基于視覺的近距離非合作空天目標的相對位姿測量技術研究.pdf

1、隨著人類對空間的不斷探索和深入，空間飛行器交會對接、在軌服務等近場操作在空間計劃和任務中扮演著越來越重要的角色。要實現(xiàn)空間飛行器交會對接等近場操作，相對位姿的測量是關鍵技術之一。
　　為了實現(xiàn)近距離非合作目標航天器的相對位姿的測量，本文研究基于雙目立體視覺與三維激光掃描儀相融合的近距離非合作目標相對位姿測量方法。在100m-20m階段，立體視覺系統(tǒng)從目標圖像中識別出目標航天器，并對其進行輪廓提取和跟蹤，獲取目標航天器的方位角信息，

2、三維激光掃描儀測量目標航天器的相對距離信息；在20m-2m階段，雙目立體視覺系統(tǒng)與三維激光掃描儀融合獲取準確的深度信息，并利用幾何結構確定目標航天器的相對姿態(tài)信息。
　　由于空間環(huán)境和光照條件的影響，立體視覺系統(tǒng)采集的目標航天器圖像對在不同距離不同角度存在著不同程度的圖像退化，仿射變換和圖像模糊是最普遍的圖像退化。本文首先將仿射不變矩和模糊不變量在數(shù)學原理上進行融合研究，以形成仿射模糊融合矩對目標航天器退化圖像進行識別；其次研究仿

3、射模糊融合矩的尺度空間不變性，驗證其在不同尺度空間的穩(wěn)定性；最后通過數(shù)學仿真實驗和半物理仿真實驗研究仿射模糊融合矩的仿射不變性和模糊不變性。實驗結果表明，應用仿射模糊融合矩對目標航天器的平均識別率達到92％，遠高于仿射不變矩的76%。
　　為了實現(xiàn)目標航天器表面特征點的立體深度恢復，本文研究了目標航天器的立體匹配特征提取。首先研究基于Harris算子的特征角點提??；其次由于追蹤航天器通常配置寬基線立體視覺系統(tǒng)，視覺系統(tǒng)采集的目標航

4、天器圖像對可能存在旋轉、尺度和光照變化等問題，因此研究基于SIFT算子的特征點提取和匹配；最后研究基于Hough變換的特征線提取，并提出基于激光點位置的目標邊界直線判定方法，解決目標邊界直線無法穩(wěn)定提取的問題。
　　在相對位姿測量階段，在分析立體視覺的深度恢復原理的基礎上，提出基于立體視覺的相對位姿測量算法；并對相對位姿測量進行誤差分析，根據(jù)立體深度恢復的原理，提出新的立體深度和視差關系模型，極大地提高了立體深度恢復和相對位姿測量