基于数字图像相关法的空间目标位姿测量

针对传统立体视觉位姿测量方法中必须事先确定计算点的数量和位置的局限性,提出了一种基于三维数字图像相关法(3D-DIC)的空间目标位姿测量方法。该方法通过3D-DIC获得被测物不同时刻的全场坐标信息,根据提取的相应计算点坐标,结合空间向量求解空间目标的位姿参数。该方法可灵活选取计算点的数量和位置,并相应提出了计算点数量最优比条件。通过位移旋转台和六自由度平台分别对复杂形貌特征的面具试样进行了多位姿参数测量的实验验证。实验结果表明,计算点数量满足最优比条件时位姿测量精度最高,计算点的位置对测量结果影响较小,六自由度平台的测量误差在允许范围之内。所提出的3D-DIC位姿测量方法可在较小的误差范围内实现对空间目标多个位姿参数的测量。     

360°环幕指向性六维位姿跟踪研究

通过对360°环幕中多人指向性六维位姿跟踪进行研究,提出了一种基于线状随机分布的标志点的光学跟踪方法。该方法利用柱面中母线是直线以及摄影变换交比不变的特性,通过几何散列算法实现对线状标志点中各个点的区分识别;提出了一种基于排列顺序的编码方式实现对误识别点的排除,实现了对摄像机的指向性六维位姿的跟踪。通过仿真软件模拟360°环幕跟踪系统,并在不同距离和不同角度下应用图像上点的反投影误差均值对跟踪效果和精度进行分析,验证了该系统的实时性和鲁棒性。     

光电跟踪系统控制回路一体化设计方法

为提高搭载于运动平台之光电跟踪系统控制回路的设计效率,以运动平台角扰动、目标运动特征以及系统跟踪误差指标为边界条件,基于系统建模和参数辨识,提出一种控制回路一体化设计方法,给出各环路控制器的解析表达及一组经验公式,并以某半实物仿真系统进行验证。在等效正弦125sin(0.4t) (mrad)角扰动环境下,对正弦输入200sin(t)/3 （mrad）的跟踪误差峰值不大于0.5 mrad,满足均方误差小于0.5 mrad的指标要求,表明该控制回路一体化设计方法的有效性。     

一种基于惯量椭圆位姿补偿的扩展目标精确定位方法

针对空间扩展目标成像纹理特征少,背景单一,以及目标旋转、平移、形变等运动特征所导致的目标定位跟踪困难的问题,研究了基于惯量椭圆位姿补偿的目标定位跟踪方法(TTBPC)。通过惯量椭圆测姿法获取目标准确俯仰角姿态,将目标位置、姿态补偿到统一的坐标系下,结合最近距离特征点匹配原则,最终实现对空间扩展目标的精确跟踪定位。通过仿真图像和实际图像对TTBPC方法的有效性进行了验证,平移目标定位误差小于0.26pixel,旋转目标定位误差小于0.28pixel,实际空间扩展目标定位误差小于0.3pixel,这表明该方法应用于空间扩展目标定位的有效性和准确性。     

基于单目视觉的航天器位姿测量

鉴于实时高精度航天器位姿测量不仅是航天器实时监控和跟踪的重要技术保证,同时也是实时调整和补偿航天器姿态的主要依据,提出一种基于单目视觉的航天器实时位姿测量方法,利用高精度旋转平台几何摄像机的方式对被测目标进行位姿解算。该方法不需要对被测目标进行几何约束,同时也不用进行转站测量,因而可以进行动态实时的在线位姿检测。航天器位姿实验结果表明:该单目视觉测量方法姿态测量误差小于0.05°,位置测量误差小于0.02 m,满足实际工程0.1°和0.05 m的精度需求。     

提高距离准测率的激光轴同步偏转控制技术

针对手动跟踪设备激光测距机对空中运动目标距离准测率低而难以建立目标航路的问题,提出了一种激光轴同步偏转控制技术。用摄像机摄取目标图像,并由图像处理器求出跟踪误差,控制测距机中的某些小型零部件偏转,同步改变激光发射和接收光轴,有效补偿跟踪误差,以达到提高距离准测率的目的。详述了激光发射和接收光轴变化的原理和计算方法以及激光发射与接收轴同步偏转控制技术的原理和实现方法,分析了使用该技术对跟踪仪性能的影响,介绍了室内台架试验和室外跟踪试验的试验情况,并由试验结果得出了在手动跟踪设备采用本技术后距离准测率可明显得到提高的结论,具有较高的应用和推广价值。     

硬管式无人机AAR双目视觉导航算法研究

针对硬管式无人机自主空中加油近距编队阶段的相对位置和姿态估计问题,研究了基于双目视觉的相对位姿估计算法。该算法采用Harris方法提取特征点,并对其进行快速匹配,通过Sampson方法三维重构获得特征点在摄像机坐标系下的三维坐标,以重构误差平方和最小为准则建立目标函数,利用单位四元数法求解位姿参数。最后利用仿真平台验证双目视觉位姿估计算法的有效性。结果表明:相对位置误差低于0.1 m,相对姿态误差小于0.5°,其精度满足自主空中加油相对导航性能要求。     

基于视觉跟踪的机器人测量方法与实现

为了对自主研发的工业机器人进行校准从而提高其运动精度,提出一种采用双目视觉动态跟踪球面编号靶点的机器人标定方法,利用安装在机器人末端靶球上特征分布的编号标志点进行工作空间内任意位姿的测量,由最小二乘迭代准确辨识出机器人的几何结构参数对控制器进行补偿。利用MFC由开放式、模块化思想编制标定软件,设计视觉测量、数据处理、机器人控制等功能模块,最后通过测量实例和对比实验,验证其可靠性和准确性。实验表明,该软件测量得到的位姿数据具有较高的精度,扩大了传统视觉跟踪的视野范围;同时将识别得到的机器人模型实际几何参数进行反馈补偿,成功地将机器人绝对位置精度由3.785 mm提高到1.618 mm,姿态精度由0.235 提高到0.139。     

基于外触发和软件控制的多摄像机同步采集处理系统

从硬件和软件两方面对摄像机同步的原理和方法进行了研究,设计并实现了基于外触发和软件控制的多摄像机同步采集和处理系统.提出了通过编程控制将一种通用的数字输出模块作为同步触发信号发生器,并利用Visual C++平台开发了控制程序,能够通过触发信号的周期和波形来调整图像采集频率和摄像机触发电平.设计了软件同步策略,保证多台摄像机之间的图像同步曝光之后能够同步处理.经过验证,所设计的同步采集系统同步精度较高,同步误差小于10 μs,具有设备简单、使用方便、成本低等优点,并且能够消除丢帧、错帧等现象,提供了一种通用的多摄像机同步解决方案.     

基于去离群点策略提高目标位姿测量精度

针对在单目视觉目标位姿测量过程中,特征点提取出现离群点的情况,提出一种基于去除离群点策略的位姿测量方法(ORPE).建立了以特征点误差极大极小为原则的最优化目标函数,通过确定特征点最大观测误差值边界,判定并去除离群点,由此可消除离群点误差对位姿测量的影响.仿真实验使用ORPE对1 m×1 m × 1 m的立方体目标进行位姿测量,验证了算法的正确性;使用ORPE测量Boeing飞机模型的位姿,平均姿态角误差2.07°,平均位移误差1.6%.通过和最小二乘测姿法(LSPE)结果对比分析可得ORPE法误差小于LSPE法误差.表明ORPE能有效去除离群点,同时提高佗姿测量精度.