[發明專利]一種自主空中加油場景下錐套目標的單目視覺位姿解算方法

有效

• 申請號: 202110941432.2
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113724326B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 趙科東;孫永榮;張怡;李華;吳玲
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06F30/20;G06F119/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種自主空中加油場景下錐套目標的單目視覺位姿解算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)提取待解算位姿的錐套目標的實時圖像中與錐套上圓對應的圖像特征，包含一個內圓和傘骨上的若干個圓；

(2)用步驟(1)提取得到的內圓在圖像坐標系的橢圓參數和實際已知的加油錐套內部圓形加油口的半徑大小進行位姿解算，得到二義性位姿解，即兩組可能的位姿解；

(3)利用步驟(2)提取的傘骨上若干個圓的圖像特征與步驟(2)解算的兩組位姿解，恢復出兩個待定的目標空間結構；

(4)運行二級共軸約束，排除步驟(2)解算結果的二義性，得到內圓解算的唯一解，一并得到其余傘骨上圓解算的唯一位姿解；

(5)融合多圓特征求解位姿；

所述步驟(3)包括以下步驟：

(31)均勻提取傘骨上每個圓的圖像特征上若干個點在圖像坐標系下的坐標；所述均勻提取指，以任意長軸為起始，繞橢圓中心逆時針方向按旋轉角度均勻等分；

(32)根據已知的錐套上各個圓平面的間距，計算傘骨上若干個圓所在平面，在相機坐標系下的“法線—截距”表達式的截距其中，公式中加減號為，圓所在平面比內圓靠近相機時為減號，遠離相機時為加號；n為內圓解算的目標法向量；O為內圓解算的目標位置坐標；d_*為各個對應的圓平面與內圓平面的間距；

(33)根據步驟(2)解算的兩組位姿解，計算每個點相機坐標系下反投影的三維點坐標恢復出兩個對應的空間結構；其中，K為相機內參矩陣；為圖像坐標系齊次坐標；

(34)以空間圓圓心必在任意兩點中垂面上，可用N個點構建(N-1)個線性無關的約束等式，并根據步驟(2)求解的平面的法向量，可求解兩個空間結構上M個共軸圓圓心的最小二乘解，并根據：

求解對應的空間結構上M個共軸圓的半徑r與圓度△r；其中，為圓上點的三維坐標。

2.根據權利要求1所述的自主空中加油場景下錐套目標的單目視覺位姿解算方法，其特征在于，步驟(1)所述圖像特征指錐套上圓在圖像坐標系中成像的橢圓參數，包括中心點坐標(u,v)，長軸a，短軸b以及傾角θ，單為分別為像素和度；所述內圓指加油錐套內部圓形加油口的圓。

3.根據權利要求1所述的自主空中加油場景下錐套目標的單目視覺位姿解算方法，其特征在于，所述步驟(4)包括以下步驟：

(41)計算步驟(3)得到內圓解算兩組位姿解對應空間結構的第一級共軸約束判斷量：

其中j＝1,2

(42)進行第一級共軸約束的二義性解排除；

(43)計算得到的若干個傘骨上圓的半徑，根據下式選擇對應半徑，

并根據步驟(2)中的位姿求解方法，可求解得到每個圓的兩組位姿解；

(44)運行第二級共軸約束的二義性解排除，并得到所有圓唯一的法向姿態解：

其中，和為第i個圓求解得到的兩個法向量。

4.根據權利要求1所述的自主空中加油場景下錐套目標的單目視覺位姿解算方法，其特征在于，所述步驟(5)通過以下公式實現：

其中，ξ^Tξ＝1，n_j為內圓解算法向姿態的唯一解和其余傘骨上圓的法向位姿唯一解。