基於雷射測距與攝像機視覺融合的高精度位姿解算方法
2023-04-24 12:38:21 2
基於雷射測距與攝像機視覺融合的高精度位姿解算方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於雷射測距與攝像機視覺融合的高精度位姿解算方法，包括：S1、進行基於合作目標的NLSM的攝像機視覺位姿測量算法線性建模；S2、進行基於多點雷射測距儀的線性建模；S3、進行基於雷射測距與攝像機的融合線性建模。綜合利用了雷射測距高精度的測距信息與攝像機高精度的角解析度信息，有效提高了目標的位置姿態測量精度，且解決了融合了基於合作目標的雷射測距與攝像機視覺的位置姿態測量算法的問題。
【專利說明】基於雷射測距與攝像機視覺融合的高精度位姿解算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及測試測量【技術領域】，特別涉及一種基於雷射測距與攝像機視覺融合的 高精度位姿解算方法。
【背景技術】
[0002] 對SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔徑雷達）成像衛星來說，天線的形變對 衛星的成像解析度、圖像質量有著重大的影響。星載SAR天線在軌運行過程中會受到空間 各種載荷的作用，這些載荷主要包括熱載荷、引力梯度矩、大氣阻力以及衛星運動幹擾等， 從而導致天線面板振動，降低衛星的姿態穩定度和指向精度，並嚴重影響天線的性能，導致 成像模糊、解析度降低；更為嚴重的是振動可能導致天線結構破壞。
[0003] 因此，SAR衛星大型天線在軌展開後，需要通過測量系統進行在軌實時高精度測量 獲取天線的形狀變化，以便在形變較大時對其進行控制，從而滿足使用要求，而目前正缺少 能夠實時有效地高精度的確定目標天線的相對位置姿態的方案。
[0004] 位姿解算中，通常應用到合作目標，所謂合作目標就是在被測目標上所設置的η 個（一般至少為3個）位置已知的控制點，而在跟蹤物體上設置一位置已知的攝像機，由於 合作目標和攝像機的位置已知，只要測出合作目標和攝像機之間的相對位置和姿態，就能 求出被測目標與跟蹤物體之間的相對位置和姿態。而這種方法解算複雜，又存在多解現象， 長期以來的研究主要集中於如何求解以及在說明情況下有多少解的純數學問題，因此，針 對實際工程應用的研究具有十分重要的意義。
【發明內容】
[0005] 本發明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種基於雷射測距與攝像機視覺融 合的高精度位姿解算方法，本發明通過以下技術方案實現：
[0006] -種基於雷射測距與攝像機視覺融合的高精度位姿解算方法，包括以下步驟：
[0007] S1、進行基於合作目標的NLSM的攝像機視覺位姿測量算法線性建模，攝像機的成 像模型：
[0008]
【權利要求】
1. 一種基於雷射測距與攝像機視覺融合的高精度位姿解算方法，其特徵在於，包括以 下步驟： 51、 進行基於合作目標的NLSM的攝像機視覺位姿測量算法線性建模，攝像機的成像模 型：
其中，（IV Vi)為第i個合作目標在攝像機平面坐標系中的坐標，（Xc;i，yc;i，zj為對應 的合作目標在像空間坐標系中的坐標，像空間坐標系與目標坐標系的坐標轉換為：
其中，（xti，yti，zti)為合作目標在目標坐標系中的坐標，（t xc;，tyc;，tz。）為目標坐標系原 點在像空間坐標系中的坐標，Μ。,*目標坐標繫到像空間坐標系的轉換矩陣，（θ1; θ2, θ3) 為相應的旋轉角，表示為：
其中，X = (txe，tye，tz。，θ1; θ2，θ3)，根據 NLSM 原理，得到： minVTV = min (Β ε -L)τ (Β ε -L) 其中，χ°為χ的初值估計，ε為χ°的改正值，符號"Τ"表示矩陣轉置，矩陣Β為函 數F(x)的一階偏導數，表示為：
矩陣L中的元素 h表示為：
52、 進行基於多點雷射測距儀的線性建模： 雷射測距儀的安裝位置P點在像空間坐標系中的坐標為（xpc;，ypc;，zp。)，P與合作目標之 間的雷射測距距離為Dp i = 1，2,3 ;
對其進行線性化，得到：
改寫為矩陣形式，則有： D ( X ) = D ( X °) +C ε 其中，C為條件方程D(x)的一階偏導數，為：
S3、進行基於雷射測距與攝像機的融合線性建模： 將雷射測距作為攝像機視覺測量算法的強制性約束條件，則有： D ( X °) +C ε =〇 相應的目標函數為：
對相應的λ進行求解： λ = [C^BrcHD+C^BrHBTL)] 對相應的ε進行求解： ε = 入） 相應的位置姿態參數x表示為： X (k+1) = X (k)+ ε 式中，x(k)為第k次的計算結果。
【文檔編號】G01C21/00GK104111071SQ201410328295
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】黃建明, 魏祥泉, 陳鳳, 劉玉, 劉魯江 申請人:上海宇航系統工程研究所