基于圆特征的非合作航天器位姿ToF相机测量方法

发布时间：2023-03-27 01:43

　　为了延长航天器的寿命及提高航天器可靠性,在轨服务体系已经启动建设。对于没有搭载特殊识别装置的非合作目标,必须采用传感器对目标位置与姿态进行测量,才能安全有效的进行服务任务。本论文立足在轨服务中的近距离操作任务,利用信息丰富的To F相机作为测量传感器,以非合作目标上的圆特征为入手点,研究一种高效可靠的非合作航天器相对位姿测量方法。主要采用基于点云模型的姿态确定方法,重点开展圆特征区域提取、空间圆拟合和基于圆特征的相对位姿解算与验证方法的研究,主要内容如下:利用圆特征求解目标的相对位姿,首先需要进行圆特征区域的提取。针对具有深度信息的点云数目庞大、单视角下数据不完整导致的求解算法复杂、效率低的问题,提出了一种利用灰度图像辅助的点云分割方法。利用To F相机中灰度图像与深度图像像素位置一一对应的特殊性,在灰度图像中进行椭圆检测后,在深度图像中再进行相应位置的数据提取转换为点云,由此将含有圆特征的区域点云提取出来。最后进行聚类筛选后就可以得到圆特征区域点云。通过实物拍摄数据进行编程实验,并与单独的点云分割效果对比,结果表明利用灰度辅助点云分割的更快速有效。基于圆特征的相对位姿求解主要利用圆特...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 基于激光雷达的位姿测量任务与应用
        1.2.2 点云特征提取方法
        1.2.3 基于点云的位姿解算方法
    1.3 主要研究内容
第2章 问题描述与关键数学模型
    2.1 引言
    2.2 问题描述
    2.3 基本坐标系定义
    2.4 TOF相机介绍
        2.4.1 数据类型
        2.4.2 深度图像转为点云
    2.5 关键数学模型
        2.5.1 基于模型的点云位姿解算模型
        2.5.2 基于圆特征的相对位姿求解
    2.6 本章小结
第3章 基于灰度图像辅助的点云圆特征区域提取
    3.1 引言
    3.2 问题描述
    3.3 灰度图像辅助点云分割
        3.3.1 椭圆提取与拟合
        3.3.2 同区对应分割
    3.4 聚类与筛选
    3.5 实验与分析
        3.5.1 实验条件
        3.5.2 实验结果与分析
    3.6 本章小结
第4章 基于灰度图像与点云的空间圆特征参数求解
    4.1 引言
    4.2 问题描述
    4.3 空间圆法向量拟合
        4.3.1 基于点云的空间圆法向量拟合
        4.3.2 基于灰度图像的空间圆法向量拟合
        4.3.3 法向量结果融合
    4.4 空间圆圆心和半径拟合
    4.5 实验与分析
        4.5.1 实验条件
        4.5.2 实验结果与分析
    4.6 本章小结
第5章 基于圆特征的非合作航天器位姿确定实验
    5.1 引言
    5.2 主算法流程
    5.3 算法验证实验
        5.3.1 非合作目标模型近似重构
        5.3.2 法向量转换为方向余弦矩阵实验
        5.3.3 标准参数计算
        5.3.4 深度图像与灰度图像不同步分析
        5.3.5 评价方法
    5.4 实验系统设计
        5.4.1 硬件系统介绍
        5.4.2 相机标定
        5.4.3 程序流程设计
    5.5 结果及分析
        5.5.1 主算法结果
        5.5.2 法向量转换为方向余弦矩阵实验结果
        5.5.3 直接空间圆拟合结果
        5.5.4 灰度图像与深度图像不同步实验
        5.5.5 实验结果比较分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3772127