融合多源信息的空间机械臂目标检测定位及路径规划

发布时间：2017-08-01 02:16

  本文关键词：融合多源信息的空间机械臂目标检测定位及路径规划

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【摘要】：基于光电探测视频图像的空间运动目标检测跟踪及定位技术是实现空间站捕获悬停航天飞行器或辅助对接等的关键技术。融合多源信息的空间机械臂目标检测定位及路径规划重点研究了基于彩色相机二维图像信息处理的运动目标检测和跟踪、基于深度相机三维立体信息处理的运动目标位姿测量、基于检测跟踪和位姿测量的机械臂路径规划。针对不同的空间环境背景,本文提出了一种基于信息熵、边缘和颜色空间的图像背景判别指标,实现陆地、海洋、星空三种背景模式的转换。针对陆地复杂背景,提出基于随机点的特征点提取和前向-后向光流目标检测算法。针对海洋、星空平滑背景,提出基于“安全域”搜索策略和背景复杂度及边缘特征的目标检测算法。对于检测到的目标,进行持续跟踪。当空间站处于定距平稳跟踪观察状态时,提出基于分块均值感知哈希的目标跟踪算法,有效解决整体光照和局部光照变化等问题。当空间站接近目标至可捕获状态的过程中,提出基于融合匹配和光流的形变目标跟踪算法,有效解决目标尺度和旋转角度变化的问题。对于被跟踪到的目标,提出基于非线性尺度空间的配准方法实现其相对于机械臂基座坐标系的三维位姿测量。首先通过眼眼标定,实现彩色空间坐标系到深度空间坐标系的转换;其次通过手眼标定,实现深度空间坐标系到机械臂末端坐标系的转换;然后据此确定目标在机械臂基座坐标系的三维位姿。该位姿即为机械臂末端需到达的位姿,利用运动学逆解确定机械臂伸展时各关节的旋转量,完成机械臂路径规划。
【关键词】：光电探测 空间背景 图像配准 运动检测 目标跟踪 三维定位
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-12
• 注释表12-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-21
• 1.2.1 运动目标检测17-18
• 1.2.2 运动目标跟踪18-19
• 1.2.3 运动目标定位19-20
• 1.2.4 逆运动学分析20-21
• 1.3 论文主要工作及安排21-23
• 第二章 空间环境背景下多模式运动目标检测23-41
• 2.1 卫星在轨仿真视频23-26
• 2.1.1 远距离目标检测仿真视频23-24
• 2.1.2 近距离目标跟踪仿真视频24-26
• 2.2 运动目标检测模式判定26-27
• 2.3 陆地背景运动目标检测27-34
• 2.3.1 图像特征点提取27-30
• 2.3.2 前向后向光流场30-32
• 2.3.3 透视模型参数估计32-33
• 2.3.4 背景运动补偿33-34
• 2.3.5 运动目标检测34
• 2.4 其他背景运动目标检测34-35
• 2.5 运动目标检测算法流程35-37
• 2.6 实验结果与分析37-40
• 2.6.1 空间背景判定实验37-38
• 2.6.2 空间目标检测实验38-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第三章 空间环境背景下多模式运动目标实时跟踪41-56
• 3.1 基于Kalman滤波的目标状态预测41-42
• 3.2 基于分块均值感知哈希的目标跟踪42-46
• 3.2.1 图像感知哈希技术42-43
• 3.2.2 分块均值哈希求解43-44
• 3.2.3 积分均值求解44-45
• 3.2.4 非极大值抑制45
• 3.2.5 分块均值感知哈希跟踪流程45-46
• 3.3 基于融合匹配和光流的目标跟踪46-48
• 3.3.1 融合匹配和光流的算法46-47
• 3.3.2 中值模型求解单应矩阵47-48
• 3.3.3 算法流程图48
• 3.4 实验结果与分析48-55
• 3.4.1 分块均值感知哈希跟踪实验49-51
• 3.4.2 融合匹配和光流算法跟踪实验51-53
• 3.4.3 单应矩阵求解对比实验53-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 空间运动目标位置与姿态测量56-65
• 4.1 基于快速显示扩散的非线性滤波56-57
• 4.1.1 非线性扩散滤波56-57
• 4.1.2 快速显式扩散57
• 4.2 基于非线性尺度空间的ORB算法57-60
• 4.2.1 非线性尺度空间构建58-59
• 4.2.2 特征点检测59
• 4.2.3 特征点描述59-60
• 4.3 空间目标位姿测量60-61
• 4.4 实验结果与分析61-64
• 4.4.1 非线性ORB算法配准实验62-64
• 4.4.2 空间平面目标位姿测量实验64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 空间机械臂路径规划地面实验系统65-80
• 5.1 地面实验系统65-67
• 5.1.1 地面实验系统结构65-66
• 5.1.2 路径规划实验方案66-67
• 5.2 实验系统标定67-71
• 5.2.1 Microsoft Kinect 2.0 功能67
• 5.2.2 Microsoft Kinect 2.0 标定67-68
• 5.2.3 眼在手上系统外部参数标定68-71
• 5.3 深度图像预处理71-72
• 5.4 机械臂运动学逆解72-75
• 5.5 实验结果与分析75-78
• 5.5.1 相机内参及立体标定实验76-77
• 5.5.2 视觉定位精度测量实验77-78
• 5.5.3 路径规划实验78
• 5.6 本章小结78-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 参考文献82-87
• 致谢87-88
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文88

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