月面场景重建及月面巡视器路径规划方法研究
发布时间：2021-05-26 18:03
利用巡视器探测月球表面是各航天大国开展月球探测的主流手段。月面巡视器作为月面专用移动机器人,其具备出众的运动性能,并携带若干有效载荷,能够完成月岩探测、月壤采样等多种科学实验。在月面巡视器开展探测任务的过程中,感知月面未知环境是进行后续任务的基础。在已知月面环境的基础上,探测点的选取以及月面巡视器的路径规划是影响探测任务成败的关键。本文基于航天五院项目“月壤表取采样封装智能策略分析软件研制”的课题背景,以月面巡视器为研究对象,对月面巡视器进行探测任务过程中的月面三维场景重建技术、探测点选取策略以及月面巡视器路径规划方法开展研究。主要研究工作如下:首先,基于立体视觉技术开展了月面三维场景重建方法研究。通过双目相机的三角测距原理建立了立体视觉模型。为了得到左右图像的视差图,对图形预处理方法以及立体匹配方法进行了分析,确定了以直方图均衡化和双边滤波的方式对图像进行了预处理,并采用了基于区域的立体匹配方法,通过MRF框架得到了稠密的视差图。在得到月面三维点云之后,为了重构出月面三维模型,提出了基于KD树的Delaunay三角化快速建模方法,有效提高了月面三维场景的重构效率。其次,面向月面巡视器...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 相关技术研究现状
1.2.1 巡视器国内外研究现状
1.2.2 基于立体视觉的三维场景重构方法研究现状
1.2.3 探测点选取研究现状
1.2.4 路径规划研究现状
1.3 本文研究内容及结构安排
第二章 基于立体视觉的月面三维场景重构方法研究
2.1 引言
2.2 立体视觉模型
2.3 图像预处理方法
2.3.1 灰度等级变化
2.3.2 图像滤波
2.4 立体匹配方法
2.5 基于KD树的快速建模方法
2.6 本章小结
第三章 考虑多优化性能指标的探测点选取策略研究
3.1 引言
3.2 月面巡视器安全运动区域求解
3.2.1 坡度代价
3.2.2 障碍代价
3.2.3 安全运动区域求解
3.3 考虑月面三维模型的探测点优化性能指标构建
3.3.1 探测点平整度评价指标构建
3.3.2 探测点光照评价指标构建
3.3.3 综合评价指标
3.4 融合多优化性能指标的探测点选取策略研究
3.5 数值仿真验证
3.5.1 安全运动区域求解
3.5.2 探测点自主选取
3.6 本章小结
第四章 基于改进PRM算法的巡视器路径规划方法研究
4.1 引言
4.2 基于月面三维模型的路径代价函数构建
4.2.1 坡度路径代价
4.2.2 粗糙度路径代价
4.2.3 路径代价
4.3 基于PRM算法的月面巡视器路径规划方法研究
4.3.1 学习阶段
4.3.2 查询阶段
4.3.3 传统PRM算法性能分析
4.4 基于改进PRM算法的月面巡视器路径规划方法研究
4.4.1 障碍空间采样点处理
4.4.2 自由空间采样点处理
4.5 数值仿真验证
4.6 本章小结
第五章 月面场景重建及月面巡视器路径规划仿真平台搭建及实验验证
5.1 引言
5.2 实验平台与实验流程
5.2.1 实验平台
5.2.2 实验流程
5.3 实验结果与分析
5.3.1 月面三维场景重建实验
5.3.2 基于多优化性能指标的探测点选取实验
5.3.3 基于改进PRM算法的巡视器路径规划实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要研究工作总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双目立体相机的室外场景三维重建系统设计[J]. 汪神岳,刘强,王超然,侯长波. 计算机测量与控制. 2017(11)
[2]移动机器人导航技术现状与展望[J]. 吴天明. 河南科技. 2014(17)
[3]中国月球探测器发展历程和经验初探[J]. 叶培建,黄江川,孙泽洲,杨孟飞,孟林智. 中国科学:技术科学. 2014(06)
[4]登陆外星的漫游车[J]. 杨孝文. 太空探索. 2012(05)
[5]基于粒子群优化算法的月面巡视器全局路径规划[J]. 彭松,贾阳. 航天器工程. 2012(01)
[6]基于可通过性的月面巡视探测器路径规划算法[J]. 刘建军,陈建新. 中国空间科学技术. 2009(03)
[7]基于异构双目视觉的全自主足球机器人导航[J]. 高庆吉,洪炳熔,阮玉峰. 哈尔滨工业大学学报. 2003(09)
[8]用立体视觉测量多自由度机械装置姿态的研究[J]. 阮晓东,李世伦,诸葛良,骆涵秀. 中国机械工程. 2000(05)
本文编号：3206814
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 相关技术研究现状
1.2.1 巡视器国内外研究现状
1.2.2 基于立体视觉的三维场景重构方法研究现状
1.2.3 探测点选取研究现状
1.2.4 路径规划研究现状
1.3 本文研究内容及结构安排
第二章 基于立体视觉的月面三维场景重构方法研究
2.1 引言
2.2 立体视觉模型
2.3 图像预处理方法
2.3.1 灰度等级变化
2.3.2 图像滤波
2.4 立体匹配方法
2.5 基于KD树的快速建模方法
2.6 本章小结
第三章 考虑多优化性能指标的探测点选取策略研究
3.1 引言
3.2 月面巡视器安全运动区域求解
3.2.1 坡度代价
3.2.2 障碍代价
3.2.3 安全运动区域求解
3.3 考虑月面三维模型的探测点优化性能指标构建
3.3.1 探测点平整度评价指标构建
3.3.2 探测点光照评价指标构建
3.3.3 综合评价指标
3.4 融合多优化性能指标的探测点选取策略研究
3.5 数值仿真验证
3.5.1 安全运动区域求解
3.5.2 探测点自主选取
3.6 本章小结
第四章 基于改进PRM算法的巡视器路径规划方法研究
4.1 引言
4.2 基于月面三维模型的路径代价函数构建
4.2.1 坡度路径代价
4.2.2 粗糙度路径代价
4.2.3 路径代价
4.3 基于PRM算法的月面巡视器路径规划方法研究
4.3.1 学习阶段
4.3.2 查询阶段
4.3.3 传统PRM算法性能分析
4.4 基于改进PRM算法的月面巡视器路径规划方法研究
4.4.1 障碍空间采样点处理
4.4.2 自由空间采样点处理
4.5 数值仿真验证
4.6 本章小结
第五章 月面场景重建及月面巡视器路径规划仿真平台搭建及实验验证
5.1 引言
5.2 实验平台与实验流程
5.2.1 实验平台
5.2.2 实验流程
5.3 实验结果与分析
5.3.1 月面三维场景重建实验
5.3.2 基于多优化性能指标的探测点选取实验
5.3.3 基于改进PRM算法的巡视器路径规划实验
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 主要研究工作总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双目立体相机的室外场景三维重建系统设计[J]. 汪神岳,刘强,王超然,侯长波. 计算机测量与控制. 2017(11)
[2]移动机器人导航技术现状与展望[J]. 吴天明. 河南科技. 2014(17)
[3]中国月球探测器发展历程和经验初探[J]. 叶培建,黄江川,孙泽洲,杨孟飞,孟林智. 中国科学:技术科学. 2014(06)
[4]登陆外星的漫游车[J]. 杨孝文. 太空探索. 2012(05)
[5]基于粒子群优化算法的月面巡视器全局路径规划[J]. 彭松,贾阳. 航天器工程. 2012(01)
[6]基于可通过性的月面巡视探测器路径规划算法[J]. 刘建军,陈建新. 中国空间科学技术. 2009(03)
[7]基于异构双目视觉的全自主足球机器人导航[J]. 高庆吉,洪炳熔,阮玉峰. 哈尔滨工业大学学报. 2003(09)
[8]用立体视觉测量多自由度机械装置姿态的研究[J]. 阮晓东,李世伦,诸葛良,骆涵秀. 中国机械工程. 2000(05)
本文编号：3206814
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