[發(fā)明專利]基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對(duì)位姿測(cè)量方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010499036.4
• 申請(qǐng)日: 2020-06-04
• 公開（公告）號(hào): CN111551151B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇集萃智能光電系統(tǒng)研究所有限公司
• 主分類號(hào): G01C11/00
• 分類號(hào): G01C11/00;G01C11/02;G01C11/04
• 代理公司: 蘇州國(guó)誠(chéng)專利代理有限公司 32293
• 代理人: 王會(huì)

本發(fā)明基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對(duì)位姿測(cè)量方法及裝置，建立氣囊坐標(biāo)系、吊艙坐標(biāo)系和測(cè)量系統(tǒng)坐標(biāo)系，建立各坐標(biāo)系間的關(guān)系，通過(guò)雙目相機(jī)采集圖像并傳送至嵌入式處理器處理，提取合作標(biāo)識(shí)的圖像中心位置，計(jì)算各合作標(biāo)識(shí)在雙目立體視覺測(cè)量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)換到吊艙坐標(biāo)系下，得到氣囊坐標(biāo)系相對(duì)吊艙坐標(biāo)系的相對(duì)位姿。本發(fā)明提供的基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對(duì)位姿測(cè)量方法及裝置，基于照明反光的特征合作標(biāo)識(shí)、雙目相機(jī)及機(jī)載嵌入式處理器有效實(shí)現(xiàn)臨近空間飛行器在飛行過(guò)程中氣囊和吊艙的相對(duì)位姿測(cè)量，滿足輕量化、低功耗需求，可在復(fù)雜的成像條件下從氣囊表面提取合作標(biāo)識(shí)，對(duì)保障飛行安全、控制飛行運(yùn)動(dòng)具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于臨近空間飛行器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對(duì)位姿測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)

臨近空間是指高度在20～100km的空域，與傳統(tǒng)意義上的航空空間相比，它能提供更多的信息，作為一個(gè)新的空域，上可制天，下可制空、制海、制地，將成為未來(lái)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。臨近空間飛行器主要由充滿氮?dú)獾臍饽液脱b載設(shè)備的吊艙組成，兩者之間由纜繩連接，用于空間和地面探測(cè)，因此在飛行中實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)烧咧g的相對(duì)位姿關(guān)系對(duì)于保障飛行安全、控制飛行運(yùn)動(dòng)具有重要意義。

目前關(guān)于臨近空間飛行器的氣囊和吊艙相對(duì)位姿的測(cè)量手段尚無(wú)公開發(fā)表的相關(guān)報(bào)道，當(dāng)前已有的位姿測(cè)量方法只能針對(duì)單個(gè)載體，即氣囊和吊艙的位置姿態(tài)獨(dú)立測(cè)量，主要使用慣導(dǎo)方法和全球定位系統(tǒng)(GPS)方法。但以上方法無(wú)法獲取氣囊和吊艙之間的相對(duì)位姿。視覺測(cè)量以其測(cè)量范圍大、測(cè)量過(guò)程非接觸等優(yōu)勢(shì)，在測(cè)量領(lǐng)域具有不可替代的地位。因此，基于視覺的位姿測(cè)量技術(shù)是解決此類問(wèn)題的一項(xiàng)重要關(guān)鍵技術(shù)。

臨近空間飛行器的相對(duì)位姿測(cè)量，旨在解決飛行過(guò)程中其氣囊相對(duì)吊艙的位置姿態(tài)的高精度實(shí)時(shí)測(cè)量。臨近空間飛行器體積大，相機(jī)測(cè)量視場(chǎng)大且測(cè)量視場(chǎng)朝上，實(shí)現(xiàn)各測(cè)量系統(tǒng)之間關(guān)系的標(biāo)定是個(gè)重要難題。再者，測(cè)量系統(tǒng)面臨著復(fù)雜的成像條件，一是由于對(duì)天觀測(cè)，易受太陽(yáng)干擾；二是從地面到最高空位置成像條件變化劇烈，靠近地面有大地反光和空氣折射，空間亮度均勻，往上至最高空則空氣稀薄，導(dǎo)致背光和逆光成像差異巨大，而被測(cè)的氣囊表面缺乏明顯特征，在復(fù)雜的成像條件下難以從氣囊表面提取特征進(jìn)行計(jì)算。而且，測(cè)量系統(tǒng)需安裝于吊艙內(nèi)作為機(jī)載設(shè)備，這對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的輕量化、低功耗提出了較高要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對(duì)位姿測(cè)量方法及裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

基于雙目視覺的臨近空間飛行器相對(duì)位姿測(cè)量方法，包括以下步驟：

a、飛行測(cè)量啟動(dòng)前，將若干個(gè)合作標(biāo)識(shí)合理分布粘貼于氣囊底表面，雙目相機(jī)、照明光源和嵌入式處理器固定于吊艙內(nèi)，雙目相機(jī)和照明光源均與嵌入式處理器連接；

b、建立氣囊坐標(biāo)系和吊艙坐標(biāo)系，并結(jié)合標(biāo)定靶標(biāo)建立雙目立體視覺測(cè)量系統(tǒng)坐標(biāo)系，并將各坐標(biāo)系進(jìn)行統(tǒng)一，標(biāo)定得到的各項(xiàng)參數(shù)導(dǎo)入嵌入式處理器中，準(zhǔn)備測(cè)量；

c、啟動(dòng)測(cè)量后，嵌入式處理器控制照明光源常亮，雙目相機(jī)連續(xù)采集圖像并傳送至嵌入式處理器中，嵌入式處理器對(duì)得到的圖像進(jìn)行處理，提取合作標(biāo)識(shí)的圖像中心位置；

d、計(jì)算各合作標(biāo)識(shí)在雙目立體視覺測(cè)量系統(tǒng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)換到吊艙坐標(biāo)系下，得到氣囊坐標(biāo)系相對(duì)吊艙坐標(biāo)系的位置姿態(tài)；

e、嵌入式處理器將所得結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸給后端控制器。

進(jìn)一步的，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(diǎn)特征作為合作標(biāo)識(shí)，選用九個(gè)合作標(biāo)識(shí)作為特征沿氣囊骨架粘貼至氣囊底表面。