汇聚式多摄像机多飞行器运动室内定位系统研究
发布时间：2021-08-18 14:06
室内定位作为一种辅助复杂飞行系统开发的重要手段,被广泛应用于多飞行器系统的研制。在室内定位过程中获得的飞行器运动学参数是非常重要的试验数据,可以被用于多飞行器协作控制与导航算法的开发、飞行器制导控制系统考核以及为飞行器控制系统性能评估。本文以多飞行器运动室内定位视觉系统研制为背景,针对汇聚式多摄像机布局条件下多飞行器的运动定位问题,提出一种飞行器运动参数精确求解的方法。并对多飞行器运动室内定位系统研制过程中涉及到的球形合作靶标高精度定位、汇聚式多摄像机标定以及多点目标跟踪与识别等问题进行了探讨与研究。首先,针对视觉定位中的球心成像点高精度定位问题,分析球形靶标透视投影成像过程,在此基础之上建立其投影模型。针对球形靶标成像边缘的子像素定位问题,考虑成像边缘的模糊效应,建立子像素定位边缘模型,并结合Zernike矩边缘定位算法实现对球投影成像边缘的子像素定位。针对球心成像点定位误差补偿问题,根据球心透视投影成像模型,结合球成像边缘子像素定位结果,推导球心成像点定位误差补偿的闭式解,实现对球形合作靶标中心成像点的高精度定位。其次,针对多飞行器运动室内定位系统中汇聚式多摄像机的标定与三维重建问...
【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】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
平台式惯性测量单元与捷联式惯性测量单元Fig.1-1PlatforminertialmeasurementunitandJet-linkedinertialmeasurementunit
坏囊?蟆?1.2.2视觉定位方法研究现状根据是否需要采用配合测量设备，基于视觉的运动定位方法可以被分为两类：主动定位方法与被动定位方法。近年来基于视觉的主动式目标运动定位在国内外受到了广泛关注，主动式视觉测量方法主要是指需要主动设置配合设备，一般采用激光投射器、结构光投影成像或基于靶标的方法，将目标运动参数的测量转化为对合作靶标的测量，从而规避测量现场的干扰，实现对目标运动的快速、精确与可靠的测量。但由于每一个测量任务对测量精度、测量范围要求的不同，因此，需要分别进行方案的设计。图1-2Vicon与OptiTrack运动定位系统Fig.1-2ViconandOptiTrackMotionLocalizationSystem目前，有很多科研院所对基于视觉的多飞行器定位开展了大量的研究与开发工作，如哈尔滨工业大学的卫星技术研究所，利用计算机视觉手段为微小卫星模拟器提供运动参数外部测量结果，在气浮平台上实现了对微小卫星模拟器编队飞行关键技术的地面仿真验证[26]。针对高速列车动态位姿参数测量需求，天津大学的精密仪器与光电子工程学院[27]采用结构光投影与视觉成像相结合的方式，提出了高速列车动态位姿测量方法，实现高速列车动态位姿测量。针对昆虫运动参数的测量问题，张广军等[28]提出了基于单摄像机与双激光器投射的高扇翅频昆虫飞行运动参数的虚拟四目立体视觉测量系统。针对单个飞行器运动室内定位中运动参数的高精度测量需求，霍炬等根据基于向量交叉的方式，通过直接线性求解的方法求解得到零位惯性坐标系与目标本体坐标系之
工大学的ASL实验室利用光学运动定位系统研究无人飞行器视觉导航算法，其测量数据被直接用于视觉导航算法性的评估[33-35]。基于视觉被动式（也称非合作）目标运动定位方法是指不需要设置配合测量设备，而是通过提取场景中自有的特征实现测量的方法。该方法无需在目标上设置标志点或其他配合测量设施，因而系统实现简单，应用范围广，适合于某些不允许设置标志点或配合测量设备的场合（如航天器对接、空间碎片清理、机器人导航等），由于无法设置配合设备，因而目标的识别、位姿的求解算法复杂，测量精度与稳定性较差。图1-3被动式运动定位应用Fig.1-3Passivemotioncaptureapplications针对上述问题，文献[36]通过将人引入飞行器位姿估计的回路中，在线的提供图像特征提取指导，实现了在轨飞行器的相对位姿估计任务，需要人的参与，因而自动化程度较低。文献[37]利用手眼摄像机与线结构光，提出了一种矩形类目标的位姿估计算法，但本质上来说他仍是一种主动式的运动定位算法。文献[38]通过考虑被测航天器本身所具有的几何结构特征，实现了对空间交会对接中相对位姿实时估计的任务。ShaiSegal等利用立体视觉的方式实现对非合作的卫星之间的相对运动估计[39]。Inaba等在目标几何尺寸与结构都已知的条件下，提出了一种被动式的空间目标在轨捕获方法[40]。相比于主动式运动定位方法，被动式运动定位具有以下特点：1）合作靶标方方面。非合作目标即无需主动在被测目标上设置人工标记点或主动投射结构光在被测目标上，因此在对目标进行运动定位前需要利用目标成像中的几何、灰度、颜色与纹理等信息分析，并将进行目标运动的定位。
【参考文献】：
期刊论文
[1]球形靶标中心成像点的高精度定位[J]. 刘书桂,宋宣晓,韩振华. 光学精密工程. 2016(08)
[2]反舰导弹制导技术发展综述[J]. 刘永,杨健,朱剑,张如飞. 计算机仿真. 2016(02)
[3]基于MCS的多旋翼飞行器测试平台地面站设计[J]. 曾庆化,赵继,黄凯,刘建业,孙晓雯. 计算机技术与发展. 2015(09)
[4]国外先进导弹武器技术发展研究[J]. 王宜晓,刘晓恩,韩鸿硕. 中国航天. 2013(08)
[5]用于相机标定的球靶标投影误差分析与校正[J]. 谷飞飞,赵宏,卜鹏辉,邹海华,赵自新. 光学学报. 2012(12)
[6]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)
[7]基于视觉的飞行器运动参数串行式递归估计[J]. 霍炬,仲小清,杨明. 宇航学报. 2010(02)
[8]基于消隐点几何特性的摄像机自标定方法[J]. 霍炬,杨卫,杨明. 光学学报. 2010(02)
[9]非合作航天器的相对位姿测量[J]. 徐文福,刘宇,梁斌,李成,强文义. 光学精密工程. 2009(07)
[10]一维靶标的多视觉传感器全局校准[J]. 刘震,张广军,魏振忠. 光学精密工程. 2008(11)
博士论文
[1]基于数据关联优化算法的多目标跟踪器设计[D]. 奚峥皓.北京科技大学 2015
[2]高速列车动态包络线测量方法研究[D]. 郭寅.天津大学 2013
[3]基于多点合作目标的多线阵CCD空间物体姿态测量的研究[D]. 李晶.哈尔滨工业大学 2012
[4]大规模运动群体跟踪和三维人脸姿态纠正的研究[D]. 吴海山.复旦大学 2011
[5]基于立体视觉的三维运动测量若干关键技术研究[D]. 曹万鹏.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]基于数据关联的多目标跟踪关键技术研究[D]. 王蒙蒙.电子科技大学 2017
[2]小型四旋翼飞行器集群协作实验平台设计[D]. 曾亚坚.大连理工大学 2013
[3]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
[4]工业数字摄影测量中人工标志的研究与应用[D]. 范生宏.解放军信息工程大学 2006
本文编号：3350029
【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】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
平台式惯性测量单元与捷联式惯性测量单元Fig.1-1PlatforminertialmeasurementunitandJet-linkedinertialmeasurementunit
坏囊?蟆?1.2.2视觉定位方法研究现状根据是否需要采用配合测量设备，基于视觉的运动定位方法可以被分为两类：主动定位方法与被动定位方法。近年来基于视觉的主动式目标运动定位在国内外受到了广泛关注，主动式视觉测量方法主要是指需要主动设置配合设备，一般采用激光投射器、结构光投影成像或基于靶标的方法，将目标运动参数的测量转化为对合作靶标的测量，从而规避测量现场的干扰，实现对目标运动的快速、精确与可靠的测量。但由于每一个测量任务对测量精度、测量范围要求的不同，因此，需要分别进行方案的设计。图1-2Vicon与OptiTrack运动定位系统Fig.1-2ViconandOptiTrackMotionLocalizationSystem目前，有很多科研院所对基于视觉的多飞行器定位开展了大量的研究与开发工作，如哈尔滨工业大学的卫星技术研究所，利用计算机视觉手段为微小卫星模拟器提供运动参数外部测量结果，在气浮平台上实现了对微小卫星模拟器编队飞行关键技术的地面仿真验证[26]。针对高速列车动态位姿参数测量需求，天津大学的精密仪器与光电子工程学院[27]采用结构光投影与视觉成像相结合的方式，提出了高速列车动态位姿测量方法，实现高速列车动态位姿测量。针对昆虫运动参数的测量问题，张广军等[28]提出了基于单摄像机与双激光器投射的高扇翅频昆虫飞行运动参数的虚拟四目立体视觉测量系统。针对单个飞行器运动室内定位中运动参数的高精度测量需求，霍炬等根据基于向量交叉的方式，通过直接线性求解的方法求解得到零位惯性坐标系与目标本体坐标系之
工大学的ASL实验室利用光学运动定位系统研究无人飞行器视觉导航算法，其测量数据被直接用于视觉导航算法性的评估[33-35]。基于视觉被动式（也称非合作）目标运动定位方法是指不需要设置配合测量设备，而是通过提取场景中自有的特征实现测量的方法。该方法无需在目标上设置标志点或其他配合测量设施，因而系统实现简单，应用范围广，适合于某些不允许设置标志点或配合测量设备的场合（如航天器对接、空间碎片清理、机器人导航等），由于无法设置配合设备，因而目标的识别、位姿的求解算法复杂，测量精度与稳定性较差。图1-3被动式运动定位应用Fig.1-3Passivemotioncaptureapplications针对上述问题，文献[36]通过将人引入飞行器位姿估计的回路中，在线的提供图像特征提取指导，实现了在轨飞行器的相对位姿估计任务，需要人的参与，因而自动化程度较低。文献[37]利用手眼摄像机与线结构光，提出了一种矩形类目标的位姿估计算法，但本质上来说他仍是一种主动式的运动定位算法。文献[38]通过考虑被测航天器本身所具有的几何结构特征，实现了对空间交会对接中相对位姿实时估计的任务。ShaiSegal等利用立体视觉的方式实现对非合作的卫星之间的相对运动估计[39]。Inaba等在目标几何尺寸与结构都已知的条件下，提出了一种被动式的空间目标在轨捕获方法[40]。相比于主动式运动定位方法，被动式运动定位具有以下特点：1）合作靶标方方面。非合作目标即无需主动在被测目标上设置人工标记点或主动投射结构光在被测目标上，因此在对目标进行运动定位前需要利用目标成像中的几何、灰度、颜色与纹理等信息分析，并将进行目标运动的定位。
【参考文献】：
期刊论文
[1]球形靶标中心成像点的高精度定位[J]. 刘书桂,宋宣晓,韩振华. 光学精密工程. 2016(08)
[2]反舰导弹制导技术发展综述[J]. 刘永,杨健,朱剑,张如飞. 计算机仿真. 2016(02)
[3]基于MCS的多旋翼飞行器测试平台地面站设计[J]. 曾庆化,赵继,黄凯,刘建业,孙晓雯. 计算机技术与发展. 2015(09)
[4]国外先进导弹武器技术发展研究[J]. 王宜晓,刘晓恩,韩鸿硕. 中国航天. 2013(08)
[5]用于相机标定的球靶标投影误差分析与校正[J]. 谷飞飞,赵宏,卜鹏辉,邹海华,赵自新. 光学学报. 2012(12)
[6]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)
[7]基于视觉的飞行器运动参数串行式递归估计[J]. 霍炬,仲小清,杨明. 宇航学报. 2010(02)
[8]基于消隐点几何特性的摄像机自标定方法[J]. 霍炬,杨卫,杨明. 光学学报. 2010(02)
[9]非合作航天器的相对位姿测量[J]. 徐文福,刘宇,梁斌,李成,强文义. 光学精密工程. 2009(07)
[10]一维靶标的多视觉传感器全局校准[J]. 刘震,张广军,魏振忠. 光学精密工程. 2008(11)
博士论文
[1]基于数据关联优化算法的多目标跟踪器设计[D]. 奚峥皓.北京科技大学 2015
[2]高速列车动态包络线测量方法研究[D]. 郭寅.天津大学 2013
[3]基于多点合作目标的多线阵CCD空间物体姿态测量的研究[D]. 李晶.哈尔滨工业大学 2012
[4]大规模运动群体跟踪和三维人脸姿态纠正的研究[D]. 吴海山.复旦大学 2011
[5]基于立体视觉的三维运动测量若干关键技术研究[D]. 曹万鹏.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]基于数据关联的多目标跟踪关键技术研究[D]. 王蒙蒙.电子科技大学 2017
[2]小型四旋翼飞行器集群协作实验平台设计[D]. 曾亚坚.大连理工大学 2013
[3]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
[4]工业数字摄影测量中人工标志的研究与应用[D]. 范生宏.解放军信息工程大学 2006
本文编号：3350029
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3350029.html
最近更新
教材专著
