[發明專利]面向空間應用的視覺測量系統地面模擬評估系統及方法

有效

• 申請號: 201811507368.1
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109781068B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 陳磊;譚啟蒙;劉鑫;周永輝;梁常春;張運;陳明;高升;熊明華;胡成威
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李愛英;仇蕾安

1.一種面向空間應用的視覺測量系統地面模擬評估系統，其特征在于，包括相機、視覺標記、電子經緯儀三維測量系統、六自由度數顯調整臺、LED燈陣列和太陽模擬器；其中，太陽模擬器和LED燈陣列模擬空間光照條件，六自由度數顯調整臺固定支撐視覺標記，并帶動視覺標記進行勻速運動，相機采集視覺標記圖像，并輸出視覺標記的位姿測量值，電子經緯儀三維測量系統獲取相機和視覺標記之間的位姿真值，將測量值與真值進行對比評估相機的位姿測量精度；

其中，所述勻速運動的速度小于相機與視覺標記之間相對運動速度閾值，相對運動速度閾值即為相機所采集圖像因視覺標記速度過快而模糊的速度臨界值；

相機與視覺標記之間相對運動速度閾值v為：

其中，f為相機焦距；μ為單個像元尺寸大小，d為相機與視覺標記之間的觀測距離，T_曝為相機單次曝光時間。

2.如權利要求1所述的一種面向空間應用的視覺測量系統地面模擬評估系統，其特征在于，相機和視覺標記表面均固定安裝立方鏡，電子經緯儀三維測量系統通過對相機和視覺標記的立方鏡進行測量獲得相機和視覺標記之間的位姿真值。

3.如權利要求1所述的一種面向空間應用的視覺測量系統地面模擬評估系統，其特征在于，太陽模擬器的光照強度不低于10⁵勒克斯。

4.如權利要求1所述的一種面向空間應用的視覺測量系統地面模擬評估系統，其特征在于，LED燈陣列的光照強度不低于10⁵勒克斯，LED燈陣列的入射光線與相機的光軸呈45°夾角照射相機鏡頭。

5.一種面向空間應用的視覺測量系統地面模擬評估方法，其應用于權利要求1所述的一種面向空間應用的視覺測量系統地面模擬評估系統 ，包括以下步驟：

步驟一、調節太陽模擬器以設定的入射角度照射視覺標記表面，調整視覺標記與相機沿光軸方向的間距為設定值；

步驟二、將視覺標記調整至相機視場邊緣處，記為初始位置，利用電子經緯儀三維測量系統測量相機與視覺標記之間的位姿真值，并用相機采集初始位置處的視覺標記圖像，并輸出視覺標記的三維位姿，即得到相機與視覺標記之間的位姿測量值，將位姿測量值與對應的位姿真值相比較，二者之差即為相機在初始位置的測量誤差；

步驟三、設置六自由度數顯調整臺在垂直光軸的平面上做勻速運動，且勻速運動的速度小于相機與視覺標記之間相對運動速度閾值，相對運動速度閾值即為相機所采集圖像因視覺標記速度過快而模糊的速度臨界值；

相機與視覺標記之間相對運動速度閾值v為：

其中，f為相機焦距；μ為單個像元尺寸大小，d為相機與視覺標記之間的觀測距離，T_曝為相機單次曝光時間；

步驟四、視覺標記隨六自由度數顯調整臺以預設速度勻速移動時，相機按照預設的曝光時間采集視覺標記的圖像，并實時輸出視覺標記的位姿數據，記為位姿測量值，根據相機的曝光時間及視覺標記的速度計算視覺標記在不同時刻的位置數據，該位置數據與步驟二中電子經緯儀三維測量系統測得的位姿真值中的姿態數據組成多組視覺標記的位姿真值，將多組位姿真值和與之對應的位姿測量值相比較，得到相機在視覺標記運動狀態下的測量誤差；

步驟五、設置視覺標記運動至相機另一側視場邊緣后停止，記為終止位置，按照步驟二的操作，得到相機在終止位置的測量誤差；

步驟六、改變太陽模擬器的入射角度、視覺標記與相機沿光軸方向的間距及六自由度數顯調整臺的速度，重復執行步驟一至步驟五，得到不同工況下的相機測量誤差。

6.如權利要求5所述的一種面向空間應用的視覺測量系統地面模擬評估方法，其特征在于，在步驟二、步驟四和步驟五中，相機按照先雙目后單目的測量順序采集視覺標記圖像，從而獲得雙目及單目兩種模式下的位姿測量值。

7.如權利要求5所述的一種面向空間應用的視覺測量系統地面模擬評估方法，其特征在于，調節太陽模擬器以不同的入射角度：0°、45°、90°、135°和180°照射視覺標記表面。