[发明专利]基于二维相机和三维相机融合的非合作目标位姿测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对于非合作目标进行位姿测量的方法，属于三维视觉的目标位姿测量领域。

背景技术

故障航天器的在轨捕获与维修、空间垃圾清除等空间活动已成为航天技术发展需要面对和解决的重要课题，非合作目标的位姿测量技术又是解决这些问题必需的关键技术。与合作目标航天器位姿测量不同，非合作目标本身没有配备目标标识器和交会敏感器，这就使得非合作目标位姿测量具有一定的困难。非合作目标的相对位姿测量研究有着广泛和重要的意义。

现有的一些技术有基于单目视觉的非合作目标位姿测量方法和基于双目视觉的非合作目标位姿测量方法。单目视觉测量算法有相似迭代算法，该算法根据相似三角形原理推导出一种深度迭代机制，通过深度估计和绝对方位问题求解两个步骤对相对位置和姿态参数进行迭代计算；基于双目视觉是对所提取的左、右相机图像的点特征进行3D重构，得到各点在世界坐标系中的坐标，并据此建立目标坐标系，求出其相对于世界坐标系的位置和姿态。

以上方法在具体实现上存在以下不足：

1、多数方法在测量时需要提供非合作目标的详细模型或者结构等特点，这使得方法的适应性和普遍性降低。

2、对于双目立体视觉来说，测量过程中各种误差和特征点匹配错误等因素导致解析解算法可能产生很大的误差，达不到精度要求。

3、迭代求解的方式出现多值结果，带来识别的困难，迭代求解的收敛性和收敛速度将极大影响测量精度，而迭代过程的收敛性和收敛速度主要取决于迭代算法和初值选取。

发明内容

本发明针对上述现有技术所存在的不足，提供一种基于二维相机和三维相机融合的非合作目标位姿测量方法，以克服迭代运算繁琐和特征点提取困难等缺点，快速求解出满足精度要求的位姿信息。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于二维相机和三维相机融合的非合作目标位姿测量方法，按如下步骤进行：

1)将二维相机叠加在三维相机的正上方，组合成相机测量系统，通过标定使得二维相机光心和三维相机光心在同一个竖直线上；由所述二维相机获取非合作目标的二维图像信息，由所述三维相机获取非合作目标的灰度信息、深度信息及调制信号的幅度信息，将所获得的二维图像信息、灰度信息、深度信息及幅度信息通过数据融合方法获得非合作目标三维图像；

2)在所述非合作目标三维图像中选取非合作目标中的三个非共线的特征点作为标记点P_i，i＝1，2，3；根据三维空间坐标计算方法计算出各标记点P_i在非合作目标坐标系O_o-X_oY_oZ_o下的标记点坐标P_i＝(X_i，Y_i，Z_i)，i＝1，2，3，通过标记点P₁和标记点P₂之间的坐标相减获得向量通过标记点P₁和标记点P₃之间的坐标相减获得向量对所述向量和向量分别进行向量单位化后求出两个线性无关的单位列向量和令为所构成的单位列向量，构造出三个标记点Pi在非合作目标坐标系O_o-X_oY_oZ_o下的向量组：no=[no1→,no2→,no3→];]]>