[发明专利]一种基于圆和十字特征组合的抗遮挡抗干扰的标志器识别与位姿测量方法

说明书

本发明公开了一种基于圆和十字特征组合的抗遮挡抗干扰的标志器识别与位姿测量方法，步骤包括：(1)获取标志器图像；(2)阈值分割、边缘检测；(3)识别标志器；(4)提取标志器特征点；(5)位姿解算。该方法运用图像识别手段解决了空间飞行器目标视觉位姿测量过程中在标志器被部分遮挡、干扰下识别和位姿测量问题，识别测量结果准确、可靠。

技术领域

本发明涉及一种标志器识别和位姿测量方法，尤其涉及一种基于圆和十字特征组合的抗遮挡抗干扰的标志器识别和位姿测量方法。

背景技术

基于视觉的目标位姿(位置、姿态)测量是光电精密测量技术领域重点研究的前沿方向，在空间探测、工业制造、机器人等领域扮演着举足轻重的作用。尤其在空间领域中，准确测量空间目标的位姿是直接关系到空间任务(交会对接、目标捕获、在轨装配和维修等)成功与否的重要前提。

视觉位姿测量可分为合作目标测量和非合作目标测量，合作目标测量由于具有精度高、测量技术成熟、可靠等优势，在空间领域广泛采用。目前已采用过的合作标志器形态多种多样，有利用特征点、特征线、特征圆等多种几何特征的，通过对合作标志器的特征识别提取，从而利用提取的特征点坐标重投影约束、特征直线斜率约束、特征圆的半径约束等解算出目标位姿。

根据秦丽娟等人的《基于矩形的三维物体位姿估计研究》(参见《计算机工程与科学》，2009年31卷(4)49-51页)，利用了矩形对边平行直线等条件构造了位姿解析解算方法，但未涉及利用圆形等几何特征。根据邓才华等人的《近景摄影测量圆形人工标志的量测方法及精度分析》(参见《矿山测量》，2011年12月(6期)39-41页)，研究了利用HOUGH变换检测图像椭圆中心的方法，但同样未涉及十字特征提取。中国专利CN201010563504.6中提出了一种基于特征线的运动目标位姿光学测量方法，方法中利用了两条相交直线上4个特征点不重合且不共线条件，解算目标位置姿态，未涉及利用圆形和十字组合特征的识别和位姿测量方法。综上所述，上述方法均未涉及利用圆形和十字组合特征的抗遮挡和抗干扰的识别标志器并解算位姿方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于圆和十字特征组合的抗遮挡抗干扰的标志器识别与位姿测量方法。步骤包括：(1)获取标志器图像；(2)阈值分割、边缘检测；(2)识别标志器；(4)提取标志器特征点；(5)位姿解算。该方法运用图像处理手段解决了航天器空间交会对接视觉位姿测量过程中在标志器被部分遮挡、干扰下识别和位姿测量问题，识别测量结果准确、可靠。

本发明采用的技术方案为：一种基于圆和十字特征组合的抗遮挡抗干扰的标志器识别与位姿测量方法，步骤如下：

步骤(1)、设置标志器由高反光圆形和十字图形构成，十字图形位于圆形内部，十字图形4个顶点与圆形内接，且圆形圆心与十字中心重合。获取合作标志器图像；

步骤(2)、将步骤(1)获取的图像进行阈值分割和边缘检测，获取图像边缘；

步骤(3)、识别标志器。通过检测到椭圆的中心坐标和十字的中心坐标重合程度，识别出标志器。

所述步骤(3)具体为：

a、通过HOUGH变换检测图像中的椭圆环，并拟合得到图像中椭圆环的中线长轴长度l_i、短轴长度s_i，其中1iN_e，i为图像中检测到的椭圆环的中线的序号，N_e为图像中检测到椭圆环的中线总数；由于标志器圆形和相机之间呈一定角度成像关系，因此，标志器圆形成像后呈椭圆，且椭圆环的中线长轴l_i和短轴s_i比值应满足以下关系。

σ为预先设置的椭圆长轴和短轴比值阈值，和相机与标志器最大成像角度有关。获取满足上述关系的椭圆环的中心坐标O_i。