面向空間非合作目標(biāo)捕獲的位姿測(cè)量方法研究.pdf

1、隨著人類(lèi)航天技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，主要應(yīng)用于在軌航天器維護(hù)、延壽、回收，太空垃圾清理等領(lǐng)域的空間飛行器在軌服務(wù)技術(shù)發(fā)展迅速，并且顯示出廣泛的應(yīng)用前景。而在軌服務(wù)技術(shù)的服務(wù)對(duì)象普遍為不具有合作光標(biāo)、無(wú)法得知其先驗(yàn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的非合作目標(biāo)。而為實(shí)現(xiàn)對(duì)空間非合作目標(biāo)的準(zhǔn)確捕獲，需要對(duì)空間環(huán)境下非合作目標(biāo)的位置和姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，基于視覺(jué)的非合作目標(biāo)位姿測(cè)量已經(jīng)成為當(dāng)前空間技術(shù)領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)，在在軌服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
　　本文首先對(duì)視覺(jué)

2、測(cè)量的基本理論進(jìn)行了描述，對(duì)視覺(jué)測(cè)量過(guò)程中的若干數(shù)學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了分析，建立了單目CCD相機(jī)的成像模型，完成了單目CCD相機(jī)的標(biāo)定，接下來(lái)根據(jù)空間非合作目標(biāo)的位姿測(cè)量任務(wù)的需求，設(shè)計(jì)了包含初始位姿測(cè)量和目標(biāo)追蹤兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的空間非合作目標(biāo)位姿測(cè)量總體方案。在初始位姿測(cè)量環(huán)節(jié)，首先通過(guò)POSIT位姿解算算法求得參考圖像中非合作目標(biāo)的參考位姿，在此基礎(chǔ)上利用被測(cè)圖像和參考圖像中 SIFT特征點(diǎn)的匹配，取得被測(cè)圖像上特征點(diǎn)與三維模型上特征點(diǎn)的一一

3、映射關(guān)系，最后利用此一一映射關(guān)系，結(jié)合隨機(jī)采樣表決和虛擬視覺(jué)伺服算法求得被測(cè)圖像中非合作目標(biāo)的位姿參數(shù)，這個(gè)位姿參數(shù)將作為啟動(dòng)后續(xù)目標(biāo)追蹤過(guò)程的初始化參數(shù)。其次，針對(duì)視頻序列中非合作目標(biāo)的追蹤問(wèn)題，在傳統(tǒng)基于模型邊緣的高斯-牛頓非線性?xún)?yōu)化算法基礎(chǔ)上，通過(guò)加入Harris角點(diǎn)特征實(shí)現(xiàn)了邊緣特征與點(diǎn)特征融合的目標(biāo)追蹤，并且引入M估計(jì)剔除位姿非線性?xún)?yōu)化過(guò)程中出現(xiàn)的參數(shù)外點(diǎn)，提升了目標(biāo)跟蹤算法求解位姿參數(shù)的魯棒性和精度，實(shí)現(xiàn)了非合作目標(biāo)位姿參數(shù)