[发明专利]合作目标的单目视觉误差测量系统及误差限量化方法

说明书

技术领域

本发明属于光电测量领域，涉及一种适用于合作目标的单目视觉误差测量系统及误差限量化方法，尤其适用于空间合作目标的单目视觉测量误差分配。

背景技术

空间目标主要包括合作目标和非合作目标两类。前者是指能提供有效合作信息(如目标运动信息和结构特征)的空间目标，主要表现为安装有用于测量的特征标识；后者则无法提供有效的合作信息，其运动信息和结构特征均完全未知或部分未知，美国空间研究委员会SSB、航空与空间工程局ASEB在哈勃望远镜修复计划评估报告中曾给出定义：“非合作目标是指那些没有安装通讯应答机或其它主动传感器的空间目标，其它航天器不能通过电子讯问或发射信号等方式实现对此类目标的识别或定位”。现阶段，常用的空间合作目标主要是安装有若干视觉标记等特征标识。

合作目标单目视觉测量通常是利用单目视觉相机实时采集包含上述视觉标记的图像信息，并准确估计空间目标的三维位置姿态等信息。针对此类单目视觉位姿测量问题，测量过程必然包含多项误差因素，而最终的测量结果是由各项误差因素共同影响所造成，这就产生了一对互逆命题——误差合成与误差分配。前者是指，已知每一项误差因素及其对测量结果的影响，将各项因素按各自的影响大小相加权，从而求解出测量总误差；后者则是指已知测量总误差值，如何将其量化分配至各项关键误差因素，一直是亟待解决的瓶颈问题之一，可供参考的科学文献相对较少。杨剑在《摄影视觉测量精度的理论和实验研究》文献中，将影响视觉测量的参数指标统一划分为相机设备误差、目标模型误差、软件算法误差以及人员环境误差等4类，主要根据工程经验提出一系列如何进行误差分解与校正的合理化建议，尚未对误差量化分配问题进一步开展理论推导与验证。郝颖明在《基于点特征的位姿测量精度与鲁棒性研究》文献中，针对三点式视觉标记图案设计，以提高单目视觉测量系统的精度为目的开展单目视觉测量鲁棒性研究，基于理论简化条件下的假设前提，推导出测量误差与相机标定误差、目标模型误差、图像坐标检测误差之间的关系表达式，结合一般条件下的误差统计分析，得出上述参数指标对测量结果的影响趋势以及各项因素误差合成等结论，仅提及误差分配是误差合成的逆向问题，但并未深入分析论证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了合作目标的单目视觉误差测量系统，用于测量获得具有多点视觉标记的合作目标的测量误差。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：合作目标的单目视觉测量误差测量系统，其特征在于，包括：合作目标、视觉标记、标定靶、相机、光源、经纬仪一，经纬仪二和计算机。

合作目标外表面安装有多个视觉标记点，作为相机的观测目标。

标定靶采用黑白棋盘格图案，标定靶作为相机的观测目标，用于进行相机的内参标定和外参标定。

相机用于单帧采集观测目标的图像并传输至计算机，相机其配备光源，用于补偿观测目标所处的空间光照条件。

经纬仪一和经纬仪二用于观测标定靶获得观测值A、观测视觉标记获得观测值B，并将观测值A和观测值B传输至计算机。

计算机的功能包括：

功能一、接收相机所采集的标定靶的标定图像，依据标定图像对相机进行内参标定和外参标定，外参标定即为相机与标定靶之间的相对位置关系。

功能二、接收相机所采集的视觉标记的标记图像，依据标记图像以及已经标定好的相机的内参获得合作目标相对于相机的位姿测量值。

功能三、接收观测值A转换为标定靶相对于经纬仪一和经纬仪二的相对位置关系，并将该观测值B转换为视觉标记相对于经纬仪一和经纬仪二的相对位置关系，结合功能一中的外参标定，最终解算获得合作目标相对于相机的位姿真值。

功能四、通过合作目标相对于相机的位姿测量值以及位姿真值，计算获得测量误差。