單目視覺空間目標(biāo)位姿測量算法研究.pdf

1、空間交會對接技術(shù)是執(zhí)行載人航天任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù),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(diǎn),因而近距離目標(biāo)視覺測量技術(shù)一直是其中研究的熱點(diǎn),其主要目標(biāo)是研究性能穩(wěn)定、測量精度和速度都滿足實(shí)際系統(tǒng)需求的視覺測量算法。該測量方法通過對攝像機(jī)采集的圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理、特征檢測和提取、位姿解算來實(shí)現(xiàn)。
　　本論文研究的目標(biāo)視覺測量算法是以近距離交會對接為研究背景,實(shí)現(xiàn)在半物理氣浮仿真平臺上的目標(biāo)視覺位姿測量任務(wù)。本文在

2、總結(jié)了目標(biāo)測量技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于合作和非合作目標(biāo)的單目視覺位姿測量算法。在目標(biāo)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(jī)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(xùn)練階段,能有效的提高其在線運(yùn)行的速度,本文還對該算法作了相應(yīng)的改進(jìn),使該算法運(yùn)行更有效率;在目標(biāo)位姿測量階段,設(shè)計了基于PnP的視覺測量算法,并針對合作目標(biāo)設(shè)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(shí)際應(yīng)用中通過第四個特征點(diǎn)來驗(yàn)證所得的解,因此針對實(shí)際應(yīng)用討論了P3P問題唯一解問題,相比于復(fù)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(diǎn)的布置得到了唯一解應(yīng)滿足的幾何條件。通過仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明了算法的有效性,滿足了系統(tǒng)的設(shè)計要求;針對非合作目標(biāo),在假設(shè)目標(biāo)模型已知的情況下,采用了基于改進(jìn)的非迭代PnP算法的方法,借助虛擬控制點(diǎn)可以將計算復(fù)雜度變?yōu)镺(n),相比于迭代型的PnP算法具有計算速