基于視覺(jué)的近距離非合作空天目標(biāo)的相對(duì)位姿測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、隨著人類對(duì)空間的不斷探索和深入，空間飛行器交會(huì)對(duì)接、在軌服務(wù)等近場(chǎng)操作在空間計(jì)劃和任務(wù)中扮演著越來(lái)越重要的角色。要實(shí)現(xiàn)空間飛行器交會(huì)對(duì)接等近場(chǎng)操作，相對(duì)位姿的測(cè)量是關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　為了實(shí)現(xiàn)近距離非合作目標(biāo)航天器的相對(duì)位姿的測(cè)量，本文研究基于雙目立體視覺(jué)與三維激光掃描儀相融合的近距離非合作目標(biāo)相對(duì)位姿測(cè)量方法。在100m-20m階段，立體視覺(jué)系統(tǒng)從目標(biāo)圖像中識(shí)別出目標(biāo)航天器，并對(duì)其進(jìn)行輪廓提取和跟蹤，獲取目標(biāo)航天器的方位角信息，

2、三維激光掃描儀測(cè)量目標(biāo)航天器的相對(duì)距離信息；在20m-2m階段，雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)與三維激光掃描儀融合獲取準(zhǔn)確的深度信息，并利用幾何結(jié)構(gòu)確定目標(biāo)航天器的相對(duì)姿態(tài)信息。
　　由于空間環(huán)境和光照條件的影響，立體視覺(jué)系統(tǒng)采集的目標(biāo)航天器圖像對(duì)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(xué)原理上進(jìn)行融合研究，以形成仿射模糊融合矩對(duì)目標(biāo)航天器退化圖像進(jìn)行識(shí)別；其次研究仿

3、射模糊融合矩的尺度空間不變性，驗(yàn)證其在不同尺度空間的穩(wěn)定性；最后通過(guò)數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)和半物理仿真實(shí)驗(yàn)研究仿射模糊融合矩的仿射不變性和模糊不變性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用仿射模糊融合矩對(duì)目標(biāo)航天器的平均識(shí)別率達(dá)到92％，遠(yuǎn)高于仿射不變矩的76%。
　　為了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)航天器表面特征點(diǎn)的立體深度恢復(fù)，本文研究了目標(biāo)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(diǎn)提??；其次由于追蹤航天器通常配置寬基線立體視覺(jué)系統(tǒng)，視覺(jué)系統(tǒng)采集的目標(biāo)航

4、天器圖像對(duì)可能存在旋轉(zhuǎn)、尺度和光照變化等問(wèn)題，因此研究基于SIFT算子的特征點(diǎn)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(diǎn)位置的目標(biāo)邊界直線判定方法，解決目標(biāo)邊界直線無(wú)法穩(wěn)定提取的問(wèn)題。
　　在相對(duì)位姿測(cè)量階段，在分析立體視覺(jué)的深度恢復(fù)原理的基礎(chǔ)上，提出基于立體視覺(jué)的相對(duì)位姿測(cè)量算法；并對(duì)相對(duì)位姿測(cè)量進(jìn)行誤差分析，根據(jù)立體深度恢復(fù)的原理，提出新的立體深度和視差關(guān)系模型，極大地提高了立體深度恢復(fù)和相對(duì)位姿測(cè)量