基于幾何特征量的自主位姿測(cè)量方法的研究.pdf

1、本論文研究的方法是利用安裝在動(dòng)態(tài)平臺(tái)上的圖像采集系統(tǒng)采集參考平面上的幾何量信息，進(jìn)行平臺(tái)的自主位姿測(cè)量的方法，簡(jiǎn)稱位姿測(cè)量方法。本方法的提出是為了適應(yīng)動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性強(qiáng)，測(cè)量精度高的要求。通過基本的針孔成像原理和幾何關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，算法簡(jiǎn)單，特征參數(shù)數(shù)量少，計(jì)算速度快，測(cè)量精度高。將形成靶標(biāo)的激光指示器同圖像采集器結(jié)合為同一整體，是保證位姿測(cè)量的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單化的關(guān)鍵問題。在實(shí)際的工程應(yīng)用中可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體測(cè)量精度要求來研制適合

2、現(xiàn)場(chǎng)使用的測(cè)量系統(tǒng)。位姿測(cè)量系統(tǒng)是現(xiàn)代控制、導(dǎo)航、跟蹤等很多領(lǐng)域中的重要組成部分，可以應(yīng)用與各種靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的載體上，達(dá)到實(shí)時(shí)測(cè)量定位的作用。當(dāng)前，單目視覺位姿測(cè)量方法以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和靈活的使用性成為了研究的熱點(diǎn)。該方法應(yīng)用前景廣闊，如系統(tǒng)導(dǎo)航、無人機(jī)著落、目標(biāo)跟蹤定位、三維物體重建、工民建質(zhì)量檢測(cè)等等，具有很高的研究?jī)r(jià)值。本論文主要研究的內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括： 1.研究了大量國(guó)內(nèi)外的位姿測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，總結(jié)了各類方法的特點(diǎn)和應(yīng)用中

3、的優(yōu)勢(shì)與不足。對(duì)現(xiàn)有的位姿測(cè)量方法中的具有代表性的方法進(jìn)行了較為深入的分析和研究，包括它們的理論基礎(chǔ)，測(cè)量方法的數(shù)學(xué)模型，靶標(biāo)的類型及其特點(diǎn)，適合應(yīng)用的范圍、優(yōu)勢(shì)和局限性等等。在將各類方法的優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行了綜合的分析后，確定了本文的研究方向和目標(biāo)，建立一個(gè)模型簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，使用靈活，價(jià)格低廉的基于幾何特性的位姿測(cè)量方法。 2.在對(duì)單目視覺位姿測(cè)量的理論基礎(chǔ)和各類測(cè)量方法的深入研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一種利用攝像機(jī)的透射成像原理中的

4、三角形之間相似關(guān)系求解像平面相對(duì)參考平面的方位角、俯仰角和光心到光軸與參考平面交點(diǎn)的距離三個(gè)位姿參數(shù)的方法的數(shù)學(xué)模型，分析了該方法的測(cè)量原理，并對(duì)求解每個(gè)參數(shù)的過程做了詳細(xì)的推導(dǎo)和說明。 3.在構(gòu)建測(cè)量方法的數(shù)學(xué)模型中，設(shè)計(jì)了一種可變化的靶標(biāo)。該靶標(biāo)是通過激光指示器投射的激光點(diǎn)形成的，激光指示器與攝像機(jī)固定在同一載體上成為一個(gè)整體，通過攝像機(jī)相對(duì)參考平面的姿態(tài)變化，參考平面上接收的激光點(diǎn)位置相應(yīng)發(fā)生變化，從而能夠從中獲得姿態(tài)的信