[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于雙目視覺(jué)的非合作目標(biāo)相對(duì)狀態(tài)解算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810041155.8
• 申請(qǐng)日: 2018-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108376411B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱程廣;趙健康;劉傳奇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/73
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/73
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發(fā)明提供了一種基于雙目視覺(jué)的非合作目標(biāo)相對(duì)狀態(tài)解算方法，包括如下步驟：步驟S1：解算載體表面特征點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的3D坐標(biāo)；步驟S2：解算目標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的相對(duì)姿態(tài)；步驟S3：解算目標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的相對(duì)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明可以計(jì)算相對(duì)位置、相對(duì)姿態(tài)和相對(duì)轉(zhuǎn)速；可以不需要跟蹤一組特征點(diǎn)，只要保證相鄰時(shí)刻匹配成功特征點(diǎn)數(shù)不少于4即可實(shí)現(xiàn)相對(duì)狀態(tài)估計(jì)；相對(duì)狀態(tài)估計(jì)精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙目視覺(jué)的非合作目標(biāo)相對(duì)狀態(tài)解算方法，該方法利用雙目視覺(jué)原理解算目標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系狀態(tài)。

背景技術(shù)

雙目視覺(jué)作為兩坐標(biāo)系之間相對(duì)狀態(tài)的測(cè)量方案，一直都是科學(xué)研究的熱點(diǎn)，尤其在室內(nèi)定位、非合作目標(biāo)相對(duì)姿態(tài)估計(jì)等領(lǐng)域，相關(guān)研究的相對(duì)狀態(tài)包括，兩坐標(biāo)系之間的相對(duì)姿態(tài)、相對(duì)轉(zhuǎn)速和相對(duì)位置。然而相對(duì)轉(zhuǎn)速解算的研究相對(duì)較少，且解算精度較低，導(dǎo)致該結(jié)果的原因包括：

1)特征點(diǎn)位置精度較低；

2)由于復(fù)雜環(huán)境下，前后時(shí)刻特征點(diǎn)匹配難度較大，即跟蹤同一組測(cè)量點(diǎn)難度較大；

3)載體運(yùn)動(dòng)信息未知。

經(jīng)過(guò)檢索發(fā)現(xiàn)：

文章號(hào)為1674-1579(2010)01-0024-07劉智勇等在《空間控制技術(shù)與應(yīng)用》在2010年第1期36卷24～29頁(yè)上發(fā)表的《轉(zhuǎn)動(dòng)慣量未知的非合作目標(biāo)角速度估計(jì)方法研究》，提出了一種針對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量未知的非合作目標(biāo)的姿態(tài)角速度估計(jì)問(wèn)題，將解算得到的非合作目標(biāo)的慣性姿態(tài)作為測(cè)量信息，估計(jì)姿態(tài)角速度和姿態(tài)動(dòng)力學(xué)參數(shù)(即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比)。首先，應(yīng)用非線性控制系統(tǒng)的幾何理論對(duì)待估計(jì)的狀態(tài)擴(kuò)展系統(tǒng)進(jìn)行能觀性分析。然后，利用UKF設(shè)計(jì)相應(yīng)的濾波估計(jì)方法。仿真結(jié)果表明，該文章所設(shè)計(jì)的方法能夠估計(jì)出非合作目標(biāo)的姿態(tài)角速度與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比。但是，該文章所設(shè)計(jì)的方法，仍然存在如下問(wèn)題：

該文中提出的觀測(cè)量未給出具體的計(jì)算方法，而基于雙目視覺(jué)實(shí)現(xiàn)特征匹配，其坐標(biāo)計(jì)算、四算數(shù)估計(jì)時(shí)誤差較大，該文章所提出的方法仍無(wú)法解決解算精度較低的問(wèn)題。

目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明類(lèi)似技術(shù)的說(shuō)明或報(bào)道，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類(lèi)似的資料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于雙目視覺(jué)的非合作目標(biāo)相對(duì)狀態(tài)解算方法，該方法能夠提高相機(jī)坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)姿態(tài)解算精度以及提高相機(jī)坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)轉(zhuǎn)速解算精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種基于雙目視覺(jué)的非合作目標(biāo)相對(duì)狀態(tài)解算方法，包括如下步驟：

步驟S1：解算載體表面特征點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系下的3D坐標(biāo)；

步驟S2：解算目標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的相對(duì)姿態(tài)；

步驟S3：解算目標(biāo)坐標(biāo)系相對(duì)相機(jī)坐標(biāo)系的相對(duì)轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選地，步驟S1，包括如下步驟：

步驟S1.1：如圖1所示，基于雙目視覺(jué)原理解算非合作目標(biāo)相對(duì)航天器的相對(duì)狀態(tài)的原理是在航天器的質(zhì)心處安裝雙目相機(jī)，航天器記為L(zhǎng),以左相機(jī)的相機(jī)坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系，記為非合作目標(biāo)記為F,由初始時(shí)刻獲取的特征點(diǎn)建立的坐標(biāo)系建立目標(biāo)坐標(biāo)系，記為利用雙目相機(jī)采集圖像，記錄圖像采集的時(shí)刻t_i或記錄相鄰兩個(gè)圖像采集的間隔Δt_i，其中i表示采集圖像的索引；

Δt_i＝t_i+1-t_i (1)；

步驟S1.2：利用SIFT或SURF算法匹配雙目相機(jī)的左、右相機(jī)圖像的載體表面特征點(diǎn)，記ⁱN表示在t_i時(shí)刻匹配成功的特征點(diǎn)個(gè)數(shù)；