基于计算机视觉的气浮台位姿测量方法研究
发布时间：2021-02-14 15:32
在对航天器进行地面仿真的过程中,需要使用气浮台来提供微干扰力矩的动力学仿真实验环境。在这种航天器动力学闭环仿真实验中需要实时获取气浮台的位置和姿态信息,实现气浮台位置和姿态的闭环控制。基于这一研究背景,本课题采用计算机视觉相关的测量原理,对气浮台的位姿测量方法进行研究,提供一种非接触、低成本、高精度的气浮台位置与姿态测量方法。首先分析了国内外该领域的研究现状,研究了相机的建模与标定方法。分析了单目相机和双目相机的成像原理,建立了相机的针孔成像模型、镜头畸变模型、三角测距模型和立体校正模型,给出了相应的标定算法,并通过标定实验标定了模型中的未知参数。然后研究了目标特征的提取与匹配方法。对于合作目标,研究了基于二维高斯曲面拟合的亚像素质心定位方法和基于先验几何关系的标志点匹配算法;对于非合作目标,研究了基于SIFT特征描述符的特征点提取算法和基于随机抽样一致性原则的特征点匹配算法,并通过实验验证了目标提取与匹配方法的正确性。之后研究了针对合作目标的位姿测量方法。给出了将测量数据从二维图像坐标系转换到三维世界坐标系的方法;建立了基于合作目标的位姿测量模型,提出了基于迭代更新的合作目标位姿测量...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
枕形畸变和桶形畸变切向畸变产生的原因是，透镜本身与相机传感器平面难以做到完全平行
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-12-r2=x2+y2(2-9)其中1k、2k、3k为径向畸变系数，1p、2p切向畸变系数。2.2.3三角测距模型双目相机的三角测距模型基于三角测量原理，根据世界坐标系下的同一点在双目相机的左右视图图像坐标下的视差信息，可以在不借助先验信息的前提下，估计深度信息。在建立相机的三角测距模型时，为了简化模型，使用平行双目作为建模的基本假设，即双目相机中的左右视图对应的像平面位于同一平面中。对于不满足平行双目假设的实际测量系统，使用2.3.4节中介绍的立体校正模型可以将非平行双目测量系统转化为平行双目测量系统。图2-2三角测距模型将空间点P在双目相机的左右视图对应的图像坐标系下的坐标分别记为(,)Tlluv和(,)Trruv，将空间点P在相机坐标系下的坐标记为,,Z)TCCC（XY，将双目相机中左右相机光心之间的距离记为基线长度B，根据相似三角形原理，可以求得下变换关系
第2章相机的建模与标定-13-lClrlClrClruXBuvYBuuuuZufB===(2-10)其中，f为相机的焦距。2.2.4立体校正模型在实际测量中，由于存在机械安装过程等引入的误差，满足平行双目假设的双目测量系统往往很难获得。因此，需要先通过本节中建立的立体校正模型对双目测量系统进行校正。立体校正的实质是求取双目测量系统中左右视图对应的两个图像坐标系之间的坐标变换关系。双目相机的立体校正模型示意图如图2-3所示。图2-3立体校正模型由此可得双目相机的立体校正模型rlP=RP+T(2-11)其中，lP和rP分别是空间点P在左右视图对应的图像坐标系下的坐标。2.3相机标定算法相机模型建立完成后，需要根据建立的相机模型推导相应的标定算法。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双目视觉下多尺度舰船图像轮廓特征点提取算法[J]. 于海燕. 舰船科学技术. 2020(10)
[2]运动推断结构技术中的特征跟踪方法综述[J]. 曹明伟,李书杰,贾伟,刘晓平. 计算机学报. 2018(11)
[3]基于单目视觉的航天器位姿测量[J]. 汪启跃,王中宇. 应用光学. 2017(02)
[4]三维姿态角高精度测量装置[J]. 孙国燕,高立民,白建明,杨东来,潘亮. 光学精密工程. 2016(05)
[5]多自由度气浮仿真试验台的研究与发展[J]. 许剑,杨庆俊,包钢,王捷冰. 航天控制. 2009(06)
[6]基于加速度计和角速率陀螺的超小无人直升机姿态控制系统[J]. 高同跃,龚振邦,罗均,冯伟. 飞行器测控学报. 2007 (01)
[7]基于立体视觉的目标姿态测量技术[J]. 胡宝洁,曾峦,熊伟,赵忠文. 计算机测量与控制. 2007(01)
[8]某型直升机半物理仿真系统的设计[J]. 刘磊,王新民,张剑锋,李爱军,余翔. 航空电子技术. 2006(01)
[9]基于方向余弦参量的物坐标系与世界坐标系间的坐标变换[J]. 许社教,张郁. 工程图学学报. 2004(01)
[10]关于P3P问题解的唯一性条件的几点讨论[J]. 周鑫,朱枫. 计算机学报. 2003(12)
博士论文
[1]基于目标特征的单目视觉位置姿态测量技术研究[D]. 赵连军.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[2]基于单目视觉的目标识别与定位研究[D]. 冯春.南京航空航天大学 2013
[3]空间目标的单目视觉位姿测量方法研究[D]. 夏军营.国防科学技术大学 2012
[4]基于直线特征的空间目标三维结构重建和位姿测量方法研究[D]. 傅丹.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]单目视觉姿态自动测量方法研究[D]. 张慧娟.湖北工业大学 2019
[2]基于磁信标的定位方法研究及其误差分析[D]. 张大成.哈尔滨工业大学 2016
[3]四旋翼飞行器半物理模型实时仿真系统研究[D]. 戴颖超.内蒙古科技大学 2014
[4]基于Modelica的柔性多体系统建模与仿真[D]. 黎瑶波.华中科技大学 2011
[5]基于计算机视觉的多目标位姿测量方法研究[D]. 谭校纳.哈尔滨工业大学 2009
[6]基于几何特征量的自主位姿测量方法的研究[D]. 许薇.天津大学 2008
[7]用于电控发动机教学平台的发动机实时仿真模型研究[D]. 魏健.天津大学 2007
[8]空间交会对接视觉测量方法研究与实现[D]. 王福有.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3033477
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
枕形畸变和桶形畸变切向畸变产生的原因是，透镜本身与相机传感器平面难以做到完全平行
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-12-r2=x2+y2(2-9)其中1k、2k、3k为径向畸变系数，1p、2p切向畸变系数。2.2.3三角测距模型双目相机的三角测距模型基于三角测量原理，根据世界坐标系下的同一点在双目相机的左右视图图像坐标下的视差信息，可以在不借助先验信息的前提下，估计深度信息。在建立相机的三角测距模型时，为了简化模型，使用平行双目作为建模的基本假设，即双目相机中的左右视图对应的像平面位于同一平面中。对于不满足平行双目假设的实际测量系统，使用2.3.4节中介绍的立体校正模型可以将非平行双目测量系统转化为平行双目测量系统。图2-2三角测距模型将空间点P在双目相机的左右视图对应的图像坐标系下的坐标分别记为(,)Tlluv和(,)Trruv，将空间点P在相机坐标系下的坐标记为,,Z)TCCC（XY，将双目相机中左右相机光心之间的距离记为基线长度B，根据相似三角形原理，可以求得下变换关系
第2章相机的建模与标定-13-lClrlClrClruXBuvYBuuuuZufB===(2-10)其中，f为相机的焦距。2.2.4立体校正模型在实际测量中，由于存在机械安装过程等引入的误差，满足平行双目假设的双目测量系统往往很难获得。因此，需要先通过本节中建立的立体校正模型对双目测量系统进行校正。立体校正的实质是求取双目测量系统中左右视图对应的两个图像坐标系之间的坐标变换关系。双目相机的立体校正模型示意图如图2-3所示。图2-3立体校正模型由此可得双目相机的立体校正模型rlP=RP+T(2-11)其中，lP和rP分别是空间点P在左右视图对应的图像坐标系下的坐标。2.3相机标定算法相机模型建立完成后，需要根据建立的相机模型推导相应的标定算法。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双目视觉下多尺度舰船图像轮廓特征点提取算法[J]. 于海燕. 舰船科学技术. 2020(10)
[2]运动推断结构技术中的特征跟踪方法综述[J]. 曹明伟,李书杰,贾伟,刘晓平. 计算机学报. 2018(11)
[3]基于单目视觉的航天器位姿测量[J]. 汪启跃,王中宇. 应用光学. 2017(02)
[4]三维姿态角高精度测量装置[J]. 孙国燕,高立民,白建明,杨东来,潘亮. 光学精密工程. 2016(05)
[5]多自由度气浮仿真试验台的研究与发展[J]. 许剑,杨庆俊,包钢,王捷冰. 航天控制. 2009(06)
[6]基于加速度计和角速率陀螺的超小无人直升机姿态控制系统[J]. 高同跃,龚振邦,罗均,冯伟. 飞行器测控学报. 2007 (01)
[7]基于立体视觉的目标姿态测量技术[J]. 胡宝洁,曾峦,熊伟,赵忠文. 计算机测量与控制. 2007(01)
[8]某型直升机半物理仿真系统的设计[J]. 刘磊,王新民,张剑锋,李爱军,余翔. 航空电子技术. 2006(01)
[9]基于方向余弦参量的物坐标系与世界坐标系间的坐标变换[J]. 许社教,张郁. 工程图学学报. 2004(01)
[10]关于P3P问题解的唯一性条件的几点讨论[J]. 周鑫,朱枫. 计算机学报. 2003(12)
博士论文
[1]基于目标特征的单目视觉位置姿态测量技术研究[D]. 赵连军.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[2]基于单目视觉的目标识别与定位研究[D]. 冯春.南京航空航天大学 2013
[3]空间目标的单目视觉位姿测量方法研究[D]. 夏军营.国防科学技术大学 2012
[4]基于直线特征的空间目标三维结构重建和位姿测量方法研究[D]. 傅丹.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]单目视觉姿态自动测量方法研究[D]. 张慧娟.湖北工业大学 2019
[2]基于磁信标的定位方法研究及其误差分析[D]. 张大成.哈尔滨工业大学 2016
[3]四旋翼飞行器半物理模型实时仿真系统研究[D]. 戴颖超.内蒙古科技大学 2014
[4]基于Modelica的柔性多体系统建模与仿真[D]. 黎瑶波.华中科技大学 2011
[5]基于计算机视觉的多目标位姿测量方法研究[D]. 谭校纳.哈尔滨工业大学 2009
[6]基于几何特征量的自主位姿测量方法的研究[D]. 许薇.天津大学 2008
[7]用于电控发动机教学平台的发动机实时仿真模型研究[D]. 魏健.天津大学 2007
[8]空间交会对接视觉测量方法研究与实现[D]. 王福有.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3033477
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3033477.html
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