[發(fā)明專利]基于非合作目標(biāo)協(xié)同測(cè)量方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810767690.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN109115184B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐文福;彭鍵清;梁斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號(hào): G01C11/04
• 分類號(hào): G01C11/04;B64G4/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 唐致明;洪銘福

本發(fā)明公開了一種基于虛擬立體視覺的非合作目標(biāo)協(xié)同測(cè)量方法，包括以下步驟：獲取非合作翻滾目標(biāo)的三維點(diǎn)云圖；提取出衛(wèi)星的噴嘴中心與三角支架內(nèi)切圓中心的相對(duì)位姿關(guān)系；對(duì)獲取的衛(wèi)星噴嘴與三角支架的圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理操作；通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲得在特定坐標(biāo)系下的位姿關(guān)系；求得所述衛(wèi)星噴嘴與三角支架內(nèi)切圓的半徑，以得到噴嘴與三角支架中心的位姿信息。以及一種基于虛擬立體視覺的非合作目標(biāo)協(xié)同測(cè)量系統(tǒng)。其降低了測(cè)量系統(tǒng)的硬件數(shù)量，擴(kuò)展了測(cè)量系統(tǒng)的能力，具有較高的計(jì)算效率，減少了傳感器的數(shù)量，降低了空間發(fā)射的成本，且拓展了空間測(cè)量的能力，廣泛應(yīng)用于空間非合作衛(wèi)星視覺測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間非合作失效衛(wèi)星視覺測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于非合作目標(biāo)協(xié)同測(cè)量方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著空間探索的不斷深入，在軌航天器數(shù)量越來越多，除了少部分仍然正常工作外，大部分已到壽命末期而被廢棄，且部分因?yàn)槌霈F(xiàn)故障而無法正常工作，使得軌道垃圾不斷累積。利用空間機(jī)器人進(jìn)行衛(wèi)星維修、軌道垃圾清理成為近年來熱門熱點(diǎn)的研究方向。然而，作為在軌維護(hù)的非合作目標(biāo)，大都處于翻滾狀態(tài)，動(dòng)力學(xué)特性極其復(fù)雜。

為了實(shí)現(xiàn)在軌服務(wù)，首先要解決的技術(shù)難點(diǎn)就是非合作目標(biāo)的視覺測(cè)量問題。由于失效目標(biāo)上沒有任何的合作標(biāo)識(shí)，且目標(biāo)又處于翻滾的狀態(tài)，這對(duì)非合作目標(biāo)的視覺測(cè)量造成了很大的影響。以往的視覺測(cè)量研究中，如美國(guó)的“通用航天器在軌修正系統(tǒng)”以及日本的ETS-VII項(xiàng)目等主要針對(duì)的是合作目標(biāo)的視覺測(cè)量。目前的研究，針對(duì)非合作目標(biāo)的視覺測(cè)量機(jī)械臂末端都需要攜帶雙目相機(jī)，在雙臂協(xié)同抓捕非合作目標(biāo)前，傳統(tǒng)的研究需要兩對(duì)雙目相機(jī)進(jìn)行雙臂的獨(dú)立測(cè)量(例如圓形的衛(wèi)星噴嘴，三角形的帆板支架等)，很難滿足空間視覺測(cè)量的實(shí)時(shí)性要求，同時(shí)圖像數(shù)據(jù)量很大，對(duì)星載系統(tǒng)的存儲(chǔ)能力和計(jì)算能力提出了更高的要求，不利于空間機(jī)器人的視覺測(cè)量，且為雙臂的協(xié)同捕獲帶來諸多不利因素。

為了減少雙臂測(cè)量過程中視覺傳感器的數(shù)量，降低圖像存儲(chǔ)量，提高視覺測(cè)量算法的效率，在保證測(cè)量精度的前提下有必要開展提高視覺計(jì)算速度的同時(shí)又能降低空間測(cè)量的成本、功耗與質(zhì)量等相關(guān)視覺測(cè)量技術(shù)的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種提高視覺計(jì)算速度、節(jié)省成本的基于非合作目標(biāo)協(xié)同測(cè)量方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種基于虛擬立體視覺的非合作目標(biāo)協(xié)同測(cè)量方法，包括以下步驟：

獲取非合作翻滾目標(biāo)的三維點(diǎn)云圖；

提取出所述三維點(diǎn)云圖中衛(wèi)星的噴嘴中心與三角支架內(nèi)切圓中心的相對(duì)位姿關(guān)系；

對(duì)獲取的衛(wèi)星噴嘴與三角支架的圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理操作；

對(duì)所述衛(wèi)星噴嘴與三角支架的圖像分別進(jìn)行處理，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲得在特定坐標(biāo)系下的位姿關(guān)系；

利用最小二乘法求得所述衛(wèi)星噴嘴與三角支架內(nèi)切圓的半徑，以得到噴嘴與三角支架中心的位姿信息。

作為該技術(shù)方案的改進(jìn)，通過采用雙目相機(jī)來獲取所述三維點(diǎn)云圖。

作為該技術(shù)方案的改進(jìn)，所述方法包括：通過Hough檢測(cè)獲取到衛(wèi)星的噴嘴中心及三角支架。

作為該技術(shù)方案的改進(jìn)，所述方法還包括：對(duì)獲取的衛(wèi)星噴嘴與三角支架的圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，并對(duì)所述圖像進(jìn)行濾波和邊緣檢測(cè)。

進(jìn)一步地，所述方法包括：通過分別設(shè)置于機(jī)器人左、右機(jī)械臂的單目相機(jī)來分別采集衛(wèi)星噴嘴與三角支架的圖像。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：對(duì)左臂手眼相機(jī)采集的圖像進(jìn)行Hough橢圓檢測(cè)，得到表示橢圓的相關(guān)參數(shù)；對(duì)右臂手眼相機(jī)進(jìn)行Hough直線檢測(cè)，并提取三條直線的交點(diǎn)，從而獲取三角支架的邊緣特征。