大視距非合作目標視覺位姿測量系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、在航天器在軌服務、攻防對抗、以及空間垃圾處理等任務中需要測量兩個物體之間的相對位姿。由于測量距離由遠及近跨度比較大，測量目標上不能安裝對應的合作靶標，因此需要進行大視距非合作目標位姿測量?；谝曈X的位姿測量系統(tǒng)因為具有系統(tǒng)體積小，功耗小以及同時可以獲得實時圖像等優(yōu)點而受到廣泛關注。但是由于非合作目標先驗知識較少，大視距下視覺位姿測量精度變低等導致其不能滿足實際要求。針對這些缺點,即如何在被測目標已知先驗知識較少情況下能夠?qū)崿F(xiàn)位姿測量，以

2、及在大視距下提高位姿測量精度成為研究難點。針對這些難點本文主要從以下幾個方面進行了研究，具體內(nèi)容如下：
　　針對非合作目標先驗知識較少情況下能夠?qū)崿F(xiàn)位姿測量的問題，本文提出基于垂直直線特征的雙目視覺位姿測量算法。該算法僅需已知被測目標上兩條直線相互垂直關系，利用四元素法和直線的垂直關系求解出被測目標的相對位姿。仿真實驗表明在0.1和0.5像素標準差的圖像噪聲影響下，位姿測量算法在0.3m~25m具有較好的測量精度。
　　為了

3、使得位姿測量精度能夠滿足大視距的要求，需要高精度地標定出位姿測量模型中的各種參數(shù)。針對大視距中廣角鏡頭的畸變較大的問題，本文采用了消隱點共線約束優(yōu)化算法來提高交比不變性逐點畸變校正精度。該算法首先利用畸變較小的中心區(qū)域圖像點根據(jù)交比不變性來逐點計算周圍圖像點的理想值，然后利用消隱點共線約束算法來優(yōu)化計算圖像點，最終提高了畸變校正精度。
　　攝像機內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)誤差耦合使得攝像機相對于標定靶標不同姿態(tài)、不同位置時標定精度不同。為

4、了提高攝像機內(nèi)外參數(shù)標定精度，需要減小攝像機內(nèi)外參數(shù)標定誤差之間的耦合關系對標定參數(shù)精度的影響。本文提出了內(nèi)外參數(shù)解耦算法，該算法根據(jù)內(nèi)外參數(shù)誤差存在的線性耦合關系，利用靶標平移后的多次標定結(jié)果，對攝像機像面主點、攝像機焦距和平移向量的標定誤差進行修正。實驗結(jié)果表明，在噪聲和畸變影響下，解耦算法減小了內(nèi)外參數(shù)誤差耦合對標定參數(shù)精度的影響，提高了參數(shù)標定精度。
　　在航天某實驗衛(wèi)星預研的硬件平臺上驗證了本文所提出的算法。該平臺包括兩