采用了消隱點(diǎn)共線約束優(yōu)化算法來提高交比不變性逐點(diǎn)畸變校正精度。該算法首先利用畸變較小的中心區(qū)域圖像點(diǎn)根據(jù)交比不變性來逐點(diǎn)計(jì)算周圍圖像點(diǎn)的理想值,然后利用消隱點(diǎn)共線約束算法來優(yōu)化計(jì)算圖像點(diǎn),最終提高了畸變校正精度。
  攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)誤差耦合使得攝像機(jī)相對于標(biāo)定靶標(biāo)不同姿態(tài)、不同位置時(shí)標(biāo)定精度不同。為

4、了提高攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定精度,需要減小攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定誤差之間的耦合關(guān)系對標(biāo)定參數(shù)精度的影響。本文提出了內(nèi)外參數(shù)解耦算法,該算法根據(jù)內(nèi)外參數(shù)誤差存在的線性耦合關(guān)系,利用靶標(biāo)平移后的多次標(biāo)定結(jié)果,對攝像機(jī)像面主點(diǎn)、攝像機(jī)焦距和平移向量的標(biāo)定誤差進(jìn)行修正。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在噪聲和畸變影響下,解耦算法減小了內(nèi)外參數(shù)誤差耦合對標(biāo)定參數(shù)精度的影響,提高了參數(shù)標(biāo)定精度。
  在航天某實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星預(yù)研的硬件平臺上驗(yàn)證了本文所提出的算法。該平臺包括兩

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