基于立体视觉的非合作目标位姿测量方法
发布时间：2021-06-13 16:35
卫星在太空的空间任务包括在轨服务,交会对接,空间目标监视等,而准确的定位目标卫星相对于执行卫星的位置、姿态则是完成这些任务的必要条件。本文以立体视觉测量系统为基础,在已有研究成果的基础上设计了一种非合作目标位姿测量方法。并针对实验过程中的具体问题对传统的测量方法进行了改良。本文主要通过如下几个方面完成了立体视觉的非合作目标位姿测量方法的设计。（1）系统地分析了课题的背景与研究意义,对双目立体视觉,多目标跟踪,双目视觉立体匹配与摄像机标定的国内外研究现状进行调研。确立了整体的研究思路。（2）在实验过程中遇到了摄像机在长景深条件下标定局部误差过大的问题。发现该问题的主要原因是小靶标对长景深标定所获得的标定结果只能是局部最优。为解决此问题首先阐述了摄像机模型、摄像机畸变模型和空间射影几何原理。以及对传统标定方法进行了概述,设计了一种基于多工位小标准靶的标定方法,该方法可以有效减低长景深标定的整体误差。（3）对不同情况的太空背景条件进行了分析,之后对实验中不同背景出现的不同处理结果进行了分析。首先针对拍摄背景较简洁,效果较好的情况下设计了一套图像预处理方法。之后针对有强光背景条件下设计了一种形...
【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】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图像坐标系1O定义为摄像机二维图像平面与摄像机光轴的交点，1O在vu,坐标系中坐标为
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-000010101001uXdXuuudXvvYdYvvdY=+==+(2-1)摄像机成像几何关系如图2-2所示，图中o点为摄像机光心，摄像机坐标系中yx,轴分别与图像坐标系中YX,轴平行，z为光轴，它与图像平面垂直。点o与,,zyx轴组成的坐标系为摄像机坐标系，1oO为焦距。图2-2摄像机坐标系、图像坐标系、世界坐标系假设空间一点P在世界坐标系和摄像机坐标系下的坐标分别是()T,,WWWZYX和()T,,zyx，则：==11101TWWWWWWZYXZYXtRyzx1M(2-2)其中，R是3×3的旋转矩阵，t是3×1的平移矢量。2.2.2摄像机模型（1）小孔模型摄像机的数学几何模型可以看做为小孔模型，如图2-3所示。图中f为焦距，Z是光心到被拍摄物体的距离，L是成像物体的长度，l是物体的成像长度。通过图中的几何关系可以得到，
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-9-ZL=fl(2-3)为了简化该模型的形式，将成像平面移到针孔前，如图2-1所示。则式（2-3）可以写为：ZLfl=(2-4)这样对于拍摄过程中的任意一点(ZYXQ,,)与成像平面(yxq,)的对应关系可以表示为==ZYfyZXfx(2-5)图2-3小孔模型（2）内参数模型通过基于摄像机的内参数模型的几何变换可以实现图像点与空间点之间的投影，即将点（x,y）转换成为（u,v），并将主点的图像坐标定义为（u0,v0），则==yvvxuuyxαα00(2-6)将（2-3）式代入到（2-4）式中，得==ZYfvvZXfuuyxαα00(2-7)将（2-5）式写为矩阵形式，则有==1//1//10000100ZYZXZYZXvkukvuyxinM(2-8)（2-6）式中，Mi含有4个参数。因此称式（2-6）为摄像机的四参数模型。将空间点的坐标用（xc,yc,zc）来表示，（2-6）式可改写为
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于OpenCV的视频监控与跟踪系统研究[J]. 邱鹏瑞. 计算机与数字工程. 2019(04)
[2]基于双目视觉的焊缝跟踪系统研究[J]. 冯进良,曹晨鸣,孙铭,王浩浩,李世涛. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(01)
[3]测量误差不确定性加权的立体视觉位姿估计目标函数[J]. 霍炬,张贵阳,崔家山,杨明. 光学精密工程. 2018(04)
[4]基于OpenGL的模拟双目建模平台研究与仿真[J]. 刘阳,谢宗武,王滨,刘宏,蔡鹤皋. 哈尔滨工程大学学报. 2017(06)
[5]基于改进SURF算子的彩色图像配准算法[J]. 任克强,胡梦云. 电子测量与仪器学报. 2016(05)
[6]一种基于距离约束的改进SURF算法[J]. 李红波,赵永耀,吴渝,代文海. 系统仿真学报. 2014(12)
[7]基于改进SIFT算法的图像匹配[J]. 刘佳,傅卫平,王雯,李娜. 仪器仪表学报. 2013(05)
[8]非合作大目标位姿测量的线结构光视觉方法[J]. 高学海,梁斌,潘乐,徐文福. 宇航学报. 2012(06)
[9]地球静止轨道在轨服务技术研究现状与发展趋势[J]. 梁斌,徐文福,李成,刘宇. 宇航学报. 2010(01)
[10]基于双目视觉的航天器间相对位置和姿态的测量方法[J]. 张庆君,胡修林,叶斌,钟山. 宇航学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于多尺度变换的图像去噪及融合算法研究[D]. 刘玉淑.山东大学 2013
硕士论文
[1]基于双目视觉移动机器人目标的检测与定位[D]. 卢洪军.沈阳工业大学 2017
[2]基于双目视觉的非合作目标特征结构识别方法研究[D]. 鄂薇.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于视觉的近距离非合作空天目标的相对位姿测量技术研究[D]. 李文跃.南京航空航天大学 2012
[4]摄像机大视场标定方法研究[D]. 林武康.哈尔滨工业大学 2011
[5]基于双目立体视觉的空间非合作目标的位姿测量[D]. 董圣男.南京航空航天大学 2010
本文编号：3227902
【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】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图像坐标系1O定义为摄像机二维图像平面与摄像机光轴的交点，1O在vu,坐标系中坐标为
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-000010101001uXdXuuudXvvYdYvvdY=+==+(2-1)摄像机成像几何关系如图2-2所示，图中o点为摄像机光心，摄像机坐标系中yx,轴分别与图像坐标系中YX,轴平行，z为光轴，它与图像平面垂直。点o与,,zyx轴组成的坐标系为摄像机坐标系，1oO为焦距。图2-2摄像机坐标系、图像坐标系、世界坐标系假设空间一点P在世界坐标系和摄像机坐标系下的坐标分别是()T,,WWWZYX和()T,,zyx，则：==11101TWWWWWWZYXZYXtRyzx1M(2-2)其中，R是3×3的旋转矩阵，t是3×1的平移矢量。2.2.2摄像机模型（1）小孔模型摄像机的数学几何模型可以看做为小孔模型，如图2-3所示。图中f为焦距，Z是光心到被拍摄物体的距离，L是成像物体的长度，l是物体的成像长度。通过图中的几何关系可以得到，
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-9-ZL=fl(2-3)为了简化该模型的形式，将成像平面移到针孔前，如图2-1所示。则式（2-3）可以写为：ZLfl=(2-4)这样对于拍摄过程中的任意一点(ZYXQ,,)与成像平面(yxq,)的对应关系可以表示为==ZYfyZXfx(2-5)图2-3小孔模型（2）内参数模型通过基于摄像机的内参数模型的几何变换可以实现图像点与空间点之间的投影，即将点（x,y）转换成为（u,v），并将主点的图像坐标定义为（u0,v0），则==yvvxuuyxαα00(2-6)将（2-3）式代入到（2-4）式中，得==ZYfvvZXfuuyxαα00(2-7)将（2-5）式写为矩阵形式，则有==1//1//10000100ZYZXZYZXvkukvuyxinM(2-8)（2-6）式中，Mi含有4个参数。因此称式（2-6）为摄像机的四参数模型。将空间点的坐标用（xc,yc,zc）来表示，（2-6）式可改写为
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于OpenCV的视频监控与跟踪系统研究[J]. 邱鹏瑞. 计算机与数字工程. 2019(04)
[2]基于双目视觉的焊缝跟踪系统研究[J]. 冯进良,曹晨鸣,孙铭,王浩浩,李世涛. 长春理工大学学报(自然科学版). 2019(01)
[3]测量误差不确定性加权的立体视觉位姿估计目标函数[J]. 霍炬,张贵阳,崔家山,杨明. 光学精密工程. 2018(04)
[4]基于OpenGL的模拟双目建模平台研究与仿真[J]. 刘阳,谢宗武,王滨,刘宏,蔡鹤皋. 哈尔滨工程大学学报. 2017(06)
[5]基于改进SURF算子的彩色图像配准算法[J]. 任克强,胡梦云. 电子测量与仪器学报. 2016(05)
[6]一种基于距离约束的改进SURF算法[J]. 李红波,赵永耀,吴渝,代文海. 系统仿真学报. 2014(12)
[7]基于改进SIFT算法的图像匹配[J]. 刘佳,傅卫平,王雯,李娜. 仪器仪表学报. 2013(05)
[8]非合作大目标位姿测量的线结构光视觉方法[J]. 高学海,梁斌,潘乐,徐文福. 宇航学报. 2012(06)
[9]地球静止轨道在轨服务技术研究现状与发展趋势[J]. 梁斌,徐文福,李成,刘宇. 宇航学报. 2010(01)
[10]基于双目视觉的航天器间相对位置和姿态的测量方法[J]. 张庆君,胡修林,叶斌,钟山. 宇航学报. 2008(01)
博士论文
[1]基于多尺度变换的图像去噪及融合算法研究[D]. 刘玉淑.山东大学 2013
硕士论文
[1]基于双目视觉移动机器人目标的检测与定位[D]. 卢洪军.沈阳工业大学 2017
[2]基于双目视觉的非合作目标特征结构识别方法研究[D]. 鄂薇.哈尔滨工业大学 2014
[3]基于视觉的近距离非合作空天目标的相对位姿测量技术研究[D]. 李文跃.南京航空航天大学 2012
[4]摄像机大视场标定方法研究[D]. 林武康.哈尔滨工业大学 2011
[5]基于双目立体视觉的空间非合作目标的位姿测量[D]. 董圣男.南京航空航天大学 2010
本文编号：3227902
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3227902.html
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