[發明專利]基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對位姿測量方法及裝置

有效

• 申請號: 202010499036.4
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111551151B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 黃磊
• 申請（專利權）人: 江蘇集萃智能光電系統研究所有限公司
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C11/02;G01C11/04
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 王會

1.基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對位姿測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

a、飛行測量啟動前，將若干個合作標識合理分布粘貼于氣囊底表面，雙目相機、照明光源和嵌入式處理器固定于吊艙內，雙目相機和照明光源均與嵌入式處理器連接；

b、建立氣囊坐標系和吊艙坐標系，并結合標定靶標建立雙目立體視覺測量系統坐標系，并將各坐標系進行統一，標定得到的各項參數導入嵌入式處理器中，準備測量；

c、啟動測量后，嵌入式處理器控制照明光源常亮，雙目相機連續采集圖像并傳送至嵌入式處理器中，嵌入式處理器對得到的圖像進行處理，提取合作標識的圖像中心位置；

d、計算各合作標識在雙目立體視覺測量系統坐標系下的坐標，并轉換到吊艙坐標系下，得到氣囊坐標系相對吊艙坐標系的位置姿態；

e、嵌入式處理器將所得結果實時傳輸給后端控制器；

步驟a中，將黑色吸光布和亮銀化纖反光布裁剪制作成X型角點特征作為合作標識，選用九個合作標識作為特征沿氣囊骨架粘貼至氣囊底表面；

步驟b中，氣囊坐標系、吊艙坐標系、雙目立體視覺測量系統坐標系的建立和標定步驟如下：

(1)雙目相機安裝前，需在實驗室環境下標定好各相機內參；

(2)使用全站儀對氣囊上設計時用于定義自身坐標系的特征進行測量，建立氣囊坐標系；

(3)將氣囊坐標系設置為全站儀內置測量坐標系，測量粘貼好的合作標識的坐標，得到所有合作標識在氣囊坐標系下的坐標，并對其按規律進行編號；

(4)使用全站儀對吊艙上設計時用于定義自身坐標系的特征進行測量，建立吊艙坐標系；

(5)使用連桿靶標對固定好的雙目相機進行雙目結構參數標定，在標定過程中，連桿靶標不斷變換位置姿態，同時兩個相機分別拍攝連桿兩端的光刻靶標，從而標定出雙目相機之間的旋轉平移關系；

(6)在使用連桿靶標標定雙目結構參數的同時，將吊艙坐標系設置為全站儀內置測量坐標系，同步測量連桿靶標上的特征點，得到其在吊艙坐標系下的坐標；在連桿靶標上的光刻靶標和特征點關系已知的條件下，即可標定出吊艙坐標系和雙目立體視覺測量系統坐標系之間的旋轉平移關系；

(7)將標定結果導入嵌入式處理器中。

2.根據權利要求1所述的基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對位姿測量方法，其特征在于，步驟a中，所述吊艙外殼上表面設計三個開窗，窗口覆蓋鍍膜玻璃以隔離吊艙內外，雙目相機和照明光源分別安裝于吊艙內對應的三個窗口處且方向朝上，調整雙目相機和照明光源視角，保證相機和照明視場能夠覆蓋合作標識運動區間，固定好雙目相機的位置，保證在飛行運動過程中相機位置不發生變動。

3.根據權利要求1所述的基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對位姿測量方法，其特征在于，步驟d中，具體步驟如下：

(1)通過極線約束和圖像序列一致性約束對雙目相機同步采集的圖像所提取的合作標識進行匹配，得到各合作標識的編號；

(2)結合圖像序列一致性約束進行特征點的匹配，對匹配好的各特征點進行雙目三維重建，得到雙目立體視覺測量系統坐標系下所有合作標識的空間坐標；

圖像序列一致性約束是指2幅圖像中同一極線上的對應匹配點的順序是一致的，不能出現圖像特征序列和空間坐標序列交叉的現象；

(3)將雙目立體視覺測量系統坐標系下的合作標識坐標變換到吊艙坐標系下；

(4)在已知吊艙坐標系下的合作標識坐標，以及標定得到的氣囊坐標系下的合作標識坐標后，通過公共點轉站計算得到氣囊坐標系相對吊艙坐標系的位置姿態變換關系。

4.采用權利要求1-3任一所述的基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對位姿測量方法的裝置，包括氣囊和吊艙，其特征在于，所述氣囊底表面設置若干個合作標識，雙目相機、照明光源和嵌入式處理器固定于吊艙內，雙目相機和照明光源均與嵌入式處理器連接，嵌入式處理器與后端控制器連接進行數據傳輸。