基于正交迭代算法的單目視覺位姿測量系統(tǒng)研究.pdf

1、風(fēng)洞投放試驗(yàn)是研究飛行器外掛投放物投放問題、確定內(nèi)埋武器發(fā)射包線和外掛載荷投放包線的重要手段，為外掛投放物的分離特性分析和飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)與方法驗(yàn)證，因而，準(zhǔn)確測量投放物相對于飛行器的分離參數(shù)（包括位置、姿態(tài)、速度等）進(jìn)而掌握分離規(guī)律對投放試驗(yàn)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的捕獲軌跡法(CTS)和多次曝光攝影測量方式尚難定量測量投放物的分離參數(shù)，也不能滿足目前的大視場、高精度、高效率的風(fēng)洞試驗(yàn)。單目視覺位姿測量因其測量視場大、測量準(zhǔn)確快速和

2、便于風(fēng)洞環(huán)境安裝而廣泛應(yīng)用于外掛物投放實(shí)驗(yàn)中。
　　本文結(jié)合單目視覺測量理論基礎(chǔ)，開展了外掛投放物單目視覺高精度位姿參數(shù)測量研究，對其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討，并設(shè)計(jì)和開發(fā)了單目視覺位姿測量系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容包括如下：
　?。?）對相機(jī)標(biāo)定和畸變校正進(jìn)行了研究。通過張正友標(biāo)定法對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，采用相機(jī)畸變校正模型進(jìn)行畸變校正，相機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果均值重投影誤差為0.18 pixel。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方法標(biāo)定精度較高，穩(wěn)定性好，能夠

3、滿足課題的高精度測量需求。
　?。?）分析比較了單目視覺測量中常見編碼標(biāo)記點(diǎn)的設(shè)計(jì)、跟蹤、識別與中心定位方法，設(shè)計(jì)了一種圓形編碼標(biāo)記點(diǎn)并對其進(jìn)行編、解碼；采用基于八領(lǐng)域思想的邊界追蹤方法對標(biāo)記點(diǎn)輪廓進(jìn)行實(shí)時提取；針對常規(guī)方法對標(biāo)記點(diǎn)中心定位精度低、穩(wěn)定性差的問題，采用了基于灰度平方加權(quán)重心法的中心定位方法對圓形編碼標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行中心定位。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在大傾角、高模糊、形變和旋轉(zhuǎn)等條件下，在圓形編碼標(biāo)記點(diǎn)編解碼檢測率和準(zhǔn)確率為100％

4、，能適應(yīng)復(fù)雜實(shí)驗(yàn)環(huán)境，中心定位算法有較高的定位精度和較強(qiáng)的抗噪聲能力。
　?。?）對比分析了單目視覺位姿測量中的常見位姿估計(jì)方法后，推導(dǎo)并建立了正交迭代算法位姿估計(jì)的數(shù)學(xué)模型，同時考慮到位姿測量時的測量精度和實(shí)時性要求，提出了一種改進(jìn)的正交迭代算法，對傳統(tǒng)的算法進(jìn)行計(jì)算加速并解決了弱透視近似模型中的位姿模糊問題。仿真實(shí)驗(yàn)對比分析了包括本文提出的算法在內(nèi)的五種位姿解算算法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本文提出的方法取得了更好的位姿解算精度和更高的