[發明專利]基于圓和線特征非合作目標相對位姿雙目視覺測量方法

有效

• 申請號: 202011138227.4
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112378383B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 胡慶雷;蔣催催;鄭建英;郭雷
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04;G01C1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于圓和線特征非合作目標相對位姿雙目視覺測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：通過圖像處理算法，提取非合作目標的圓特征和直線特征，得到圓特征成像后橢圓參數為：

au²+bv²+cuv+du+ev+f＝0 (1)

其中，a,b,c,d,e,f為橢圓方程參數，u,v為橢圓像素坐標；

直線特征方程為：

其中，為直線對應的齊次坐標；k₁，k₂，k₃為直線特征參數，且k₁u+k₂v+k₃＝0等式成立；

S2：基于步驟S1中得到的橢圓參數，計算圓特征的圓心位置和圓法向量，然后利用雙目視覺消除圓二義性，得到消除圓二義性后的圓法向量，具體過程為：

設定左目相機坐標系Σ_l為O_l-X_lY_lZ_l，右目相機坐標系Σ_r為O_r-X_rY_rZ_r，

采用雙目視覺得到4個圓法向量和對應的4個圓心坐標計算4個圓法向量的夾角：

其中，為左目相機坐標系Σ_l下的圓法向量，為右目相機坐標系Σ_r下的圓法向量，ψ₁為圓法向量的夾角，ψ₂為圓法向量的夾角，ψ₃為圓法向量的夾角，ψ₄為圓法向量的夾角；

找到4個夾角中最小的夾角，從而消除圓的二義性，定義消除圓二義性后的左目相機坐標系Σ_l下的圓法向量為圓心坐標為右目相機坐標系Σ_r下的圓法向量為圓心坐標為

將右目相機坐標系Σ_r下的圓心坐標從右目相機坐標系Σ_r轉換到左目相機坐標系Σ_l，得到非合作目標圓特征的圓心位置O_E為：

其中，^lR_r為雙目視覺相對姿態矩陣，^lt_r為相對位置矩陣；

S3：基于步驟S1中得到的直線特征參數，求得直線與相機原點構成線平面的法向量，并且基于步驟S2中得到的消除圓二義性后的圓法向量，定義圓和直線特征圖像處理算法下誤差的自適應系數；具體過程如下：

計算兩個圓法向量和的夾角ψ，并將其定義為圓圖像處理算法的圓誤差系數α：

α＝ψ (15)

定義非合作目標上有兩條平行直線L₁、L₂，分別在雙目中成像得到4個線平面法向量其中為左目相機坐標系Σ_l下的線平面法向量，為右目相機坐標系Σ_r下的線平面法向量，4個線平面法向量構成平面π₀，推導得到平面π₀的法向量

定義β表示直線圖像處理算法的直線誤差系數：

S4：基于步驟S3定義的自適應系數以及非合作目標直線與圓平行的約束，實現非合作目標翻滾角姿態測量，同時對消除圓二義性后的圓法向量進行修正，提高非合作目標姿態測量精度；具體過程如下：

直線L₁的方向向量滿足下列條件：

其中，π₁是直線L₁與相機原點形成的線平面，是平面π₁的法向量，定義π_Q表示圓平面，根據L₁//π_Q得到：

其中，n_E為非合作目標圓特征的圓法向量，

直線L₁的方向向量為：

定義非合作目標坐標系Σ_T為O_T-X_TY_TZ_T,其中Z_T軸與圓法向方向重合，Y_T軸與直線方向重合，X_T軸滿足右手法則，直線L₁的方向向量平行于非合作目標坐標系Y_T軸，因此，另外X_T軸和Z_T軸兩個坐標軸的方向向量分別為：

其中，分別為X_T軸、Y_T軸、Z_T軸的方向向量，

則非合作目標的姿態矩陣為