单目视觉姿态自动测量方法研究
发布时间：2022-01-24 01:04
单目视觉测量技术以其高精度、非接触性和结构简单等优点一跃成为智能制造、航空航天、人工智能等领域的研究热点,其中高精度的姿态测量技术已经成为单目视觉测量领域迫切需要解决的难题和重点研究方向之一。针对目前基于合作目标的单目姿态测量方法需要人为手动匹配特征点和像点之间的对应关系,存在耗时、非自动等问题,本文提出一种基于合作立体靶标的单目视觉姿态自动测量方法,对姿态自动测量算法、合作靶标的设计以及图像特征提取等进行了研究,并搭建了系统软硬件平台对姿态测量精度进行了验证。主要研究工作如下:首先,对摄像机成像模型中的各个坐标系关系进行阐述,并对针孔成像模型和非线性模型进行了介绍分析,在此基础上提出基于组合优化算法的姿态自动测量方法,即利用两种算法优势互补进行组合,实现姿态的自动测量,并对其中的原理进行了解释说明以及对自动测量的有效性进行了验证。其次,在自动姿态测量算法的基础上,设计了一种合作立体靶标,并对靶标的尺寸设计、特征点个数以及特征标志物的选择等进行了设计和分析。基于靶标的设计,通过理论分析和实验检验确定每个图像处理环节,进而完成对靶标特征点的识别和中心提取,在此基础上,实现姿态的自动测量。...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AODS合作靶标
基于合作目标的单目姿态测量方法是将合作目标安放在被测目标上，通过利用相机与合作目标的合作，完成被测目标相对于相机的位姿。因为目标特征点的识别精度高，所以基于合作目标的姿态测量方法相对其他姿态测量方法精度更高，结构也更简单，因此被各个领域广泛使用[7]。常用的合作目标有两种，一种是主动发光的光源（如 LED），另一种是被动反光的标识（如反光片），按照测量需求排布用来测量位姿，国内外交会对接中使用的视觉姿态测量系统大都是基于合作目标的[8],其中，典型的合作目标是靶标形式，将合作特征标识安装在靶标中，从而实现不同形状、大小等不同设计，用以适用各个应用场景的标靶。典型靶标设计如下：1、国外合作靶标设计美国国家航空航天局在 20 世纪 60 年代末到 70 年代初就设计出了一种能够自动测量和识别的测角对接敏感器(AODS)的靶标，如图 1.1 所示。美国于 20 世纪 70年代为 “阿波罗”对接计划设计了一种计算机视觉菱形标志靶标敏感器，如图 1.2所示。图 1.3 所示的靶标是西德 MBB 公司设计的合作靶标，靶标由五个角反射器组成，呈正四棱锥分布。
基于合作目标的单目姿态测量方法是将合作目标安放在被测目标上，通过利用相机与合作目标的合作，完成被测目标相对于相机的位姿。因为目标特征点的识别精度高，所以基于合作目标的姿态测量方法相对其他姿态测量方法精度更高，结构也更简单，因此被各个领域广泛使用[7]。常用的合作目标有两种，一种是主动发光的光源（如 LED），另一种是被动反光的标识（如反光片），按照测量需求排布用来测量位姿，国内外交会对接中使用的视觉姿态测量系统大都是基于合作目标的[8],其中，典型的合作目标是靶标形式，将合作特征标识安装在靶标中，从而实现不同形状、大小等不同设计，用以适用各个应用场景的标靶。典型靶标设计如下：1、国外合作靶标设计美国国家航空航天局在 20 世纪 60 年代末到 70 年代初就设计出了一种能够自动测量和识别的测角对接敏感器(AODS)的靶标，如图 1.1 所示。美国于 20 世纪 70年代为 “阿波罗”对接计划设计了一种计算机视觉菱形标志靶标敏感器，如图 1.2所示。图 1.3 所示的靶标是西德 MBB 公司设计的合作靶标，靶标由五个角反射器组成，呈正四棱锥分布。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于EPNP算法的单目视觉测量系统研究[J]. 张慧娟,熊芝,劳达宝,周维虎. 红外与激光工程. 2019(05)
[2]运动平台双IMU与视觉组合姿态测量算法[J]. 孙长库,黄璐,王鹏,郭肖亭. 传感技术学报. 2018(09)
[3]基于激光标靶和捷联惯导系统组合位姿测量方法[J]. 郭庆尧,林嘉睿,任永杰,高扬. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[4]基于单目视觉的GPS辅助相机外参数标定[J]. 吴修振,刘刚,于凤全,张源原. 光学精密工程. 2017(08)
[5]多特征点拓扑确定位姿测量算法研究[J]. 王鹏,周权通,孙长库. 红外与激光工程. 2017(05)
[6]EPNP和POSIT算法在头部姿态估计上的实验比较与分析[J]. 武君,白刚,张彩霞. 北方工业大学学报. 2017(02)
[7]一种单目视觉ORB-SLAM/INS组合导航方法[J]. 周绍磊,吴修振,刘刚,张嵘,徐海刚. 中国惯性技术学报. 2016(05)
[8]基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法[J]. 孙长库,徐怀远,张宝尚,王鹏,郭肖亭. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(03)
[9]基于SoftPOSIT算法的单目视觉非合作目标相对位姿估计[J]. 张鑫,张雅声,程文华,姚红. 上海航天. 2016(03)
[10]球形全景影像位姿估计的改进EPnP算法[J]. 邓非,吴幼丝,胡玉雷,崔红霞. 测绘学报. 2016(06)
博士论文
[1]复杂场景下合作靶标的准确快速识别与定位[D]. 温卓漫.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]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
[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
硕士论文
[1]空间合作目标单目视觉位姿测量技术研究[D]. 吕耀宇.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]盾构姿态测量系统的关键技术[D]. 陈沛东.华中科技大学 2014
[3]刚体位姿参数单目视觉测量系统研究[D]. 王伟兴.哈尔滨工业大学 2013
[4]室内近距高精度惯性/视觉融合定姿研究[D]. 王康友.南京航空航天大学 2012
[5]基于单目视觉的三维姿态测量方法与系统实现[D]. 原野.哈尔滨工业大学 2011
[6]基于合作目标的单目视觉位姿跟踪技术研究[D]. 于长安.哈尔滨工业大学 2010
[7]盾构机位姿测量系统的关键技术研究[D]. 毕小伟.上海交通大学 2010
[8]运动物体位置姿态测量系统的研究[D]. 卫研研.北京交通大学 2009
[9]基于单目视觉的刚体位姿测量系统研究[D]. 解邦福.哈尔滨工业大学 2009
[10]基于图像的运动物体六自由度参数测量方法研究[D]. 付亮.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3605522
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AODS合作靶标
基于合作目标的单目姿态测量方法是将合作目标安放在被测目标上，通过利用相机与合作目标的合作，完成被测目标相对于相机的位姿。因为目标特征点的识别精度高，所以基于合作目标的姿态测量方法相对其他姿态测量方法精度更高，结构也更简单，因此被各个领域广泛使用[7]。常用的合作目标有两种，一种是主动发光的光源（如 LED），另一种是被动反光的标识（如反光片），按照测量需求排布用来测量位姿，国内外交会对接中使用的视觉姿态测量系统大都是基于合作目标的[8],其中，典型的合作目标是靶标形式，将合作特征标识安装在靶标中，从而实现不同形状、大小等不同设计，用以适用各个应用场景的标靶。典型靶标设计如下：1、国外合作靶标设计美国国家航空航天局在 20 世纪 60 年代末到 70 年代初就设计出了一种能够自动测量和识别的测角对接敏感器(AODS)的靶标，如图 1.1 所示。美国于 20 世纪 70年代为 “阿波罗”对接计划设计了一种计算机视觉菱形标志靶标敏感器，如图 1.2所示。图 1.3 所示的靶标是西德 MBB 公司设计的合作靶标，靶标由五个角反射器组成，呈正四棱锥分布。
基于合作目标的单目姿态测量方法是将合作目标安放在被测目标上，通过利用相机与合作目标的合作，完成被测目标相对于相机的位姿。因为目标特征点的识别精度高，所以基于合作目标的姿态测量方法相对其他姿态测量方法精度更高，结构也更简单，因此被各个领域广泛使用[7]。常用的合作目标有两种，一种是主动发光的光源（如 LED），另一种是被动反光的标识（如反光片），按照测量需求排布用来测量位姿，国内外交会对接中使用的视觉姿态测量系统大都是基于合作目标的[8],其中，典型的合作目标是靶标形式，将合作特征标识安装在靶标中，从而实现不同形状、大小等不同设计，用以适用各个应用场景的标靶。典型靶标设计如下：1、国外合作靶标设计美国国家航空航天局在 20 世纪 60 年代末到 70 年代初就设计出了一种能够自动测量和识别的测角对接敏感器(AODS)的靶标，如图 1.1 所示。美国于 20 世纪 70年代为 “阿波罗”对接计划设计了一种计算机视觉菱形标志靶标敏感器，如图 1.2所示。图 1.3 所示的靶标是西德 MBB 公司设计的合作靶标，靶标由五个角反射器组成，呈正四棱锥分布。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于EPNP算法的单目视觉测量系统研究[J]. 张慧娟,熊芝,劳达宝,周维虎. 红外与激光工程. 2019(05)
[2]运动平台双IMU与视觉组合姿态测量算法[J]. 孙长库,黄璐,王鹏,郭肖亭. 传感技术学报. 2018(09)
[3]基于激光标靶和捷联惯导系统组合位姿测量方法[J]. 郭庆尧,林嘉睿,任永杰,高扬. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[4]基于单目视觉的GPS辅助相机外参数标定[J]. 吴修振,刘刚,于凤全,张源原. 光学精密工程. 2017(08)
[5]多特征点拓扑确定位姿测量算法研究[J]. 王鹏,周权通,孙长库. 红外与激光工程. 2017(05)
[6]EPNP和POSIT算法在头部姿态估计上的实验比较与分析[J]. 武君,白刚,张彩霞. 北方工业大学学报. 2017(02)
[7]一种单目视觉ORB-SLAM/INS组合导航方法[J]. 周绍磊,吴修振,刘刚,张嵘,徐海刚. 中国惯性技术学报. 2016(05)
[8]基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法[J]. 孙长库,徐怀远,张宝尚,王鹏,郭肖亭. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2017(03)
[9]基于SoftPOSIT算法的单目视觉非合作目标相对位姿估计[J]. 张鑫,张雅声,程文华,姚红. 上海航天. 2016(03)
[10]球形全景影像位姿估计的改进EPnP算法[J]. 邓非,吴幼丝,胡玉雷,崔红霞. 测绘学报. 2016(06)
博士论文
[1]复杂场景下合作靶标的准确快速识别与定位[D]. 温卓漫.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]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
[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
硕士论文
[1]空间合作目标单目视觉位姿测量技术研究[D]. 吕耀宇.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[2]盾构姿态测量系统的关键技术[D]. 陈沛东.华中科技大学 2014
[3]刚体位姿参数单目视觉测量系统研究[D]. 王伟兴.哈尔滨工业大学 2013
[4]室内近距高精度惯性/视觉融合定姿研究[D]. 王康友.南京航空航天大学 2012
[5]基于单目视觉的三维姿态测量方法与系统实现[D]. 原野.哈尔滨工业大学 2011
[6]基于合作目标的单目视觉位姿跟踪技术研究[D]. 于长安.哈尔滨工业大学 2010
[7]盾构机位姿测量系统的关键技术研究[D]. 毕小伟.上海交通大学 2010
[8]运动物体位置姿态测量系统的研究[D]. 卫研研.北京交通大学 2009
[9]基于单目视觉的刚体位姿测量系统研究[D]. 解邦福.哈尔滨工业大学 2009
[10]基于图像的运动物体六自由度参数测量方法研究[D]. 付亮.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3605522
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3605522.html
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