[发明专利]大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法

说明书

大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，涉及光学成像敏感器在轨标定技术领域；其步骤包括：星上靶标地面定标、双目相机六自由度运动、双目相机采集星上靶标图像、在轨参数解算、精度评估；本发明通过合理规划测例使得大视场双目相机的全视场均能得到有效标定；方法通过整体最优估计，同时求解双目相机的内、外参数，以保证相机参数的估计值能够使单个相机的物像共线关系、双相机之间的空间约束关系同时达到最优；方法考虑了光学系统的畸变修正，保证了相机的标定精度；方法利用双目相机测量的空间几何约束关系验证在轨校正精度，使得在轨精度验证不依赖于目标的绝对位置数据；标定参数可用于空间机械臂在轨标定。

技术领域

本发明涉及一种双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，特别是大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法。

背景技术

现有技术主要是针对单个相机在轨几何校正提出的方法。方法一般采用严格解析法或利用二次曲线等约束关系求解相机参数。前者在共线方程的基础上通过直接线性变换求解相机的焦距和图像中心等内参数，由于不考虑相机光学系统畸变误差，标定精度难以满足相机高精度测量的需要；另一方面，空间星上资源有限，相机和目标的安装位置相对固定，方法通常只能利用1张图像中少量的目标点标定相机参数，无法满足大视场、宽工作距相机全部视场和工作距离测量的需要。后一种方法不使用几何信息，利用二次曲线、二次曲面对相机内参数的约束关系线性求解相机参数，仅能够标定焦距、图像中心等内参数，无法提供相机的位置和姿态等外参数；由于约束关系不基于严格的物像对应关系，使得方法鲁棒性差。上述方法主要针对单个相机在轨参数标定需求，无法提供双目相机测量所需的左、右目相机之间的空间位置和姿态。精度验证方面，通常采用计算单个相机指向精度的方法，以及计算双目视觉系统三维恢复精度的方法验证双目相机参数的标定精度。上述验证方法需要目标的绝对位置坐标作为先验信息，不适用于在轨精度评估。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，通过合理规划测例使得大视场双目相机的全视场均能得到有效标定；同时求解双目相机的内、外参数，以保证相机参数的估计值能够使单个相机的物像共线关系、双相机之间的空间约束关系同时达到最优；保证了相机的标定精度；

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，包括如下步骤：

步骤(一)、利用摄影测量相机对星上靶标上的N个反射目标进行空间位置测量，测量N个反射目标的几何中心在星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C下的位置，设第i个反射目标的坐标值为(X_Ci，Y_Ci，Z_Ci)；X_Ci，Y_Ci，Z_Ci分别为第i个反射目标在星上靶标本体坐标系X_C方向、Y_C方向和Z_C方向的坐标分量；N为大于等于100的正整数；1≤i≤N，且i为正整数；

步骤(二)、在星上靶标上方10cm位置处安装基准镜；架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3，利用第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3准直建立基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J；