[发明专利]基于双目立体视觉的卫星太阳帆板挠性运动参数测量装置及方法

权利要求书

1.基于双目立体视觉的卫星太阳帆板挠性运动参数测量装置，其特征在于，包括：运动模拟模块、参数采集模块和参数计算模块；运动模拟模块用于通过设置在挠性帆板上的预定数量的标志点模拟卫星太阳帆板的挠性运动状态；参数采集模块用于通过两个图像采集单元采集挠性帆板上的标志点的挠性运动状态参数；参数计算模块用于根据标志点的挠性运动状态参数计算获得所述卫星太阳帆板的挠性运动参数，在运动模拟模块中，挠性帆板通过固定支架与卫星固定装置连接，预定数量的标志点以预定间隔设置在挠性帆板上；在参数采集模块中，每个图像采集单元的光轴均与静止状态的挠性帆板所在的平面垂直，每个辅助光源分别为一个图像采集单元提供照明，基座用于固定两个图像采集单元和两个辅助光源；在参数计算模块中，信号转换单元用于将参数采集模块采集的图像信号转换为数字信号并发送，参数计算单元用于接收并根据所述数字信号计算获得所述卫星太阳帆板的挠性运动参数；

测量装置在计算所述卫星太阳帆板的挠性运动参数的过程中用到三个坐标系，分别为世界坐标系Ow、图像采集坐标系Oc、图像物理坐标系O，其中，P点为空间中的一个标志点，p点为该标志点在图像采集单元的成像面上所成的像点，P点的位置由图像物理坐标系表示为p(x,y)；OcZc为图像采集单元的光轴，光轴穿过成像面中心O点；

标志点的数量为六个，并且分别在挠性帆板悬端、中间及靠近固定支架的位置各设置两个标志点；

测量装置在完成测量工作时，图像采集单元实时采集每个标志点的图像，采集的图像经畸变校正、二值化、求质心等处理得到标志点的图像像素坐标系坐标u,v；

图像像素坐标u,v和图像物理坐标p(x,y)都是描述图像采集单元的成像面的坐标系，区别在于图像像素坐标u,v以像素为单位，而图像物理坐标系p(x,y)以μ米为单位，且两者原心不同，O₀为图像像素坐标系原心，是图像物理坐标系原心，uO₀v为像素坐标系，xO₁y为物理坐标系；

图像像素坐标和图像物理坐标具有如下转换关系：

其中，u₀和v₀分别为图像采集单元的成像面中心点O的像素坐标位置；dx和dy分别是图像采集单元的单个像元的物理长度和宽度；因此，由标志点在图像像素坐标系中的坐标u,v可确定其在图像物理坐标系中的坐标x,y；

测量装置在完成测量工作时，两个图像采集单元同时采集某个标志点P的图像，按上述原理得到该标志点P在两个图像采集单元中的图像物理坐标系的二维坐标，分别为p_left＝(X_left,Y_left)和p_right＝(X_right,Y_right)；

基于双目视觉测量原理，由于两个图像采集单元安装在同一平面上，则有Y_left＝Y_right＝Y，并且由三角几何关系可以得到：

设两个图像采集单元的投影中心连线距离为B，则有视差D＝X_left-X_right；由此可以计算出该标志点P在左侧图像采集单元的图像采集坐标系下的三维坐标：

假设世界坐标系与左侧图像采集单元的图像采集坐标系相同，则得到该标志点P的实时世界坐标系坐标。

2.一种权利要求1所述的基于双目立体视觉的卫星太阳帆板挠性运动参数测量装置的测量方法，其特征在于，包括：

将两个图像采集单元的成像面位于同一平面上，以一个图像采集单元的坐标系为世界坐标系；

确定两个所述图像采集单元之间的基线距离以及通过对所述图像采集单元进行标定以获得畸变参数；

通过两个所述图像采集单元实时采集预定数量的标志点的图像，并将两幅所述图像输出；

根据所述畸变参数对两幅所述图像进行畸变校正；

对经过畸变校正的图像进行二值化、特征提取和亚像素定位，以获取所述标志点在两幅所述图像中各自的图像物理坐标系的三维坐标；

根据所述图像物理坐标系的三维坐标计算获得两个所述图像采集单元的视差；

根据所述基线距离、所述图像物理坐标系的三维坐标和所述视差计算获得所述标志点在世界坐标系中的三维空间坐标。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，方法还包括：

根据两个所述图像采集单元实时采集的所有所述标志点的图像确定所有所述标志点的实时三维空间坐标，将所述实时三维空间坐标通过系统辨识及解耦后确定的挠性运动参数对所述卫星太阳帆板进行振动模态的分析。