[发明专利]一种基于立体视觉的加油飞机锥套位姿测量方法

摘要

本发明涉及一种基于立体视觉的加油飞机锥套位姿测量方法，主要用于空中加油过程中加油锥套的精准定位及姿态求解。方法包括：平行的两个相机内外参的标定及图像校正；对锥套进行二维图像初始定位后，对左右相机拍摄的二维图像初始定位区域进行立体匹配，求解三维点云；通过锥套形貌特征定义二维图像中关键特征点，二维图像结合三维点云，形成三维特征点集合，求解三维特征点集的平面方程；滤除背景及噪声点后，求解锥套表面圆环中心点空间坐标及锥套的空间位姿。本发明采用二维图像与三维点云相结合的方式，能够快速且有效的实现锥套位姿测量，从整体上减少了算法耗费的时间，具有操作简单、实用性强、易硬件化移植、快速实时等特点，且无需在锥套上添加合作标识，在实际项目中便捷可行。

主权项

1.一种基于立体视觉的加油飞机锥套位姿测量方法，其特征在于：包括以下步骤：a、对平行放置的两个相机，定义以两个相机中任意一个相机光心为坐标轴原点的相机坐标系，通过标定获得两个相机的内部参数与两个相机的外部参数，即旋转矩阵和平移向量，采用内外参数和相机之间的外部参数对两个相机拍摄到的二维图像进行校正；b、预先拍摄上千张的实际使用且含有锥套的二维图像，标注出仅含锥套区域的二维图像作为正样本集，同时标注出非锥套区域的二维图像作为负样本集，通过正负样本集训练出锥套分类器，采用锥套分类器分别在两个相机的校正后的二维图像中检测出锥套区域，将二维图像中检测出的锥套区域代入跟踪算法，在二维图像中对锥套区域进行跟踪，结合检测算法和跟踪算法分别获得的锥套区域及算法对应权重，获得在两个相机中的二维图像中锥套初始定位区域；c、将两个相机的二维图像中锥套初始定位区域进行立体匹配，获得视差图，对视差图求解得到光心定义为原点的相机的二维图像中锥套初始定位区域的三维点云；d、在光心定义为原点的相机的二维图像中锥套初始定位区域进行点筛选，结合步骤b中的三维点云，筛选出锥套表面圆环上的关键特征三维点，组成三维点集，使用RANSAC求解锥套表面圆环所在的平面方程；e、根据步骤d中求解得到的平面方程，滤除背景点及噪声点，获得步骤c中求解出的平面附近的且位于锥套表面圆环上的大部分，即70％‑80％的三维点，形成三维点集，求取三维点集的平均值，即为锥套表面圆环中心点的空间三维位置，以及锥套表面圆环所在的平面方程，再结合锥套的特征形貌，求解出锥套的空间位姿，即位置及姿态。