非合作航天器間單目視覺(jué)快速位姿確定算法研究.pdf

1、非合作視覺(jué)測(cè)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(jué)的圖像處理及位姿解算方法又是非合作視覺(jué)測(cè)量的關(guān)鍵性技術(shù)。本論文以某“863”合作項(xiàng)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(duì)非合作航天器間單目視覺(jué)測(cè)量算法的原理與實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(yàn)證快速可行的視覺(jué)圖像角點(diǎn)檢測(cè)算子；另一方面是提出單目

2、視覺(jué)快速位姿確定算法。
　　首先，對(duì)角點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的描述和研究?；趯?shí)際應(yīng)用需求，從角點(diǎn)檢測(cè)的快速性、準(zhǔn)確性、魯棒性等要求出發(fā)，著重對(duì)SUSAN算子及Harris算子的改進(jìn)進(jìn)行了探索，快速的、較準(zhǔn)確的角點(diǎn)檢測(cè)使用這種直接基于圖像模板的方法完全可以滿(mǎn)足需要。
　　其次，針對(duì)單目視覺(jué)位姿測(cè)量問(wèn)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(guò)求取景深值與絕對(duì)方位求解來(lái)獲得最終的結(jié)果，都是分為兩個(gè)

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

4、AC單目視覺(jué)相對(duì)位姿導(dǎo)航參數(shù)確定算法能有效的剔除特征點(diǎn)提取及物像匹配的粗大誤差和錯(cuò)誤匹配誤差，同時(shí)，算法的快速性也得到了有效的證實(shí)。利用單目視覺(jué)實(shí)時(shí)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(duì)位姿參數(shù)，在高粗大噪聲影響情況下，相對(duì)位置確定精度<2％，相對(duì)姿態(tài)確定精度<0.01°。該算法無(wú)論在硬件條件還是實(shí)時(shí)計(jì)算方面來(lái)說(shuō)要求都不苛刻，滿(mǎn)足非合作單目視覺(jué)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