發(fā)布時(shí)間：2022-01-24 01:04

　　單目視覺測量技術(shù)以其高精度、非接觸性和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)一躍成為智能制造、航空航天、人工智能等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),其中高精度的姿態(tài)測量技術(shù)已經(jīng)成為單目視覺測量領(lǐng)域迫切需要解決的難題和重點(diǎn)研究方向之一。針對目前基于合作目標(biāo)的單目姿態(tài)測量方法需要人為手動匹配特征點(diǎn)和像點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系,存在耗時(shí)、非自動等問題,本文提出一種基于合作立體靶標(biāo)的單目視覺姿態(tài)自動測量方法,對姿態(tài)自動測量算法、合作靶標(biāo)的設(shè)計(jì)以及圖像特征提取等進(jìn)行了研究,并搭建了系統(tǒng)軟硬件平臺對姿態(tài)測量精度進(jìn)行了驗(yàn)證。主要研究工作如下:首先,對攝像機(jī)成像模型中的各個(gè)坐標(biāo)系關(guān)系進(jìn)行闡述,并對針孔成像模型和非線性模型進(jìn)行了介紹分析,在此基礎(chǔ)上提出基于組合優(yōu)化算法的姿態(tài)自動測量方法,即利用兩種算法優(yōu)勢互補(bǔ)進(jìn)行組合,實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的自動測量,并對其中的原理進(jìn)行了解釋說明以及對自動測量的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。其次,在自動姿態(tài)測量算法的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種合作立體靶標(biāo),并對靶標(biāo)的尺寸設(shè)計(jì)、特征點(diǎn)個(gè)數(shù)以及特征標(biāo)志物的選擇等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析。基于靶標(biāo)的設(shè)計(jì),通過理論分析和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)確定每個(gè)圖像處理環(huán)節(jié),進(jìn)而完成對靶標(biāo)特征點(diǎn)的識別和中心提取,在此基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)姿態(tài)的自動測量。... 

【文章來源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

AODS合作靶標(biāo)

基于合作目標(biāo)的單目姿態(tài)測量方法是將合作目標(biāo)安放在被測目標(biāo)上，通過利用相機(jī)與合作目標(biāo)的合作，完成被測目標(biāo)相對于相機(jī)的位姿。因?yàn)槟繕?biāo)特征點(diǎn)的識別精度高，所以基于合作目標(biāo)的姿態(tài)測量方法相對其他姿態(tài)測量方法精度更高，結(jié)構(gòu)也更簡單，因此被各個(gè)領(lǐng)域廣泛使用[7]。常用的合作目標(biāo)有兩種，一種是主動發(fā)光的光源（如 LED），另一種是被動反光的標(biāo)識（如反光片），按照測量需求排布用來測量位姿，國內(nèi)外交會對接中使用的視覺姿態(tài)測量系統(tǒng)大都是基于合作目標(biāo)的[8],其中，典型的合作目標(biāo)是靶標(biāo)形式，將合作特征標(biāo)識安裝在靶標(biāo)中，從而實(shí)現(xiàn)不同形狀、大小等不同設(shè)計(jì)，用以適用各個(gè)應(yīng)用場景的標(biāo)靶。典型靶標(biāo)設(shè)計(jì)如下：1、國外合作靶標(biāo)設(shè)計(jì)美國國家航空航天局在 20 世紀(jì) 60 年代末到 70 年代初就設(shè)計(jì)出了一種能夠自動測量和識別的測角對接敏感器(AODS)的靶標(biāo)，如圖 1.1 所示。美國于 20 世紀(jì) 70年代為 “阿波羅”對接計(jì)劃設(shè)計(jì)了一種計(jì)算機(jī)視覺菱形標(biāo)志靶標(biāo)敏感器，如圖 1.2所示。圖 1.3 所示的靶標(biāo)是西德 MBB 公司設(shè)計(jì)的合作靶標(biāo)，靶標(biāo)由五個(gè)角反射器組成，呈正四棱錐分布。

基于合作目標(biāo)的單目姿態(tài)測量方法是將合作目標(biāo)安放在被測目標(biāo)上，通過利用相機(jī)與合作目標(biāo)的合作，完成被測目標(biāo)相對于相機(jī)的位姿。因?yàn)槟繕?biāo)特征點(diǎn)的識別精度高，所以基于合作目標(biāo)的姿態(tài)測量方法相對其他姿態(tài)測量方法精度更高，結(jié)構(gòu)也更簡單，因此被各個(gè)領(lǐng)域廣泛使用[7]。常用的合作目標(biāo)有兩種，一種是主動發(fā)光的光源（如 LED），另一種是被動反光的標(biāo)識（如反光片），按照測量需求排布用來測量位姿，國內(nèi)外交會對接中使用的視覺姿態(tài)測量系統(tǒng)大都是基于合作目標(biāo)的[8],其中，典型的合作目標(biāo)是靶標(biāo)形式，將合作特征標(biāo)識安裝在靶標(biāo)中，從而實(shí)現(xiàn)不同形狀、大小等不同設(shè)計(jì)，用以適用各個(gè)應(yīng)用場景的標(biāo)靶。典型靶標(biāo)設(shè)計(jì)如下：1、國外合作靶標(biāo)設(shè)計(jì)美國國家航空航天局在 20 世紀(jì) 60 年代末到 70 年代初就設(shè)計(jì)出了一種能夠自動測量和識別的測角對接敏感器(AODS)的靶標(biāo)，如圖 1.1 所示。美國于 20 世紀(jì) 70年代為 “阿波羅”對接計(jì)劃設(shè)計(jì)了一種計(jì)算機(jī)視覺菱形標(biāo)志靶標(biāo)敏感器，如圖 1.2所示。圖 1.3 所示的靶標(biāo)是西德 MBB 公司設(shè)計(jì)的合作靶標(biāo)，靶標(biāo)由五個(gè)角反射器組成，呈正四棱錐分布。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于EPNP算法的單目視覺測量系統(tǒng)研究[J]. 張慧娟,熊芝,勞達(dá)寶,周維虎.  紅外與激光工程. 2019(05)
[2]運(yùn)動平臺雙IMU與視覺組合姿態(tài)測量算法[J]. 孫長庫,黃璐,王鵬,郭肖亭.  傳感技術(shù)學(xué)報(bào). 2018(09)
[3]基于激光標(biāo)靶和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)組合位姿測量方法[J]. 郭慶堯,林嘉睿,任永杰,高揚(yáng).  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2018(01)
[4]基于單目視覺的GPS輔助相機(jī)外參數(shù)標(biāo)定[J]. 吳修振,劉剛,于鳳全,張?jiān)丛?  光學(xué)精密工程. 2017(08)
[5]多特征點(diǎn)拓?fù)浯_定位姿測量算法研究[J]. 王鵬,周權(quán)通,孫長庫.  紅外與激光工程. 2017(05)
[6]EPNP和POSIT算法在頭部姿態(tài)估計(jì)上的實(shí)驗(yàn)比較與分析[J]. 武君,白剛,張彩霞.  北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[7]一種單目視覺ORB-SLAM/INS組合導(dǎo)航方法[J]. 周紹磊,吳修振,劉剛,張嶸,徐海剛.  中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào). 2016(05)
[8]基于IMU與單目視覺融合的姿態(tài)測量方法[J]. 孫長庫,徐懷遠(yuǎn),張寶尚,王鵬,郭肖亭.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2017(03)
[9]基于SoftPOSIT算法的單目視覺非合作目標(biāo)相對位姿估計(jì)[J]. 張鑫,張雅聲,程文華,姚紅.  上海航天. 2016(03)
[10]球形全景影像位姿估計(jì)的改進(jìn)EPnP算法[J]. 鄧非,吳幼絲,胡玉雷,崔紅霞.  測繪學(xué)報(bào). 2016(06)

博士論文
[1]復(fù)雜場景下合作靶標(biāo)的準(zhǔn)確快速識別與定位[D]. 溫卓漫.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所 2017
[2]基于目標(biāo)特征的單目視覺位置姿態(tài)測量技術(shù)研究[D]. 趙連軍.中國科學(xué)院研究生院（光電技術(shù)研究所） 2014
[3]空間目標(biāo)的單目視覺位姿測量方法研究[D]. 夏軍營.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2012

碩士論文
[1]空間合作目標(biāo)單目視覺位姿測量技術(shù)研究[D]. 呂耀宇.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2018
[2]盾構(gòu)姿態(tài)測量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[D]. 陳沛東.華中科技大學(xué) 2014
[3]剛體位姿參數(shù)單目視覺測量系統(tǒng)研究[D]. 王偉興.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[4]室內(nèi)近距高精度慣性/視覺融合定姿研究[D]. 王康友.南京航空航天大學(xué) 2012
[5]基于單目視覺的三維姿態(tài)測量方法與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[D]. 原野.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[6]基于合作目標(biāo)的單目視覺位姿跟蹤技術(shù)研究[D]. 于長安.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[7]盾構(gòu)機(jī)位姿測量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 畢小偉.上海交通大學(xué) 2010
[8]運(yùn)動物體位置姿態(tài)測量系統(tǒng)的研究[D]. 衛(wèi)研研.北京交通大學(xué) 2009
[9]基于單目視覺的剛體位姿測量系統(tǒng)研究[D]. 解邦福.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[10]基于圖像的運(yùn)動物體六自由度參數(shù)測量方法研究[D]. 付亮.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3605522