空间未知运动目标的三维几何与运动参数测量与估计

发布时间：2023-11-04 16:04

　　随着人类对宇宙探索活动的日益增加,对空间在轨服务的技术要求也日益提高。由于过去人类对太空探索的活动未能充分考虑对太空环境的影响,现如今近地球轨道附近存在着大量的太空垃圾,严重影响着太空探索进程的推进。因此,对太空环境的管理以及清理太空垃圾已经刻不容缓。大多数太空垃圾都是未知运动目标,其未知性和不确定性给太空环境的管理带来了极大的挑战。对太空垃圾进行清除,需要提前准确地识别目标运动状态及三维几何信息。现有文献中,基于视觉的测量方法能有效地解决该问题,是当前研究的热点。本文采用ToF相机Kinect V2作为数据采集传感器,介绍Kinect V2相机的深度成像原理,对Kinect V2相机进行标定以校正畸变带来的误差。进而在此基础上,对Kinect V2相机进行深度测量误差分析及校正,以避免给后续未知运动目标的测量估计带来过大的系统误差。针对采集数据中存在过多噪声的问题,进行测量数据的预处理,将目标从采集数据中分割出来,实现对目标的框选跟踪。通过实验比较现有特征提取算法,分析各算法的特性并确定合适的特征提取算法用于数据关联。同时,针对两两帧间数据关联存在测量估计易中断的问题,提出一种包含双...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题的背景及研究意义
    1.3 国内外研究现状及分析
        1.3.1 未知运动目标在轨测量设备现状
        1.3.3 目标几何及运动估计方法研究现状
    1.4 当前研究存在的问题
    1.5 本文主要研究内容
第二章 TOF相机测量系统误差分析及校正
    2.1 引言
    2.2 ToF相机深度成像原理
        2.2.1 ToF相机测距原理
        2.2.2 ToF相机数字模型
    2.3 ToF相机标定校正及图像配准
        2.3.1 标定方法介绍
        2.3.2 ToF相机标定校正
        2.3.3 ToF相机图像配准
    2.4 ToF相机深度测量误差分析及校正
        2.4.1 ToF相机深度测量误差分析
        2.4.2 随机误差分析及校正
    2.5 本章小结
第三章 测量数据预处理与数据关联
    3.1 引言
    3.2 测量数据的预处理
        3.2.1 目标框选粗分割
        3.2.2 目标滤波精分割
    3.3 特征提取与匹配
        3.3.1 特征提取
        3.3.2 特征匹配
        3.3.3 特征提取算法比较实验
    3.4 数据关联
        3.4.1 数据关联方式
        3.4.2 基于地图点的数据关联
    3.5 本章小结
第四章 目标几何与运动参数的测量与估计
    4.1 引言
    4.2 测量与估计方法
        4.2.1 SLAM概述
        4.2.2 视觉SLAM问题差异性分析
    4.3 未知运动目标测量与估计方案设计
        4.3.1 坐标系及符号定义
        4.3.2 算法整体框架
    4.4 未知运动目标前端跟踪
        4.4.1 坐标系及状态变量初始化
        4.4.2 状态量估计工作状态
        4.4.3 前端跟踪实验
    4.5 未知运动目标后端优化
        4.5.1 位姿图构建
        4.5.2 回环检测及优化
        4.5.3 后端优化实验
    4.6 本章小结
第五章 实验软硬件平台搭建与方案验证
    5.1 引言
    5.2 实验软硬件平台搭建
        5.2.1 硬件平台
        5.2.2 软件平台
    5.3 手眼标定实验
        5.3.1 手眼标定原理
        5.3.2 手眼标定结果
    5.4 目标运动实验
        5.4.1 纯平移运动
        5.4.2 纯旋转运动
        5.4.3 平移与旋转的复合运动
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
致谢



本文编号：3860626