[发明专利]一种自主空中加油场景下锥套目标的单目视觉位姿解算方法

权利要求书

1.一种自主空中加油场景下锥套目标的单目视觉位姿解算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提取待解算位姿的锥套目标的实时图像中与锥套上圆对应的图像特征，包含一个内圆和伞骨上的若干个圆；

(2)用步骤(1)提取得到的内圆在图像坐标系的椭圆参数和实际已知的加油锥套内部圆形加油口的半径大小进行位姿解算，得到二义性位姿解，即两组可能的位姿解；

(3)利用步骤(2)提取的伞骨上若干个圆的图像特征与步骤(2)解算的两组位姿解，恢复出两个待定的目标空间结构；

(4)运行二级共轴约束，排除步骤(2)解算结果的二义性，得到内圆解算的唯一解，一并得到其余伞骨上圆解算的唯一位姿解；

(5)融合多圆特征求解位姿；

所述步骤(3)包括以下步骤：

(31)均匀提取伞骨上每个圆的图像特征上若干个点在图像坐标系下的坐标；所述均匀提取指，以任意长轴为起始，绕椭圆中心逆时针方向按旋转角度均匀等分；

(32)根据已知的锥套上各个圆平面的间距，计算伞骨上若干个圆所在平面，在相机坐标系下的“法线—截距”表达式的截距其中，公式中加减号为，圆所在平面比内圆靠近相机时为减号，远离相机时为加号；n为内圆解算的目标法向量；O为内圆解算的目标位置坐标；d_*为各个对应的圆平面与内圆平面的间距；

(33)根据步骤(2)解算的两组位姿解，计算每个点相机坐标系下反投影的三维点坐标恢复出两个对应的空间结构；其中，K为相机内参矩阵；为图像坐标系齐次坐标；

(34)以空间圆圆心必在任意两点中垂面上，可用N个点构建(N-1)个线性无关的约束等式，并根据步骤(2)求解的平面的法向量，可求解两个空间结构上M个共轴圆圆心的最小二乘解，并根据：

求解对应的空间结构上M个共轴圆的半径r与圆度△r；其中，为圆上点的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的自主空中加油场景下锥套目标的单目视觉位姿解算方法，其特征在于，步骤(1)所述图像特征指锥套上圆在图像坐标系中成像的椭圆参数，包括中心点坐标(u,v)，长轴a，短轴b以及倾角θ，单为分别为像素和度；所述内圆指加油锥套内部圆形加油口的圆。

3.根据权利要求1所述的自主空中加油场景下锥套目标的单目视觉位姿解算方法，其特征在于，所述步骤(4)包括以下步骤：

(41)计算步骤(3)得到内圆解算两组位姿解对应空间结构的第一级共轴约束判断量：

其中j＝1,2

(42)进行第一级共轴约束的二义性解排除；

(43)计算得到的若干个伞骨上圆的半径，根据下式选择对应半径，

并根据步骤(2)中的位姿求解方法，可求解得到每个圆的两组位姿解；

(44)运行第二级共轴约束的二义性解排除，并得到所有圆唯一的法向姿态解：

其中，和为第i个圆求解得到的两个法向量。

4.根据权利要求1所述的自主空中加油场景下锥套目标的单目视觉位姿解算方法，其特征在于，所述步骤(5)通过以下公式实现：

其中，ξ^Tξ＝1，n_j为内圆解算法向姿态的唯一解和其余伞骨上圆的法向位姿唯一解。