【摘要】：在航天器測(cè)試過程中,火工品爆炸、星箭分離、太陽翼展開、天線展開、振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊實(shí)驗(yàn)等方面涵蓋了從低頻到高頻的動(dòng)態(tài)位姿測(cè)試任務(wù)。選用一種合適的動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量方法,在實(shí)現(xiàn)被測(cè)目標(biāo)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下三維方向位姿信息絕對(duì)定位功能的同時(shí),提高空間位姿測(cè)量精度是非常重要的。隨著相機(jī)采樣頻率的不斷提升和計(jì)算機(jī)處理速度不斷變快,基于立體視覺的動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量方法憑借測(cè)量范圍廣、測(cè)量速度快、測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)測(cè)量等顯著優(yōu)點(diǎn),在低頻和高頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量方面被廣泛運(yùn)用。為提高大視場(chǎng)下航天器動(dòng)態(tài)目標(biāo)位姿測(cè)量的精度,本文結(jié)合立體視覺測(cè)量方法中攝像機(jī)標(biāo)定、特征檢測(cè)及匹配、三維重建等環(huán)節(jié),展開了對(duì)基于立體視覺的航天器目標(biāo)動(dòng)態(tài)位姿精密測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)的研究。相機(jī)標(biāo)定作為大視場(chǎng)視覺測(cè)量最關(guān)鍵和基礎(chǔ)的一步,為了保證相機(jī)標(biāo)定精度,則需要使用大尺寸靶標(biāo)。大尺寸靶標(biāo)加工制造較為困難,且精度無法保證;而小靶標(biāo)制造精度較高,但只能得到局部最優(yōu)解。因此,在大視場(chǎng)測(cè)量下,在保證相機(jī)標(biāo)定精度的前提下研究靶標(biāo)尺寸占攝像機(jī)視場(chǎng)的最合適比例是至關(guān)重要的。本文通過一系列視場(chǎng)占比不同的平面棋盤格靶標(biāo)和平面圓靶標(biāo)的實(shí)驗(yàn)研究,得到平面靶標(biāo)視場(chǎng)占比對(duì)標(biāo)定精度的影響,在大視場(chǎng)保證相機(jī)標(biāo)定精度的前提下選用最小尺寸的平面靶標(biāo)提供了指導(dǎo)意義。針對(duì)多相機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)定難題,本文研究了基于多面立體靶標(biāo)的多相機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定方法,每個(gè)相機(jī)僅需要各拍攝一副圖像即可得到多相機(jī)系統(tǒng)內(nèi)外參數(shù),解決了目前多相機(jī)系統(tǒng)標(biāo)定中使用一維標(biāo)定物過程較為繁瑣,使用三維或二維標(biāo)定物時(shí)存在累積誤差的問題。在特征檢測(cè)環(huán)節(jié),本文針對(duì)十字角點(diǎn)和圓特征在光線不足、背景與輪廓對(duì)比度不明顯時(shí)較難提取等問題,改進(jìn)了復(fù)雜測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)下圓、角點(diǎn)等特征提取算法,在一定程度上提高了十字角點(diǎn)和圓特征檢測(cè)的穩(wěn)定性和精度。在三維重建環(huán)節(jié),使用了考慮內(nèi)外參多因素的基于立體視覺數(shù)學(xué)模型的三維重建方法。結(jié)合以上三個(gè)環(huán)節(jié)本文所做的研究工作,編寫了基于MFC框架的動(dòng)態(tài)位姿精密測(cè)量軟件,具有相機(jī)標(biāo)定、圖像處理、數(shù)據(jù)分析等功能。為驗(yàn)證軟件的精度及可靠性,本文進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)。第一次和第二次實(shí)驗(yàn)?zāi)M航天器目標(biāo)動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,分別選用棋盤格角點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)尺兩端圓作為特征,使用高速相機(jī)進(jìn)行拍攝,對(duì)不同位姿下圖像特征進(jìn)行三維重建并與約定真值相對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在相機(jī)測(cè)量視場(chǎng)達(dá)到4m×4m,測(cè)量距離4.5 m-8m時(shí),利用軟件對(duì)角點(diǎn)和圓特征重建的結(jié)果與約定真值間的絕對(duì)誤差穩(wěn)定在0.3mm以內(nèi)。第三次實(shí)驗(yàn)將特征點(diǎn)張貼在振動(dòng)臺(tái)上,設(shè)置振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生頻率為5Hz、幅值為10mm的標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線。通過高速相機(jī)拍攝后利用軟件對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行三維重建,得到動(dòng)態(tài)下特征點(diǎn)位移曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,軟件得到的三維重建曲線與給定標(biāo)準(zhǔn)正弦曲線一致。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V416;TP391.41
【圖文】：

實(shí)時(shí)測(cè)量等特點(diǎn)[4-8]。本文的研究?jī)?nèi)容對(duì)航天器目標(biāo)的動(dòng)了重要的理論指導(dǎo)及實(shí)用價(jià)值，為緊接而來的載人登月、“項(xiàng)的相繼研制提供了助力。態(tài)位姿測(cè)量研究現(xiàn)狀的發(fā)展，人們對(duì)大尺寸工件精密測(cè)量要求越來越高，精密準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)量衍生到動(dòng)態(tài)測(cè)量，動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量技術(shù)隨之產(chǎn)生和船舶制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。航天器動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量屬量技術(shù)，航天器位姿測(cè)量主要指幾十厘米到米范圍內(nèi)航天測(cè)量，包含 XYZ 三個(gè)方向的平移量自由度和繞 XYZ 軸的研制過程中，尤其火工品爆炸、星箭分離、太陽翼展開、沖擊實(shí)驗(yàn)等任務(wù)都只能動(dòng)態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量技著三維測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展，航天器目標(biāo)動(dòng)態(tài)測(cè)量手段和目前，航天器目標(biāo)動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量常見方法和設(shè)備有如下幾位姿測(cè)量

全站儀測(cè)角精度在 0.5”之內(nèi)。在測(cè)量目標(biāo)處于識(shí)別功能的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)式全站儀通過內(nèi)置的馬達(dá)量。華教授團(tuán)隊(duì)利用兩臺(tái)或多臺(tái)全站儀組成大尺空間目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并可根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)形位誤差。MetroIn 系統(tǒng)已成功為航天器天線troIn 系統(tǒng)的三維點(diǎn)測(cè)量精度在 0.05mm 之內(nèi)。全站儀為了提高測(cè)量頻率，馬達(dá)快速運(yùn)動(dòng)，馬站儀動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量適用于被測(cè)目標(biāo)低速動(dòng)態(tài)位炸、振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊實(shí)驗(yàn)等高速動(dòng)態(tài)測(cè)量任務(wù)姿測(cè)量項(xiàng)綜合激光干涉測(cè)距、光電檢測(cè)、精密測(cè)量、[13]，激光跟蹤儀適用于各尺寸被測(cè)物靜態(tài)三

被測(cè)目標(biāo)上特征進(jìn)行跟蹤測(cè)量，即可計(jì)算出被測(cè)物的位置和姿航空航天領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用[16-18]。但單個(gè)激光跟蹤儀只能范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，且每次只能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)，若靶鏡被遮擋則無，激光跟蹤儀測(cè)量方法存在測(cè)量范圍有限、測(cè)量效率較低的問開、振動(dòng)試驗(yàn)中，在目標(biāo)點(diǎn)上安裝靶鏡會(huì)影響被測(cè)目標(biāo)自身動(dòng)量精度�？臻g坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)PS 地球定位系統(tǒng)，室內(nèi)空間坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)大尺寸空間能。室內(nèi)空間坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)使用紅外發(fā)射器代替衛(wèi)星的功能，高速旋轉(zhuǎn)的扇形激光面，接收傳感器根據(jù)發(fā)射器發(fā)出的光線時(shí)信號(hào)處理得到接收器在在發(fā)射器坐標(biāo)系下的空間方位角。發(fā)射，當(dāng)接收傳感器接收至少兩個(gè)發(fā)射器的光信號(hào)，即可根據(jù)空間接收傳感器的空間三維坐標(biāo)。目前，接收傳感器的采樣頻率可

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本文編號(hào)：2766874