室內(nèi)定位作為一種輔助復(fù)雜飛行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重要手段,被廣泛應(yīng)用于多飛行器系統(tǒng)的研制。在室內(nèi)定位過(guò)程中獲得的飛行器運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)是非常重要的試驗(yàn)數(shù)據(jù),可以被用于多飛行器協(xié)作控制與導(dǎo)航算法的開(kāi)發(fā)、飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)考核以及為飛行器控制系統(tǒng)性能評(píng)估。本文以多飛行器運(yùn)動(dòng)室內(nèi)定位視覺(jué)系統(tǒng)研制為背景,針對(duì)匯聚式多攝像機(jī)布局條件下多飛行器的運(yùn)動(dòng)定位問(wèn)題,提出一種飛行器運(yùn)動(dòng)參數(shù)精確求解的方法。并對(duì)多飛行器運(yùn)動(dòng)室內(nèi)定位系統(tǒng)研制過(guò)程中涉及到的球形合作靶標(biāo)高精度定位、匯聚式多攝像機(jī)標(biāo)定以及多點(diǎn)目標(biāo)跟蹤與識(shí)別等問(wèn)題進(jìn)行了探討與研究。首先,針對(duì)視覺(jué)定位中的球心成像點(diǎn)高精度定位問(wèn)題,分析球形靶標(biāo)透視投影成像過(guò)程,在此基礎(chǔ)之上建立其投影模型。針對(duì)球形靶標(biāo)成像邊緣的子像素定位問(wèn)題,考慮成像邊緣的模糊效應(yīng),建立子像素定位邊緣模型,并結(jié)合Zernike矩邊緣定位算法實(shí)現(xiàn)對(duì)球投影成像邊緣的子像素定位。針對(duì)球心成像點(diǎn)定位誤差補(bǔ)償問(wèn)題,根據(jù)球心透視投影成像模型,結(jié)合球成像邊緣子像素定位結(jié)果,推導(dǎo)球心成像點(diǎn)定位誤差補(bǔ)償?shù)拈]式解,實(shí)現(xiàn)對(duì)球形合作靶標(biāo)中心成像點(diǎn)的高精度定位。其次,針對(duì)多飛行器運(yùn)動(dòng)室內(nèi)定位系統(tǒng)中匯聚式多攝像機(jī)的標(biāo)定與三維重建問(wèn)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

平臺(tái)式慣性測(cè)量單元與捷聯(lián)式慣性測(cè)量單元Fig.1-1PlatforminertialmeasurementunitandJet-linkedinertialmeasurementunit

壞囊?蟆?1.2.2視覺(jué)定位方法研究現(xiàn)狀根據(jù)是否需要采用配合測(cè)量設(shè)備，基于視覺(jué)的運(yùn)動(dòng)定位方法可以被分為兩類：主動(dòng)定位方法與被動(dòng)定位方法。近年來(lái)基于視覺(jué)的主動(dòng)式目標(biāo)運(yùn)動(dòng)定位在國(guó)內(nèi)外受到了廣泛關(guān)注，主動(dòng)式視覺(jué)測(cè)量方法主要是指需要主動(dòng)設(shè)置配合設(shè)備，一般采用激光投射器、結(jié)構(gòu)光投影成像或基于靶標(biāo)的方法，將目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)合作靶標(biāo)的測(cè)量，從而規(guī)避測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的干擾，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的快速、精確與可靠的測(cè)量。但由于每一個(gè)測(cè)量任務(wù)對(duì)測(cè)量精度、測(cè)量范圍要求的不同，因此，需要分別進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。圖1-2Vicon與OptiTrack運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)Fig.1-2ViconandOptiTrackMotionLocalizationSystem目前，有很多科研院所對(duì)基于視覺(jué)的多飛行器定位開(kāi)展了大量的研究與開(kāi)發(fā)工作，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)的衛(wèi)星技術(shù)研究所，利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)手段為微小衛(wèi)星模擬器提供運(yùn)動(dòng)參數(shù)外部測(cè)量結(jié)果，在氣浮平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)微小衛(wèi)星模擬器編隊(duì)飛行關(guān)鍵技術(shù)的地面仿真驗(yàn)證[26]。針對(duì)高速列車(chē)動(dòng)態(tài)位姿參數(shù)測(cè)量需求，天津大學(xué)的精密儀器與光電子工程學(xué)院[27]采用結(jié)構(gòu)光投影與視覺(jué)成像相結(jié)合的方式，提出了高速列車(chē)動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)高速列車(chē)動(dòng)態(tài)位姿測(cè)量。針對(duì)昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量問(wèn)題，張廣軍等[28]提出了基于單攝像機(jī)與雙激光器投射的高扇翅頻昆蟲(chóng)飛行運(yùn)動(dòng)參數(shù)的虛擬四目立體視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)。針對(duì)單個(gè)飛行器運(yùn)動(dòng)室內(nèi)定位中運(yùn)動(dòng)參數(shù)的高精度測(cè)量需求，霍炬等根據(jù)基于向量交叉的方式，通過(guò)直接線性求解的方法求解得到零位慣性坐標(biāo)系與目標(biāo)本體坐標(biāo)系之

工大學(xué)的ASL實(shí)驗(yàn)室利用光學(xué)運(yùn)動(dòng)定位系統(tǒng)研究無(wú)人飛行器視覺(jué)導(dǎo)航算法，其測(cè)量數(shù)據(jù)被直接用于視覺(jué)導(dǎo)航算法性的評(píng)估[33-35]�；谝曈X(jué)被動(dòng)式（也稱非合作）目標(biāo)運(yùn)動(dòng)定位方法是指不需要設(shè)置配合測(cè)量設(shè)備，而是通過(guò)提取場(chǎng)景中自有的特征實(shí)現(xiàn)測(cè)量的方法。該方法無(wú)需在目標(biāo)上設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)或其他配合測(cè)量設(shè)施，因而系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，適合于某些不允許設(shè)置標(biāo)志點(diǎn)或配合測(cè)量設(shè)備的場(chǎng)合（如航天器對(duì)接、空間碎片清理、機(jī)器人導(dǎo)航等），由于無(wú)法設(shè)置配合設(shè)備，因而目標(biāo)的識(shí)別、位姿的求解算法復(fù)雜，測(cè)量精度與穩(wěn)定性較差。圖1-3被動(dòng)式運(yùn)動(dòng)定位應(yīng)用Fig.1-3Passivemotioncaptureapplications針對(duì)上述問(wèn)題，文獻(xiàn)[36]通過(guò)將人引入飛行器位姿估計(jì)的回路中，在線的提供圖像特征提取指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了在軌飛行器的相對(duì)位姿估計(jì)任務(wù)，需要人的參與，因而自動(dòng)化程度較低。文獻(xiàn)[37]利用手眼攝像機(jī)與線結(jié)構(gòu)光，提出了一種矩形類目標(biāo)的位姿估計(jì)算法，但本質(zhì)上來(lái)說(shuō)他仍是一種主動(dòng)式的運(yùn)動(dòng)定位算法。文獻(xiàn)[38]通過(guò)考慮被測(cè)航天器本身所具有的幾何結(jié)構(gòu)特征，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間交會(huì)對(duì)接中相對(duì)位姿實(shí)時(shí)估計(jì)的任務(wù)。ShaiSegal等利用立體視覺(jué)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)非合作的衛(wèi)星之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)[39]。Inaba等在目標(biāo)幾何尺寸與結(jié)構(gòu)都已知的條件下，提出了一種被動(dòng)式的空間目標(biāo)在軌捕獲方法[40]。相比于主動(dòng)式運(yùn)動(dòng)定位方法，被動(dòng)式運(yùn)動(dòng)定位具有以下特點(diǎn)：1）合作靶標(biāo)方方面。非合作目標(biāo)即無(wú)需主動(dòng)在被測(cè)目標(biāo)上設(shè)置人工標(biāo)記點(diǎn)或主動(dòng)投射結(jié)構(gòu)光在被測(cè)目標(biāo)上，因此在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)定位前需要利用目標(biāo)成像中的幾何、灰度、顏色與紋理等信息分析，并將進(jìn)行目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的定位。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3350029