[发明专利]一种基于双目视觉的非合作目标相对状态解算方法

说明书

本发明提供了一种基于双目视觉的非合作目标相对状态解算方法，包括如下步骤：步骤S1：解算载体表面特征点在相机坐标系下的3D坐标；步骤S2：解算目标坐标系相对相机坐标系的相对姿态；步骤S3：解算目标坐标系相对相机坐标系的相对转速。本发明可以计算相对位置、相对姿态和相对转速；可以不需要跟踪一组特征点，只要保证相邻时刻匹配成功特征点数不少于4即可实现相对状态估计；相对状态估计精度高。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，尤其涉及一种基于双目视觉的非合作目标相对状态解算方法，该方法利用双目视觉原理解算目标坐标系相对相机坐标系状态。

背景技术

双目视觉作为两坐标系之间相对状态的测量方案，一直都是科学研究的热点，尤其在室内定位、非合作目标相对姿态估计等领域，相关研究的相对状态包括，两坐标系之间的相对姿态、相对转速和相对位置。然而相对转速解算的研究相对较少，且解算精度较低，导致该结果的原因包括：

1)特征点位置精度较低；

2)由于复杂环境下，前后时刻特征点匹配难度较大，即跟踪同一组测量点难度较大；

3)载体运动信息未知。

经过检索发现：

文章号为1674-1579(2010)01-0024-07刘智勇等在《空间控制技术与应用》在2010年第1期36卷24～29页上发表的《转动惯量未知的非合作目标角速度估计方法研究》，提出了一种针对转动惯量未知的非合作目标的姿态角速度估计问题，将解算得到的非合作目标的惯性姿态作为测量信息，估计姿态角速度和姿态动力学参数(即转动惯量比)。首先，应用非线性控制系统的几何理论对待估计的状态扩展系统进行能观性分析。然后，利用UKF设计相应的滤波估计方法。仿真结果表明，该文章所设计的方法能够估计出非合作目标的姿态角速度与转动惯量比。但是，该文章所设计的方法，仍然存在如下问题：

该文中提出的观测量未给出具体的计算方法，而基于双目视觉实现特征匹配，其坐标计算、四算数估计时误差较大，该文章所提出的方法仍无法解决解算精度较低的问题。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于双目视觉的非合作目标相对状态解算方法，该方法能够提高相机坐标系与目标坐标系相对姿态解算精度以及提高相机坐标系与目标坐标系相对转速解算精度。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于双目视觉的非合作目标相对状态解算方法，包括如下步骤：

步骤S1：解算载体表面特征点在相机坐标系下的3D坐标；

步骤S2：解算目标坐标系相对相机坐标系的相对姿态；

步骤S3：解算目标坐标系相对相机坐标系的相对转速。

优选地，步骤S1，包括如下步骤：

步骤S1.1：如图1所示，基于双目视觉原理解算非合作目标相对航天器的相对状态的原理是在航天器的质心处安装双目相机，航天器记为L,以左相机的相机坐标系作为参考坐标系，记为非合作目标记为F,由初始时刻获取的特征点建立的坐标系建立目标坐标系，记为利用双目相机采集图像，记录图像采集的时刻t_i或记录相邻两个图像采集的间隔Δt_i，其中i表示采集图像的索引；

Δt_i＝t_i+1-t_i (1)；

步骤S1.2：利用SIFT或SURF算法匹配双目相机的左、右相机图像的载体表面特征点，记ⁱN表示在t_i时刻匹配成功的特征点个数；