[发明专利]一种用于动平台的强光干扰下高精度位姿测量方法

说明书

本发明是一种用于动平台的强光干扰下高精度位姿测量方法，该方法由两个长焦图像采集相机聚焦动平台小区域信标，两个短焦图像采集相机聚焦动平台位姿解算信标，对小区域信标采用轮循点亮结合卡尔曼滤波的方法识别匹配，计算小区域信标中每个发光体的三维坐标；再依据距离约束关系，粗计算动平台位姿解算信标中每个发光体的像面搜索区域，去除大面积强光干扰，然后在每个搜索区域内进行图像增强，去除局部的强光干扰，最后采用距离最近原则在每个搜索区域内进行识别搜索匹配，计算动平台位姿解算信标中每个发光体的三维位置及动平台的姿态角。本发明方法具有较好的抗强光干扰性，高精度测量性，且实时性好。

技术领域

本发明是一种用于动平台的强光干扰下高精度位姿测量方法，涉及光电式非接触高动态测量技术领域。

背景技术

动平台是指在三维空间中时刻呈现出加速性、机动性和多维运动性的物体，如加授油中的加油机与授油机、海上的舰船、飞行的无人机、工作的机器人等，用于动平台的高精度位姿测量方法是航空、航天、智能制造，如空间交会对接、自动空中加油、无人机起降辅助导航、空间机器人导航、空间机械臂抓取等领域导航控制的技术基础，为控制引导提供高精密测量信息。目前成熟的位姿测量系统有GPS、惯导、激光、视觉等，其中视觉测量系统因具有测量速度快、不易受电磁干扰等优点，常用于动平台的末端引导测量，但实际应用场合，视觉测量常常遇到日光和杂散光干扰，甚至在强光照耀下产生干扰会淹没信标信号，如果在此情况下，用于控制引导，就会产生误动作，从而造成不应有的重大事故，由此必须要解决光的干扰问题。解决光干扰问题主要有以下几个难题：

1、强光直射入视觉测量系统的镜头，造成大面积强光干扰，即使加入窄带滤光片，太阳光仍会在像面形成明显的大面积干扰光斑，甚至淹没信标信号，增加测量难度；

2、在某些非均匀光照环境下，通过光线的反射可形成的光学图像因为物理表面材质的不同，经常会出现局部的高光反射区域。由于高光遮掩了物体的原有形状、颜色、纹理等特征，对目标的识别匹配都会产生很大干扰。

3、动平台的位姿测量都是要求具有较高的实时性，如果采用复杂的去强光干扰算法，必然带来大量数据运算，致使测量速度下降，无法满足保证测量精度的同时维持较高的测量频率的要求。

4、动平台的位姿测量都是要求具有较高测量精度，如果仅采用小视场测量其姿态，可在一定范围内减少大面积强光干扰，但是需要损失精度，甚至无法正确求解动平台整体的测量位姿。如果仅采用大视场测量其姿态，在不同时刻不同区域光照情况下，必然会带来大面积强光干扰。

以上四方面的技术难点，限制了基于视觉的动平台位姿测量技术的使用。如现常用的加入窄带滤光片方式、基于光照模型的去强光干扰算法、多视场交叉匹配算法等，虽然在某些场合起到一定效果，但是算法复杂、运算量大、致使测量速度下降，不能满足动平台的高动态测量需求，甚至出现无法测量的情况。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种用于动平台的强光干扰下高精度位姿测量方法，其目的是解决强光干扰环境下，无法保证基于视觉的动平台位姿测量精度的同时维持较高的测量频率的难题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种用于动平台的强光干扰下高精度位姿测量方法的步骤如下：

步骤一、在被测动平台1上布置两组信标，小区域信标2和位姿解算信标3，每组信标的发光体6的数量不少于3个且不能处于同一条直线上，其中，小区域信标2的每两个发光体6间的距离为30cm～50cm，位姿解算信标3分置在被测动平台1边缘处且尽可能分散；

步骤二、在测量平台7上设置两个短焦图像采集相机5形成立体视觉用于拍摄位姿解算信标3，在测量平台7上设置两个长焦图像采集相机4形成立体视觉用于拍摄小区域信标2，两个短焦图像采集相机5形成的立体视觉与两个长焦图像采集相机4形成的立体视觉采用外触发方式同步采集；