單目視覺空間目標位姿測量算法研究.pdf

1、空間交會對接技術是執(zhí)行載人航天任務的關鍵技術,而由于基于視覺的測量系統(tǒng)具有構(gòu)造簡單、性能穩(wěn)定、抗干擾性好等優(yōu)點,因而近距離目標視覺測量技術一直是其中研究的熱點,其主要目標是研究性能穩(wěn)定、測量精度和速度都滿足實際系統(tǒng)需求的視覺測量算法。該測量方法通過對攝像機采集的圖像進行圖像預處理、特征檢測和提取、位姿解算來實現(xiàn)。
　　本論文研究的目標視覺測量算法是以近距離交會對接為研究背景,實現(xiàn)在半物理氣浮仿真平臺上的目標視覺位姿測量任務。本文在

2、總結(jié)了目標測量技術領域的發(fā)展現(xiàn)狀和研究進展的基礎上,設計了基于合作和非合作目標的單目視覺位姿測量算法。在目標特征檢測階段,為了提高特征提取的速度,采用了基于比較的特征檢測算法,并研究了基于隨機樹的特征檢測算子,它能將特征提取的所用的時間轉(zhuǎn)移至的訓練階段,能有效的提高其在線運行的速度,本文還對該算法作了相應的改進,使該算法運行更有效率;在目標位姿測量階段,設計了基于PnP的視覺測量算法,并針對合作目標設計了基于P3P的位姿測量算法,由于P

3、3P問題有多個解,往往需要在實際應用中通過第四個特征點來驗證所得的解,因此針對實際應用討論了P3P問題唯一解問題,相比于復雜且不直觀的代數(shù)條件,通過在幾何上的對問題的定義和控制點的布置得到了唯一解應滿足的幾何條件。通過仿真分析和實驗驗證證明了算法的有效性,滿足了系統(tǒng)的設計要求;針對非合作目標,在假設目標模型已知的情況下,采用了基于改進的非迭代PnP算法的方法,借助虛擬控制點可以將計算復雜度變?yōu)镺(n),相比于迭代型的PnP算法具有計算速