[发明专利]一种多靶标识别跟踪解算方法

说明书

本发明涉及一种多靶标识别跟踪解算方法，包括以下步骤：安装靶标，左右相机采集图像，定位靶标感兴趣区域；在靶标感兴趣区域内提取左右两个靶标的标志点；根据极线约束与单应性变换，匹配左右图像靶标点；记录本次跟踪识别得到的靶标标志点图像坐标；三坐标计量靶标点云Q，双目视觉重建靶标三维点云P，遍历点云P与点云Q，各自随机取出3点构成空间三角形，通过比较是否是全等三角形，实现点云P与点云Q对应点的匹配；根据重建点云与靶标点云对应结果，解算靶标的相对姿态矩阵。本发明可实现多个靶标的实时跟踪识别解算，定位精度高，提供了一种适用于多个靶标工作系统的靶标识别解算的新途径。

技术领域

本发明涉及自动化装配领域，具体地说是一种多靶标识别跟踪解算方法。

背景技术

在航空航天的对接装配项目中，都需要解算空间中对接目标的相对位姿，传递调节量至调节机构，实现自动化装配。转接靶标是通过转接结构与被测物体刚性连接，带有明确检测特征的靶标。转接靶标能够主动或者被动地提供空间中不同物体的相对位姿和相对运动信息，被广泛应用于航空航天的自动化对接装配系统，其中转接靶标的测量精度、实时性，测量系统的自动化程度，对于装配效率至关重要。上海大学的姚立洲等人在对接位置放置基准光学靶标，通过激光跟踪仪测量每个靶标点的实际位置，解算靶标相对位姿，由于激光跟踪仪每次测量只能获得一个靶标点的坐标，因此无法实现实时跟踪测量解算，且成本较高操作繁琐。北京航空航天大学的赵树磊等人提出使用基于TOF相机的识别在对接位置的转接靶标，解算相对姿态，但TOF相机获取的深度值存在边角畸变和精度偏移的问题，不适用于高精度三维重建场景。

发明内容

针对现有技术存在上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种多靶标识别跟踪解算方法，实时跟踪并区分视场内的多个靶标，解算相对姿态。本方法提出一种多靶标识别跟踪解算方法，应用于基于双目视觉的舱段对接系统，并联平台作为装配机构，靶标转接面是圆弧结构与靶标平面垂直，转接靶标通过转接面与舱段端面通过定位销和定位孔连接，靶标平面面向相机。双目视觉跟踪识别转接靶标，解算对接面相对姿态，传递调整量给并联平台，实现自动化高精度对接过程。在满足舱段对接精度和可靠性要求的情况下，提高了装配效率及质量。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种多靶标识别跟踪解算方法，包括以下步骤：

S1：面向靶标的左、右相机分别采集含有靶标的左、右图像，在左、右图像上分别定位靶标的感兴趣区域；

S2：分别在左、右图像的感兴趣区域内，提取靶标的标志点；

S3：根据极线约束与单应性变换，匹配左、右图像中靶标的标志点坐标，得到匹配点对的集合，分割无序的匹配点对为对应于左、右图像的左靶标标志点匹配点对、对应于左、右图像的右靶标标志点匹配点对；

S4：通过三坐标计量得到左、右靶标标志点三维点云分别为Q1、Q2，根据左、右靶标标志点匹配点，双目重建左、右靶标标志点三维点云分别为P1、P2，通过点云P1与点云Q1对应点、点云P2与点云Q2对应点的匹配，实现左、右靶标的双目重建三维点云与三坐标计量的三维点云的对应；

S5：根据左、右靶标的双目重建点云与三坐标计量的点云的对应结果，分别解算左、右靶标与相机的变换关系，从而得到左、右靶标的相对姿态矩阵。

所述面向靶标的左、右相机分别采集含有靶标的左、右图像，在左、右图像上分别定位靶标的感兴趣区域，包括以下步骤：

设定搜索窗口的边长尺寸大于对应的靶标边长尺寸；

在搜索窗口内采用canny检测出所有椭圆，并采用最小二乘拟合椭圆中心坐标；统计搜索窗口内检测的椭圆个数，如果椭圆个数小于标志点个数N，则当前搜索窗口不包含靶标，搜索窗口移动设定步长，并返回在搜索窗口内采用canny检测出所有椭圆步骤；否则，判断椭圆的分布，并更新搜索窗口；