[發明專利]基于雙目立體視覺的衛星太陽帆板撓性運動參數測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710546099.9
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107179069B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 李莉;夏紅偉;王常虹;張年;馬廣程;考永貴
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02;G01C11/04;H02S50/10
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 范光曄

1.基于雙目立體視覺的衛星太陽帆板撓性運動參數測量裝置，其特征在于，包括：運動模擬模塊、參數采集模塊和參數計算模塊；運動模擬模塊用于通過設置在撓性帆板上的預定數量的標志點模擬衛星太陽帆板的撓性運動狀態；參數采集模塊用于通過兩個圖像采集單元采集撓性帆板上的標志點的撓性運動狀態參數；參數計算模塊用于根據標志點的撓性運動狀態參數計算獲得所述衛星太陽帆板的撓性運動參數，在運動模擬模塊中，撓性帆板通過固定支架與衛星固定裝置連接，預定數量的標志點以預定間隔設置在撓性帆板上；在參數采集模塊中，每個圖像采集單元的光軸均與靜止狀態的撓性帆板所在的平面垂直，每個輔助光源分別為一個圖像采集單元提供照明，基座用于固定兩個圖像采集單元和兩個輔助光源；在參數計算模塊中，信號轉換單元用于將參數采集模塊采集的圖像信號轉換為數字信號并發送，參數計算單元用于接收并根據所述數字信號計算獲得所述衛星太陽帆板的撓性運動參數；

測量裝置在計算所述衛星太陽帆板的撓性運動參數的過程中用到三個坐標系，分別為世界坐標系Ow、圖像采集坐標系Oc、圖像物理坐標系O，其中，P點為空間中的一個標志點，p點為該標志點在圖像采集單元的成像面上所成的像點，P點的位置由圖像物理坐標系表示為p(x,y)；OcZc為圖像采集單元的光軸，光軸穿過成像面中心O點；

標志點的數量為六個，并且分別在撓性帆板懸端、中間及靠近固定支架的位置各設置兩個標志點；

測量裝置在完成測量工作時，圖像采集單元實時采集每個標志點的圖像，采集的圖像經畸變校正、二值化、求質心等處理得到標志點的圖像像素坐標系坐標u,v；

圖像像素坐標u,v和圖像物理坐標p(x,y)都是描述圖像采集單元的成像面的坐標系，區別在于圖像像素坐標u,v以像素為單位，而圖像物理坐標系p(x,y)以μ米為單位，且兩者原心不同，O₀為圖像像素坐標系原心，是圖像物理坐標系原心，uO₀v為像素坐標系，xO₁y為物理坐標系；

圖像像素坐標和圖像物理坐標具有如下轉換關系：

其中，u₀和v₀分別為圖像采集單元的成像面中心點O的像素坐標位置；dx和dy分別是圖像采集單元的單個像元的物理長度和寬度；因此，由標志點在圖像像素坐標系中的坐標u,v可確定其在圖像物理坐標系中的坐標x,y；

測量裝置在完成測量工作時，兩個圖像采集單元同時采集某個標志點P的圖像，按上述原理得到該標志點P在兩個圖像采集單元中的圖像物理坐標系的二維坐標，分別為p_left＝(X_left,Y_left)和p_right＝(X_right,Y_right)；

基于雙目視覺測量原理，由于兩個圖像采集單元安裝在同一平面上，則有Y_left＝Y_right＝Y，并且由三角幾何關系可以得到：

設兩個圖像采集單元的投影中心連線距離為B，則有視差D＝X_left-X_right；由此可以計算出該標志點P在左側圖像采集單元的圖像采集坐標系下的三維坐標：

假設世界坐標系與左側圖像采集單元的圖像采集坐標系相同，則得到該標志點P的實時世界坐標系坐標。

2.一種權利要求1所述的基于雙目立體視覺的衛星太陽帆板撓性運動參數測量裝置的測量方法，其特征在于，包括：

將兩個圖像采集單元的成像面位于同一平面上，以一個圖像采集單元的坐標系為世界坐標系；

確定兩個所述圖像采集單元之間的基線距離以及通過對所述圖像采集單元進行標定以獲得畸變參數；

通過兩個所述圖像采集單元實時采集預定數量的標志點的圖像，并將兩幅所述圖像輸出；

根據所述畸變參數對兩幅所述圖像進行畸變校正；

對經過畸變校正的圖像進行二值化、特征提取和亞像素定位，以獲取所述標志點在兩幅所述圖像中各自的圖像物理坐標系的三維坐標；

根據所述圖像物理坐標系的三維坐標計算獲得兩個所述圖像采集單元的視差；

根據所述基線距離、所述圖像物理坐標系的三維坐標和所述視差計算獲得所述標志點在世界坐標系中的三維空間坐標。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，方法還包括：

根據兩個所述圖像采集單元實時采集的所有所述標志點的圖像確定所有所述標志點的實時三維空間坐標，將所述實時三維空間坐標通過系統辨識及解耦后確定的撓性運動參數對所述衛星太陽帆板進行振動模態的分析。