[發(fā)明專利]一種嵌入式的雙目非合作目標(biāo)相對位姿測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010324661.5
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111536981B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段慧仙;裴浩東;劉云猛;周姍姍;項慶;陸佳琪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 北京恒律知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11416
• 代理人: 劉鳳玲

本發(fā)明公開了一種嵌入式的雙目非合作目標(biāo)相對位姿測量方法，該方法包括以下步驟：首先，對雙目相機(jī)進(jìn)行離線參數(shù)標(biāo)定，獲取雙目相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)及畸變參數(shù)；其次，用兩個圖像處理板分別處理左右相機(jī)采集的非合作目標(biāo)圖像，提取非合作目標(biāo)主體的邊框角點、對接環(huán)等特征信息；再次，用一個主控板將圖像處理板傳輸過來的左右圖像特征進(jìn)行匹配，恢復(fù)匹配特征的三維坐標(biāo)；最后，在主控板上計算得到非合作目標(biāo)相對于雙目相機(jī)的位置和姿態(tài)，得到非合作目標(biāo)坐標(biāo)系與雙目相機(jī)坐標(biāo)系之間的相對位姿。本發(fā)明通過雙目相機(jī)結(jié)合非合作目標(biāo)主體的特征信息，計算出非合作目標(biāo)的相對位姿，實現(xiàn)了在軌維修航天器時非合作目標(biāo)相對位姿測量的實時性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了在嵌入式領(lǐng)域的一種雙目非合作目標(biāo)相對位姿測量方法，尤其涉及計算機(jī)視覺、智能控制等領(lǐng)域的非合作目標(biāo)相對位姿解算方法。

背景技術(shù)

空間目標(biāo)相對位姿測量是未來空間在軌維修航天器的關(guān)鍵技術(shù)，特別是空間非合作目標(biāo)，由于其運動情況和空間結(jié)構(gòu)均未知，如何快速、準(zhǔn)確地識別目標(biāo)，并解算出目標(biāo)的相對位姿是主要難點。

歐空局開展的地球靜止軌道恢復(fù)器項目通過繩系飛網(wǎng)或飛爪對廢棄航天器進(jìn)行抓捕，在抓捕過程中利用激光測距、視覺測量等手段獲取非合作目標(biāo)的相對位姿參數(shù)。日本國家信息和通信技術(shù)研究中心提出通過雙目立體視覺對非合作目標(biāo)進(jìn)行整體監(jiān)控以及相對位姿測量的在軌服務(wù)系統(tǒng)。美國國防高級研究計劃局的PHOENIX計劃采用三目立體視覺對逼近階段的非合作航天器相對位姿參數(shù)進(jìn)行測量。近年來，國內(nèi)學(xué)者針對這一問題也開展了大量研究，提出了基于單目視覺、雙目視覺的非合作航天器相對位姿測量方法。但基于單目測量方法需要提供非合作航天器的形狀及尺寸信息，基于雙目測量方法要么在初始階段需操作人員參與，要么僅僅在近距離、小模型下進(jìn)行了實驗驗證。

發(fā)明內(nèi)容

針對空間非合作目標(biāo)相對位姿解算所存在的問題，本發(fā)明提供了一種嵌入式的雙目非合作目標(biāo)相對位姿測量方法，以實現(xiàn)在軌維修航天器時不需人工參與、實時解算出目標(biāo)的相對位姿。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明公開了一種嵌入式的雙目非合作目標(biāo)相對位姿測量方法，所述方法包括以下步驟：

1)：利用黑白棋盤格對雙目相機(jī)進(jìn)行離線標(biāo)定，得到雙目相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)和畸變參數(shù)，具體步驟如下：

1-1)：坐標(biāo)系的建立主要包括雙目相機(jī)坐標(biāo)系和非合作目標(biāo)主體坐標(biāo)系。

雙目相機(jī)坐標(biāo)系{O_c-X_cY_cZ_c}：左相機(jī)的光心作為原點O_c；左右相機(jī)光心連線，并指向右相機(jī)作為X_c軸；左相機(jī)光軸作為Z_c軸；通過原點O_c，X_c軸和Z_c軸的叉乘作為Y_c軸。

非合作目標(biāo)主體坐標(biāo)系{O_s-X_sY_sZ_s}：非合作目標(biāo)主體上對接環(huán)中心作為原點O_s；經(jīng)過原點O_s，平行于對接環(huán)表面的法向量并指向雙目相機(jī)作為Z_s軸；經(jīng)過原點O_s，對接環(huán)中心與左上角邊框角點A的連線為X_s軸；經(jīng)過原點O_s，X_s軸和Z_s軸的叉乘作為Y_s軸。