[发明专利]一种基于目标特征构型的位姿测量特征点提取方法无效
申请号: | 201210364212.9 | 申请日: | 2012-09-26 |
公开(公告)号: | CN102915539A | 公开(公告)日: | 2013-02-06 |
发明(设计)人: | 张景瑞;温凯;翟光 | 申请(专利权)人: | 北京理工大学 |
主分类号: | G06T7/00 | 分类号: | G06T7/00 |
代理公司: | 暂无信息 | 代理人: | 暂无信息 |
地址: | 100081 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 目标 特征 构型 测量 提取 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种基于目标特征构型的位姿测量特征点提取方法,特别是在复杂星空背景下基于目标特征构型的特征点提取方法,属于交会对接技术领域。
背景技术
随着卫星技术的发展,在航天器空间交会对接任务中,需要精确测量两个航天器之间的相对位置和相对姿态。通常是在目标航天器上设置光学特征点,在追踪航天器上安装CCD传感器,根据光学特征点的几何形状、尺寸和位置,利用小孔成像原理,使CCD传感器成像,通过对成像的计算和分析,来确定两个航天器之间的相对位置和相对姿态。这个过程一般分为三个部分,相机标定、图像处理和位姿解算。相机标定是用来获得相机的内部参数从而构筑相机模型;图像处理是通过对CCD传感器成像的计算和分析来得到光学特征点的像平面坐标;位姿解算是通过视觉原理根据光学特征点的像平面坐标和世界坐标解算出两个航天器之间的相对位置和相对姿态。
在位姿测量的图像处理部分,有基于线目标特征和点目标特征的航天器间相对位置和相对姿态测量。在基于线目标特征的航天器间相对位置和相对姿态测量方法中,利用目标航天器上已知的框架结构作为特征物体,以它的边或棱作为特征进行提取,例如太阳帆的边,太阳帆与航天器连接的三角架,或者目标航天器上比较明显的棱。在基于点目标特征的航天器间相对位置和相对姿态测量方法中,利用目标航天器上已知的顶点作为特征点,或者在目标航天器上设置光学特征点或者角反射器作为特征点。利用3个不共线的特征点就能确定出探测器与被测目标间相对位置和相对姿态,但是解不唯一,需要根据经验,从多个解中进行选择,为保证解的唯一性,须要使3个不共线的特征点所成的平面与CCD相机的光轴方向不垂直。为了避免解的不唯一,可以增加特征点个数,在目标航天器上设置4个特征点。通过4个具有一定构型的特征点即可唯一的确定航天器间的相对位置和相对姿态(该问题称为P4P问题)。
针对P4P问题,国内外专家学者作了大量研究。可是研究的前提都是在无干扰的理想情况下做的实验研究,在真实情况下,由于星空背景的干扰,CCD传感器产生的畸变,无论用哪种方法进行航天器间的相对测量,目标航天器上 的特征点都不易于提取,特征点的提取可能会发生漏检,误检,因此也就无法准确得到航天器间的相对信息。2012年6月神舟九号飞船与天宫一号的交会对接任务,天宫一号作为目标航天器,它采用了一个中间为十字图案,外围为圆形包裹的复杂光学特征图案,来避免星空背景的干扰。但是,复杂光学特征图案增加了整个航天器能量消耗,增加了图像处理的难度和图像处理的时间,而且对于能源有限的微小卫星,较大能耗的光学特征点不适宜采用。因此设计一套简单易行的位姿测量特征点提取方法,具有很好的工程应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了解决在目标特征点提取过程中星空背景产生的干扰问题以及目标航天器上光学特征点的能量消耗问题,而提出的一种基于目标特征构型的位姿测量特征点提取方法。
本发明是通过下述技术解决方案实现的:
一种基于目标特征构型的位姿测量特征点提取方法,包括如下步骤:
步骤1,在目标航天器上设置构成菱形的四个低功耗发光二极管(LED灯)。
步骤2,在航天器交会对接的逼近阶段,采用追踪航天器相机,采集复杂星空背景下的光学特征点图像,并经过自适应阈值二值化、平滑滤波后得到一幅二值图像,每个像素得值仅为0或1。
步骤3,通过搜索步骤2得到的图像中的平面菱形构型,求出航天器光学特征点的像平面坐标。
具体的搜索方法如下:
步骤3.1,将步骤2得到的图像上大小不一的光斑进行划分,每一个光斑属于一个单连通域,对图像区域中的光斑编号,并求出所有光斑质心坐标和光斑像素面积。
步骤3.2,从所求的光斑质心坐标中选取不同的四个点,所选四个点的光斑像素面积大小近似;判断是否构成菱形,如果构成菱形,则存储此四个点的坐标。
步骤3.3,由于安装在目标航天器上的光学特征点所包围的区域内不会有任何光斑,因此以步骤3.2得到的构成菱形的四个点中距离最长的两个点为直径,做一个圆,若有除该菱形四点之外的其它光斑点落在这个圆内,则排除该组菱 形构型。反之,则判定该组光斑坐标是目标航天器上的光学特征点的像平面坐标。
步骤3.4,重复步骤3.2-步骤3.3,直到得到一组目标航天器上的光学特征点的像平面坐标。
有益效果
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