專利名稱：一種基于附加視距的非合作目標(biāo)貼近測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可對(duì)非合作目標(biāo)的相對(duì)位置和相對(duì)姿態(tài)進(jìn)行6自由度精確測(cè)量的方法。
背景技術(shù)：
航天器自主交會(huì)對(duì)接任務(wù)中，對(duì)接前的幾十米距離范圍內(nèi)，目前國(guó)際上都是借助于光學(xué)成像敏感器進(jìn)行目標(biāo)相對(duì)位置和姿態(tài)的測(cè)量。因此需要在目標(biāo)航天器上安裝標(biāo)志燈或者反射器，在交會(huì)航天器上安裝測(cè)量設(shè)備對(duì)其測(cè)量，通過建立目標(biāo)坐標(biāo)系和測(cè)量坐標(biāo)系，經(jīng)過標(biāo)定確立它們之間的相對(duì)位置和姿態(tài)關(guān)系，以及標(biāo)志點(diǎn)位置和各個(gè)坐標(biāo)系之間的關(guān)系，再經(jīng)由標(biāo)志點(diǎn)像的提取與分布計(jì)算得出目標(biāo)相對(duì)于測(cè)量坐標(biāo)系的6個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)參 數(shù)。為了使測(cè)量系統(tǒng)覆蓋幾十米到亞米的測(cè)量范圍，目前航天領(lǐng)域的測(cè)量技術(shù)限于對(duì)合作目標(biāo)的測(cè)量，采用主動(dòng)目標(biāo)發(fā)生器或者被動(dòng)角反射器作為合作目標(biāo)，采用單目相機(jī)即可完成目標(biāo)相對(duì)6個(gè)自由度的位置測(cè)量。然而，對(duì)于非合作目標(biāo)，其上沒有任何事先安裝的標(biāo)志，若要完成前述的交會(huì)對(duì)接，就不能采用某種空間分布的標(biāo)志燈或者反射器之類的已知測(cè)量對(duì)象作為參考目標(biāo)。對(duì)于非合作目標(biāo)進(jìn)行交會(huì)對(duì)接測(cè)量，為了使測(cè)量系統(tǒng)覆蓋幾十米到亞米的測(cè)量范圍，目前航天在該技術(shù)領(lǐng)域仍在探索之中，沒有很成熟的技術(shù)。利用雙目視覺測(cè)量目標(biāo)特征點(diǎn)相對(duì)位置的原理是成熟的，如2003年4月徐剛鋒在Vol. 32,No. 2 “紅外與激光工程”中發(fā)表的文章“基于雙目視覺模型的運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量”中，提到雙目測(cè)量點(diǎn)目標(biāo)模型，推導(dǎo)了誤差分析公式，可見雙目視覺測(cè)量的誤差是由模型帶來的固有誤差，隨著距離的增加呈平方增長(zhǎng)關(guān)系，因此雙目視覺測(cè)量基線一定的情況下，測(cè)量精度隨距離迅速下降，導(dǎo)致雙目視覺的有效作用距離受到很大限制，不能測(cè)量遠(yuǎn)距離目標(biāo)。如何降低測(cè)量誤差，打破雙目測(cè)量誤差模型中誤差隨距離平方增加的限制，使得遠(yuǎn)近距離的目標(biāo)點(diǎn)測(cè)量誤差都在較小的水平是雙目系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用的關(guān)鍵問題。對(duì)于這個(gè)問題目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)實(shí)質(zhì)性的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于附加視距的雙目測(cè)量方法，可以在線標(biāo)定視距，從而校正立體視覺計(jì)算出的位置坐標(biāo)，提高測(cè)量的精度，同時(shí)可以改善測(cè)量點(diǎn)的跟蹤穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種基于附加視距的非合作目標(biāo)貼近測(cè)量方法，步驟如下(I)在距離非合作目標(biāo)一定距離的交會(huì)航天器的同一方向上安裝至少一套雙目視覺相機(jī)對(duì)和一個(gè)激光測(cè)距儀，其中激光測(cè)距儀位于雙目視覺相機(jī)對(duì)的中間位置，激光測(cè)距儀的激光束出射方向處于雙目視覺相機(jī)對(duì)光軸平面內(nèi)兩個(gè)相機(jī)光軸的夾角平分線上；(2)利用標(biāo)靶對(duì)雙目視覺相機(jī)對(duì)和激光測(cè)距儀進(jìn)行標(biāo)定，獲得激光測(cè)距儀測(cè)量坐標(biāo)系和雙目視覺相機(jī)對(duì)中任意一個(gè)視覺相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系；
(3)激光測(cè)距儀發(fā)出激光束至非合作目標(biāo)，在非合作目標(biāo)上形成光斑，獲取激光測(cè)距儀與非合作目標(biāo)之間的距離，同時(shí)利用雙目視覺相機(jī)對(duì)同時(shí)對(duì)所述光斑進(jìn)行成像，獲取光斑在視覺相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)；(4)利用獲取的激光測(cè)距儀與非合作目標(biāo)之間的距離以及步驟(2)得到的轉(zhuǎn)換關(guān)系，首先對(duì)雙目視覺相機(jī)對(duì)獲取的光斑三維坐標(biāo)中距離向的坐標(biāo)進(jìn)行修正，然后對(duì)雙目視覺相機(jī)對(duì)獲取的光斑三維坐標(biāo)中的其余兩個(gè)方向的坐標(biāo)進(jìn)行修正；(5)獲取非合作目標(biāo)的6自由度測(cè)量量，其中三個(gè)位置坐標(biāo)為步驟(4)修正的結(jié)果，三個(gè)姿態(tài)為基于三個(gè)位置修正結(jié)果的雙目視覺相機(jī)對(duì)的姿態(tài)計(jì)算結(jié)果。所述步驟(4)中對(duì)雙目視覺相機(jī)對(duì)獲取的光斑三維坐標(biāo)進(jìn)行修正的方法為利用雙目視覺相機(jī)測(cè)量激光測(cè)距儀發(fā)出的激光點(diǎn)的距離，并與激光測(cè)距儀輸出的距離進(jìn)行比較，得到距離向的校正量，然后利用距離向的校正量對(duì)其余兩個(gè)方向進(jìn)行校正，對(duì)于雙目視 覺相機(jī)對(duì)與激光光斑同時(shí)獲取的其它特征點(diǎn)位置也采用激光光斑距離向校正量進(jìn)行校正；或者采用擬合的方式，在地面進(jìn)行所需范圍的各距離向位置對(duì)于雙目視覺測(cè)量相機(jī)的測(cè)量誤差進(jìn)行第一次曲線擬合，然后對(duì)第一次曲線擬合的殘差再次進(jìn)行擬合，完成對(duì)三維坐標(biāo)的校正；或者采用擬合的方式，在空間由遠(yuǎn)及近的過程中對(duì)距離進(jìn)行分段，逐步獲得各段的距離數(shù)據(jù)，分段進(jìn)行誤差擬合，完成對(duì)三維坐標(biāo)的校正。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明方法以精確的激光測(cè)距儀距離向位置測(cè)量值修正雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于距離向的測(cè)量值，突破了傳統(tǒng)雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于目標(biāo)點(diǎn)位置測(cè)量誤差的距離平方增長(zhǎng)規(guī)律，并利用距離向測(cè)量值與垂直距離向測(cè)量值之間的代數(shù)關(guān)系，使測(cè)程內(nèi)遠(yuǎn)近距離的三個(gè)坐標(biāo)方向位置測(cè)量誤差值均衡，并得到大幅度降低，提高了全程測(cè)量精度。本發(fā)明方法不需要像標(biāo)志燈和反射器之類的合作測(cè)量目標(biāo)作為輔助設(shè)備，可以降低交會(huì)對(duì)接的條件，適合于與完全未知的目標(biāo)交會(huì)對(duì)接抓捕，但當(dāng)存在合作測(cè)量目標(biāo)時(shí)本發(fā)明方法仍然可行，在超近距離可采用一對(duì)雙目相機(jī)組成的視覺測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行未知目標(biāo)特征識(shí)別與三位坐標(biāo)確定，進(jìn)而進(jìn)行三維相對(duì)姿態(tài)的測(cè)量確定。


圖I為本發(fā)明方法的原理圖；圖2為本發(fā)明方法的流程圖；圖3為本發(fā)明方法中利用激光測(cè)距儀對(duì)雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)的誤差進(jìn)行校正的原理圖；圖4為雙目成像誤差分析原理圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中雙目測(cè)量誤差數(shù)據(jù)的擬合曲線；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中寬基線誤差比較圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中寬基線校正結(jié)果。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，為本發(fā)明方法的原理圖，圖中示出了兩組雙目視覺相機(jī)對(duì)，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法時(shí)，僅需要一組雙目視覺相機(jī)對(duì)即可，但是為了提高測(cè)量的精度，可以選用兩組甚至多組雙目視覺相機(jī)對(duì)(按照具體分段進(jìn)行使用、測(cè)量)，每一組雙目視覺相機(jī)對(duì)均獨(dú)立作為測(cè)量元件(即每一組雙目視覺相機(jī)對(duì)之間并無(wú)聯(lián)系)，以下方法敘述中也僅以一組雙目視覺相機(jī)對(duì)為例進(jìn)行說明。雙目視覺相機(jī)對(duì)朝向目標(biāo)安裝，光軸間使之保持一定夾角，夾角大小確定主要從滿足雙目交叉視場(chǎng)、測(cè)量距離范圍、目標(biāo)大小等要求確定。激光測(cè)距儀位于雙目視覺相機(jī)對(duì)中間位置安裝，激光束出射方向處于雙目視覺相機(jī)對(duì)光軸平面內(nèi)兩個(gè)相機(jī)光軸的夾角平分線上,誤差不大于其夾角的1/10。除此之外，為了增加相機(jī)成像的清晰度，可以增加主動(dòng)照明系統(tǒng)，以提供覆蓋視覺相機(jī)的工作光譜并滿足相機(jī)曝光量的照明，主動(dòng)照明系統(tǒng)可以適應(yīng)測(cè)量距離的變化分為多檔發(fā)光強(qiáng)度控制。另外，主動(dòng)照明系統(tǒng)可以是I組，也可以是多組，安裝位置可以在基線中間，也可以在每個(gè)視覺相機(jī)附近，也可以采用分布式安裝方式。測(cè)量時(shí)，涉及到以下坐標(biāo)系激光測(cè)距儀測(cè)量坐標(biāo)系OAlYtlZtl :原點(diǎn)Otl位于激光發(fā)射器出射光束軸上，并在激光測(cè)距儀距離零位點(diǎn)(通過標(biāo)定確定)上。OtlZtl軸方向與出射光束軸一致，朝向出射方向。 O0X0軸垂直于OtlZtl，方向?yàn)橛鳲tlZtl朝右。OtlYtl與前兩軸成右手系。雙目視覺左相機(jī)像面坐標(biāo)系U1P1V1:原點(diǎn)P1位于像面探測(cè)器左上角點(diǎn)像素中心，橫軸P1U1與探測(cè)器第一行中心線重合并迎目標(biāo)向右，縱軸P1V1與左數(shù)第一列中心線重合并迎目標(biāo)朝下。雙目視覺右相機(jī)像面坐標(biāo)系UrPr':原點(diǎn)位于像面探測(cè)器左上角點(diǎn)像素中心，橫軸PPr與探測(cè)器第一行中心線重合并迎目標(biāo)向右，縱軸與左數(shù)第一列中心線重合并迎目標(biāo)朝下。雙目視覺左相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系O1X1Y1Z1 :原點(diǎn)O1位于探測(cè)器中心像素的中心，O1Z1垂直于探測(cè)器敏感面指向目標(biāo)，O1X1和O1Y1分別與P1U1和P1V1平行并方向一致。雙目視覺右相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系OrXJJr :原點(diǎn)Or位于探測(cè)器中心像素的中心，OrZr垂直于探測(cè)器敏感面指向目標(biāo)，OrXr和OA分別與PA和平行并方向一致。世界坐標(biāo)系OwXwYwZw :原點(diǎn)Ow為測(cè)量場(chǎng)內(nèi)設(shè)置的一點(diǎn)，三個(gè)坐標(biāo)軸方向與O1X1Y1Z1或者OrXJrZ,的三個(gè)坐標(biāo)軸方向一致。一般情況下，世界坐標(biāo)系與雙目視覺左相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系、雙目視覺右相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系重合。本發(fā)明的測(cè)量方法實(shí)際由兩個(gè)不同原理的測(cè)量方式組合而成，一是雙目視覺測(cè)量方式，這是目標(biāo)相對(duì)位置和相對(duì)姿態(tài)的6個(gè)自由度參數(shù)的主要測(cè)量手段，另一個(gè)是激光測(cè)距方式，主要是由激光測(cè)距儀提供一個(gè)打在目標(biāo)表面上的激光光束亮斑，然后獲取亮斑到激光測(cè)距儀坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)。由于在相對(duì)較遠(yuǎn)距離處激光測(cè)距儀的測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雙目視覺測(cè)量，因此可用激光測(cè)距儀的微小誤差測(cè)量的Z坐標(biāo)校正由雙目視覺測(cè)量得到的Z坐標(biāo)。再由雙目視覺測(cè)量中三個(gè)位置坐標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)行X、Y坐標(biāo)校正，使得視覺測(cè)量得到的任意特征點(diǎn)的三個(gè)位置坐標(biāo)都得到校正，從而提高了雙目視覺測(cè)量的精度，尤其是提高了遠(yuǎn)距離處目標(biāo)特征點(diǎn)的測(cè)量精度，流程如圖2所示。因此，在測(cè)量之前，需要知道激光測(cè)距儀與視覺相機(jī)之間的相對(duì)坐標(biāo)關(guān)系，也就是需要對(duì)激光測(cè)距儀測(cè)量坐標(biāo)系進(jìn)行標(biāo)定。這里假設(shè)激光測(cè)距儀只有一個(gè)激光束，并且坐標(biāo)位于基線的中心處。標(biāo)定時(shí)可以采用棋盤格標(biāo)靶進(jìn)行，其原理是在沿著激光測(cè)距儀的^軸方向選擇三個(gè)距離，依次放置棋盤格標(biāo)靶，然后標(biāo)定出視覺相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系與棋盤格標(biāo)靶之間的坐標(biāo)關(guān)系，由此再獲取視覺相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系與激光測(cè)距儀測(cè)量坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)關(guān)系O標(biāo)靶在激光測(cè)距儀測(cè)量坐標(biāo)系OcTXWc^下的位置關(guān)系已知，因此可以直接得到棋盤格標(biāo)靶上各個(gè)格角點(diǎn)的激光坐標(biāo)。此外，可以從視覺相機(jī)的圖像中提取并計(jì)算出標(biāo)靶各角點(diǎn)在相機(jī)像面坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，再換算成在相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，根據(jù)這些坐標(biāo)可以計(jì)算出激光測(cè)距儀測(cè)量坐標(biāo)系與視覺相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣。假設(shè)標(biāo)靶有N個(gè)標(biāo)定角點(diǎn)，在激光坐標(biāo)系OcTX^c^下N個(gè)標(biāo)定角點(diǎn)的可以表示為矩陣P，
-xI X2 …xNP= Ν
zI Z2zN
I I … I在雙目視覺左相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系O1-X1Y1Z1下N個(gè)標(biāo)定角點(diǎn)的可以表示為矩陣P1,
xn xIi …xINP1= ^ y'2 VlN
zn znziN
I I … I直角坐標(biāo)系變換時(shí)特征點(diǎn)坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下，
x r\\ rn r\i xI Ay — ~2\ 尸22 ^23 yi +
_Z_ _r31 ^32 Γ33_ _Zl __其中,!Tij是變換矩陣的元素，ti是三維坐標(biāo)的平移量。i = 1,2,3 ； j = 1,2,3。將上式寫為齊次形式，可以得到
'^l 卜 rn rn 卜
少 ^2l r22 r23 t2 y,=
Z ri\ r32 ^33 ,3 2I
I」|_0 0 0設(shè)雙目視覺左相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系與激光測(cè)距儀測(cè)量坐標(biāo)系之間的變換矩陣為M，寫為矩陣形式為P = M · P1使用最小二乘法，可以求出M，M · P1P11 = PP11為了保證P1P/可逆，點(diǎn)集須不共面。因此在實(shí)際試驗(yàn)過程中，標(biāo)靶提供48個(gè)角點(diǎn)，在三個(gè)不同距離上測(cè)量，共計(jì)得到144個(gè)不共面的角點(diǎn)。從標(biāo)定原理來看，標(biāo)靶放置的位置的精確度對(duì)標(biāo)定精度有影響。測(cè)量得到的M可用于激光測(cè)距儀測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到雙目視覺測(cè)量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以便標(biāo)定測(cè)量誤差。激光測(cè)距儀不但可以測(cè)量目標(biāo)到激光測(cè)距儀測(cè)量坐標(biāo)系的距離，而且激光測(cè)距儀的激光束在目標(biāo)表面上投射的光斑可以作為雙目視覺相機(jī)對(duì)的人造特征點(diǎn)使用，該光斑分別在相機(jī)對(duì)的左右兩個(gè)相機(jī)焦平面上成像，通過相機(jī)像面坐標(biāo)系與相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，以及熟知的雙目相機(jī)對(duì)于該光斑的特征提取和雙目空間位置點(diǎn)解算算法，可以確定該光斑在視覺相機(jī)對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。利用附加視距(激光測(cè)距儀獲得的測(cè)量距離值)對(duì)于雙目視覺測(cè)量的測(cè)量誤差校正有兩種方法，一種是直接校正法，一種是誤差擬合法。利用附加視距(激光測(cè)距儀獲得的測(cè)量距離值)對(duì)于雙目視覺測(cè)量的測(cè)量誤差直接校正原理如下對(duì)于純雙目視覺測(cè)量系統(tǒng)，視覺相機(jī)標(biāo)定后對(duì)特征點(diǎn)的測(cè)量依然存在較大的系統(tǒng)誤差，其變化規(guī)律與測(cè)量誤差模型吻合，Z軸方向的測(cè)量誤差呈二次曲線規(guī)律。因此在對(duì)視覺相機(jī)標(biāo)定后，還需要對(duì)雙目視覺測(cè)量的測(cè)量誤差進(jìn)行校正，利用曲線擬合的方法計(jì)算出誤差的變化規(guī)律，在測(cè)量結(jié)果輸出中進(jìn)行校正。通過試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過誤差校正后，測(cè)量精度將會(huì)大大提高。但是飛行器在軌的情況下，進(jìn)行系統(tǒng)誤差的校正存在困難，因此本發(fā)明方法提出利用激光測(cè)距作為附加視距對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行誤差在線校正用雙目視覺系統(tǒng)測(cè)量激光測(cè)距儀發(fā)出的激光點(diǎn)的距離，與激光測(cè)距儀輸出的距離進(jìn)行比較，得到校正量，從而對(duì)其它的特征點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行校正，流程如圖3所示。假設(shè)激光點(diǎn)的實(shí)際距離為Zi,對(duì)于激光光斑距離，雙目視覺測(cè)量的結(jié)果為DJZi)，激光測(cè)距儀的讀數(shù)即附加視距為DJZi),則校正量I3tl(Zi)為b0 (Z1) = Dc (Zi) -Dl (Zi)對(duì)于與激光光斑同時(shí)捕獲的其它特征點(diǎn)，均可采用I3tl(Zi)進(jìn)行校正，雙目視覺相機(jī)輸出的第j個(gè)特征點(diǎn)的距離Dw(Zi),其校正后的值D' Cj(Zi)為Dcj(Zi)=D' Cj(Zi)A(Zi)以上是通過附加視距校正一次雙目視覺測(cè)量中各個(gè)特征點(diǎn)的在測(cè)量坐標(biāo)系O1X1Y1Z1下的Z坐標(biāo)視覺確定誤差的方法，在該坐標(biāo)系下的X，Y坐標(biāo)校正是通過成像模型公式計(jì)算出來的，方法如下。如圖4所示，對(duì)于雙目視覺測(cè)量中Zw方向的校正通過激光測(cè)距儀的附加視距完成，如上所述，對(duì)于Xw，yw方向位置坐標(biāo)測(cè)量校正通過其與Zw的關(guān)系加以校正。圖中0符號(hào)代表指向頁(yè)面內(nèi)的方向矢量；圖中yw軸按右手系規(guī)則指向頁(yè)面內(nèi)；兩個(gè)視覺相機(jī)水平放置，在同一水平面上，即光心O1和Or的y坐標(biāo)相同；世界坐標(biāo)系原點(diǎn)為左相機(jī)的投影中心，X1和\為像面內(nèi)水平坐標(biāo)軸，Y1和Yr為像面內(nèi)的垂直坐標(biāo)軸，和坐標(biāo)軸yw同向；兩相機(jī)的焦距為和f2,光軸與X軸的夾角為a i和α 2，CO1和ω2為物點(diǎn)P的投影角，B為兩個(gè)相機(jī)投影點(diǎn)之間的基線距離，由幾何關(guān)系可得到空間點(diǎn)P的三維坐標(biāo)為
權(quán)利要求
1.一種基于附加視距的非合作目標(biāo)貼近測(cè)量方法，其特征在于步驟如下 (1)在距離非合作目標(biāo)一定距離的交會(huì)航天器的同一方向上安裝至少一套雙目視覺相機(jī)對(duì)和一個(gè)激光測(cè)距儀，其中激光測(cè)距儀位于雙目視覺相機(jī)對(duì)的中間位置，激光測(cè)距儀的激光束出射方向處于雙目視覺相機(jī)對(duì)光軸平面內(nèi)兩個(gè)相機(jī)光軸的夾角平分線上； (2)利用標(biāo)靶對(duì)雙目視覺相機(jī)對(duì)和激光測(cè)距儀進(jìn)行標(biāo)定，獲得激光測(cè)距儀測(cè)量坐標(biāo)系和雙目視覺相機(jī)對(duì)中任意一個(gè)視覺相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系； (3)激光測(cè)距儀發(fā)出激光束至非合作目標(biāo)，在非合作目標(biāo)上形成光斑，獲取激光測(cè)距儀與非合作目標(biāo)之間的距離，同時(shí)利用雙目視覺相機(jī)對(duì)同時(shí)對(duì)所述光斑進(jìn)行成像，獲取光斑在視覺相機(jī)測(cè)量坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)； (4)利用獲取的激光測(cè)距儀與非合作目標(biāo)之間的距離以及步驟(2)得到的轉(zhuǎn)換關(guān)系，首先對(duì)雙目視覺相機(jī)對(duì)獲取的光斑三維坐標(biāo)中距離向的坐標(biāo)進(jìn)行修正，然后對(duì)雙目視覺相機(jī)對(duì)獲取的光斑三維坐標(biāo)中的其余兩個(gè)方向的坐標(biāo)進(jìn)行修正； (5)獲取非合作目標(biāo)的6自由度測(cè)量量，其中三個(gè)位置坐標(biāo)為步驟(4)修正的結(jié)果，三個(gè)姿態(tài)為基于三個(gè)位置修正結(jié)果的雙目視覺相機(jī)對(duì)的姿態(tài)計(jì)算結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于附加視距的非合作目標(biāo)貼近測(cè)量方法，其特征在于所述步驟(4)中對(duì)雙目視覺相機(jī)對(duì)獲取的光斑三維坐標(biāo)進(jìn)行修正的方法為利用雙目視覺相機(jī)測(cè)量激光測(cè)距儀發(fā)出的激光點(diǎn)的距離，并與激光測(cè)距儀輸出的距離進(jìn)行比較，得到距離向的校正量，然后利用距離向的校正量對(duì)其余兩個(gè)方向進(jìn)行校正，對(duì)于雙目視覺相機(jī)對(duì)與激光光斑同時(shí)獲取的其它特征點(diǎn)位置也采用激光光斑距離向校正量進(jìn)行校正；或者采用擬合的方式，在地面進(jìn)行所需范圍的各距離向位置對(duì)于雙目視覺測(cè)量相機(jī)的測(cè)量誤差進(jìn)行第一次曲線擬合，然后對(duì)第一次曲線擬合的殘差再次進(jìn)行擬合，完成對(duì)三維坐標(biāo)的校正；或者采用擬合的方式，在空間由遠(yuǎn)及近的過程中對(duì)距離進(jìn)行分段，逐步獲得各段的距離數(shù)據(jù)，分段進(jìn)行誤差擬合，完成對(duì)三維坐標(biāo)的校正。
全文摘要
一種基于附加視距的非合作目標(biāo)貼近測(cè)量方法，由兩個(gè)不同原理的測(cè)量方式組合而成，一是雙目視覺測(cè)量方式，這是目標(biāo)相對(duì)位置和相對(duì)姿態(tài)的6個(gè)自由度參數(shù)的主要測(cè)量手段，另一個(gè)是激光測(cè)距方式，主要是由激光測(cè)距儀提供一個(gè)打在目標(biāo)表面上的激光光束亮斑，然后獲取亮斑到激光測(cè)距儀坐標(biāo)系的Z坐標(biāo)。由于在相對(duì)較遠(yuǎn)距離處激光測(cè)距儀的測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于雙目視覺測(cè)量，因此可用激光測(cè)距儀的微小誤差測(cè)量的Z坐標(biāo)校正由雙目視覺測(cè)量得到的Z坐標(biāo)。再由雙目視覺測(cè)量中三個(gè)位置坐標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)行X、Y坐標(biāo)校正，使得視覺測(cè)量得到的任意特征點(diǎn)的三個(gè)位置坐標(biāo)都得到校正，從而提高了雙目視覺測(cè)量的精度，尤其是提高了遠(yuǎn)距離處目標(biāo)特征點(diǎn)的測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01C11/00GK102914262SQ20121037568
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者郝云彩, 賈瑞明, 張弘 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所