非合作航天器間單目視覺快速位姿確定算法研究.pdf

1、非合作視覺測量是空間在軌服務(wù)及空間攻防的重要研究課題，而單目視覺的圖像處理及位姿解算方法又是非合作視覺測量的關(guān)鍵性技術(shù)。本論文以某“863”合作項目中的子課題“××××快速位姿捕獲方法研究”為研究背景，在系統(tǒng)總結(jié)這一領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于快速性、魯棒性的要求，針對非合作航天器間單目視覺測量算法的原理與實現(xiàn)進行了深入的研究。
　　本文主要研究工作著重于兩大方面：一方面是尋找和驗證快速可行的視覺圖像角點檢測算子；另一方面是提出單目

2、視覺快速位姿確定算法。
　　首先，對角點檢測技術(shù)進行了系統(tǒng)的描述和研究。基于實際應(yīng)用需求，從角點檢測的快速性、準(zhǔn)確性、魯棒性等要求出發(fā)，著重對SUSAN算子及Harris算子的改進進行了探索，快速的、較準(zhǔn)確的角點檢測使用這種直接基于圖像模板的方法完全可以滿足需要。
　　其次，針對單目視覺位姿測量問題，給出了三種算法。其中相似迭代算法與兩階段法有很大的相同之處，它們都是通過求取景深值與絕對方位求解來獲得最終的結(jié)果，都是分為兩個

3、步驟進行循環(huán)迭代，但它們也有一個共同的缺點，就是算法對運算初值的選取具有依賴性，如果初值選取的不恰當(dāng)，將導(dǎo)致最終運算結(jié)果發(fā)散?；赗ANSAC的單目視覺相對位姿導(dǎo)航參數(shù)確定算法能有效的剔除特征點提取及物像匹配的粗大誤差和錯誤匹配誤差，最終估計采用的是POSIT算法，其快速性得到良好的改善，且對運算初值不具有依賴性，運算的精度更高。
　　最后，提出了一種基于隨機化RANSAC單目視覺位姿估計算法，通過仿真實驗可以看出，隨機化RANS

4、AC單目視覺相對位姿導(dǎo)航參數(shù)確定算法能有效的剔除特征點提取及物像匹配的粗大誤差和錯誤匹配誤差，同時，算法的快速性也得到了有效的證實。利用單目視覺實時獲得的單幅圖像由該算法可以得到足夠精確的非合作目標(biāo)航天器相對位姿參數(shù)，在高粗大噪聲影響情況下，相對位置確定精度<2％，相對姿態(tài)確定精度<0.01°。該算法無論在硬件條件還是實時計算方面來說要求都不苛刻，滿足非合作單目視覺導(dǎo)航應(yīng)用要求的高魯棒性和快速性，因此可作為非合作目標(biāo)星快速位姿確定的一種