[发明专利]基于分支重构配准的非合作目标三维重建方法

说明书

本发明涉及一种基于分支重构配准的非合作目标三维重建方法，属于计算机视觉领域。该方法在给定多角度图片序列的情况下，首先将图片序列分类，使用运动恢复结构算法获得各类图片序列对应的三维点云数据。之后将各类点云数据进行尺度统一，再使用点云配准算法对各类点云进行配准重建，进而实现对空间非合作目标的三维重建。本发明将图片序列分类后并行重建，进而减少了重建过程中的时间消耗，提高了重建效率，可以满足航天器操作的实时性要求。将各类重建后的点云数据进行配准，最终重建得到的点云更加稠密，提高了重建精度。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体涉及一种基于分支重构配准的非合作目标三维重建方法。

背景技术

近年来，随着航天技术的发展和人类对外太空资源探索的深入，航天器逐步应用到了社会、军事、经济等多个领域。然而，由于地球对航天器的引力作用微弱，航天器发生故障或完成任务被丢弃后并不能自行坠入到大气层销毁，而是继续滞留在轨道圈内自由漂浮，成为太空垃圾。受限于卫星停靠位置的限制，对轨道圈太空垃圾的清理刻不容缓。此外，随着技术的发展，各类航天器的结构变得更加精密复杂，造价也相对增高。为尽可能的节约制造成本，延长使用寿命、提高工作能力，航天器需要有在轨维修的功能。获取目标的准确位置信息，完成空间交互对接是实现上述故障卫星维修，太空垃圾清理等在轨服务任务的首要条件。因此，作为一种有效的获取目标位置信息技术手段，空间非合作目标(不能提供有效合作信息、失去合作表示的航天器)三维重建逐渐成为了研究热点。

随着空间技术的发展，空间合作目标的抓捕技术已经比较成熟，在具有目标先验知识的情况下，可以实现对目标姿态、速度等信息的解算，相关技术已成功应用于如空间交互对接、燃料补给、货物运输等一些航天器的在轨任务中。

然而实际的空间任务更多是非合作的，事先并不知道目标的运动情况和其在空间轨道内的位置姿态参数信息。目前，针对空间非合作目标的三维重建，主要的技术方案分为基于激光扫描(扫描激光雷达、TOF闪光激光雷达)的方法和基于相机投影几何(结构光相机、立体视觉相机等)的方法两类。其中，基于激光扫描的方法由激光测距仪发射光束到物体表面，根据发送信号和接收信号的时间差确定物体距激光测距仪的距离，进而确定物体的大小和形状。这种方法生成模型的精度较高，但得到的点云数据较为庞大，且之后还需要对多个视角下的点云数据进行配准，耗时较长，不能满足空间操作的实时性要求。基于投影几何的典型代表方法就是运动恢复结构法(Structure from Motion，SfM)。该方法首先从多个视点捕获多张图像，然后检测图像中的关键点，并使用特征匹配算法获得图像之间像素点的对应关系，再结合匹配约束和三角测量原理获得空间点的三维坐标信息，最终重建出物体的三维信息。该类方法对图像的要求较低，具有较强的鲁棒性和实用价值，但其重建出来的点云数据较为稀疏，且重建耗时长，不能满足实时性要求。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于分支重构配准的非合作目标三维重建方法。

技术方案

一种基于分支重构配准的非合作目标三维重建方法，其特征在于步骤如下：

S1：对输入的多角度图片序列进行分类处理；

S2：对每一类别的图片序列，同时使用SfM技术获得对应的三维点云数据；

S3：将不同尺度的点云数据进行尺度统一；

S4：使用两两配准算法，将相邻类别图片序列获取到的三维点云数据两两配准，进而获得重建点云。

本发明进一步的技术方案：S1中对多角度图片序列按照时序进行分类的步骤包括：

S11：将获取到的图片序列按照时序编号1-N；

S12：设定类别大小K和类间的重叠率r，计算类别数目：