[发明专利]一种空间相机内参在轨实时标定方法

说明书

本发明涉及一种空间相机标定方法，特别涉及一种空间相机内参在轨实时标定方法，解决了现有标定方法和理论多需要某些先验条件限制，鲁棒性较差及过于复杂、计算量较大、算法的实时性较差，难以满足空间相机对在轨标定实时性要求较高的问题。该方法的特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1：空间相机在两个不同位置分别拍摄一幅目标航天器上太阳能电池板的图像；获取空间相机在两个拍摄位置的相对位姿信息；步骤2：对两幅图像预处理；步骤3：对预处理后的两幅图像进行直线检测，分别得到多条线段；步骤4：对从两幅图中分别得到的多条线段，进行角点检测，在每幅图中各提取四个角点在图像像素坐标系中的坐标；步骤5：采用正交消隐点法计算内参。

技术领域

本发明涉及一种空间相机标定方法，特别涉及一种空间相机内参在轨实时标定方法。

背景技术

精确测量空间非合作目标的相对位置和姿态(统称为位姿)是完成空间交会对接、攻防对抗、在轨捕获与维护等重大尖端航天任务的关键；基于机器视觉的位姿测量方法，由于其系统相对简单可靠、体积小、质量轻、成本低等优势，在空间非合作目标位姿测量领域广泛应用。而对机器视觉系统在轨实时标定，从而得到其准确的内、外参数信息，是基于机器视觉的位姿测量方法的前提。

摄像机标定是完成视觉任务的关键步骤之一，是指恢复单目摄像机或立体摄像机内部和外部参数的过程，本质上是寻找可以将场景中的三维点和它们在摄像机上的成像联系起来的模型参数(参见：李进军.基于多模式单演特征检测与匹配的三维视觉测量技术研究[D]，西安交通大学，2011)。摄像机的标定精度直接影响着视觉系统的测量精度，根据标定所使用的对象不同，可以将摄像机标定方法大致分为四类：无靶标标定方法，基于一维靶标的标定方法，基于二维靶标的标定方法以及基于三维靶标的标定方法。表1列出了这四种方法的优缺点对比以及一些较为具备代表性的研究。

表1：常见摄像机标定方法

综上所述，并结合空间环境特点，目前基于机器视觉的空间相机标定研究存在以下问题：

现有标定方法和理论多需要某些先验条件限制，鲁棒性较差，如需要限制靶标的运动曲线，限制靶标的制作精度，限制所用到的最少图像数量等。而在实际空间环境中，常常无法保证靶标的特定运动曲线，也无法提供精密加工的靶标，同时也仅能提供有限的靶标图像。

同时，现有标定方法往往过于复杂，计算量较大，算法的实时性较差。而在实际空间环境中，计算资源往往有限，无法像地面环境一样，提供太多的可供利用的资源，而与之对应的是，空间相机在轨标定往往对实时性要求较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间相机内参在轨实时标定方法，以解决现有标定方法和理论多需要某些先验条件限制，鲁棒性较差以及现有标定方法过于复杂、计算量较大、算法的实时性较差，难以满足空间相机对在轨标定实时性要求较高的技术问题。

本发明所采用的技术方案是，一种空间相机内参在轨实时标定方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：空间相机在自身位于两个不同位置时，分别拍摄一幅目标航天器上太阳能电池板的图像；获取空间相机在两个拍摄位置的相对位姿信息；

步骤2：对步骤1拍摄的两幅图像进行预处理；

步骤3：对步骤2预处理后的两幅图像均进行直线检测，分别得到多条线段；利用所述太阳能电池板包括多条相互平行的横向肋条以及多条相互平行的纵向肋条，且横向肋条和纵向肋条正交的结构特点，每幅图中得到的所述多条线段均包括多条相互平行的横向线段以及多条相互平行的纵向线段，且横向线段和纵向线段正交；