交会对接航天器相对位姿的测量算法
【专利摘要】本发明公开了一种交会对接航天器相对位姿的测量算法，包含如下步骤：航天器的相机采集交会目标航天器的图像；对所述的采集的对接口图像进行预处理；通过OTSU算法对图像进行目标分割，得出感兴趣区域；对分割得到的感兴趣区域的边界点进行亚像素特征点提取，进行基于亚像素特征点的位姿测量。本发明解决了视觉导航过程中高精度特征检测与位姿测量问题。
【专利说明】交会对接航天器相对位姿的测量算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星相对导航技术，特别涉及一种交会对接航天器相对位姿的测量算 法。
【背景技术】
[0002] 航天器与目标航天器的空间对接中，需要对航天器与目标航天器之间的相对位置 和姿态参数进行精确测量。基于视觉的测量方式具有非接触、精度较高、稳定性好等特点。 在非合作的目标视觉测量实现过程中，通过实现对被测目标的特征进行准确的提取，为后 续的空间位姿解算提供基础。
[0003] 空间相对位姿的高精度测量是交会对接的关键步骤，但是在交会对接过程中，由 于空间环境的复杂性，会对图像造成各种干扰，如运动和散焦模糊、复杂噪声和杂散光的干 扰等。如何对图像进行有效的预处理以提高图像质量，和高精度的特征提取和匹配，成为对 接技术中相对位姿超高精度测量中的关键问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种交会对接航天器相对位姿的测量算法，解决了视觉导航 过程中高精度特征检测与位姿测量问题。
[0005] 为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的： 一种交会对接航天器相对位姿的测量算法，包含如下步骤： 航天器的相机采集交会目标航天器的图像； 对所述的采集的对接口图像进行预处理； 通过OTSU算法对图像进行目标分割，得出感兴趣区域； 对分割得到的感兴趣区域的边界点进行亚像素特征点提取，进行基于亚像素特征点的 位姿测量。
[0006] 所述的采集图像的相机采用双目相机，采集时分别得到左图像和右图像。
[0007] 所述的对接口图像预处理包含如下子步骤： 分别对左图像和右图像进行去模糊处理； 对去模糊处理的图像进行降噪处理。
[0008] 所述的去模糊处理采用总变分最小化模糊图像反卷积处理的方法。
[0009] 所述的降噪处理基于SUSAN滤波。
[0010] 在基于SUSAN滤波时，区分特征目标和背景的阈值的选值范围为〖〇4〇.8)。
[0011] 所述的进行基于亚像素特征点的位姿测量包含如下子步骤： 在提取得到的亚像素特征点中进行双向极线约束特征点匹配，得到同名点对； 若提取的同名点对数量大于3对，采用基于双目视觉的位姿测量方法计算位姿参数； 若提取的同名点对数量小于等于3对，采用基于单目视觉的位姿测量方法计算位姿参数。
[0012] 所述的双向极线约束特征点匹配的步骤为： 以左图像或右图像的某图像上的特征点为起始点集，遍历该某图像上的特征点，计算 与之对应的另一图像的特征点，得到初始同名点对集合； 以初始同名点对集合中的另一图像上的特征点为起始，遍历初始同名点对集合中该图 像的特征点，计算与之对应的某图像特征点，若得到的某图像特征点不在初始同名点对集 合中，更新初始同名点对集合中某图像的特征点坐标，得到最优的同名点对。
[0013] 本发明与现有技术相比，具有以下优点： 解决了视觉导航过程中高精度特征检测与位姿测量问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明交会对接航天器相对位姿的测量算法的方法流程图。
【具体实施方式】
[0015] 以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
[0016] 如图1所示，一种交会对接航天器相对位姿的测量算法，包含如下步骤： 航天器的相机采集交会目标航天器的图像，采集图像的相机采用双目相机，采集时分 别得到左图像和右图像； 对所述的采集的对接口图像进行预处理，首先分别对左图像和右图像进行去模糊处 理，采用总变分最小化模糊图像反卷积处理的方法，计算公式为：
【权利要求】
1. 一种交会对接航天器相对位姿的测量算法，其特征在于，包含如下步骤： 航天器的相机采集交会目标航天器的图像； 对所述的采集的对接口图像进行预处理； 通过OTSU算法对图像进行目标分割，得出感兴趣区域； 对分割得到的感兴趣区域的边界点进行亚像素特征点提取，进行基于亚像素特征点的 位姿测量。
2. 如权利要求1所述的交会对接航天器相对位姿的测量算法，其特征在于，所述的采 集图像的相机采用双目相机，采集时分别得到左图像和右图像。
3. 如权利要求2所述的交会对接航天器相对位姿的测量算法，其特征在于，所述的对 接口图像进行预处理包含如下子步骤： 分别对左图像和右图像进行去模糊处理； 对去模糊处理的图像进行降噪处理。
4. 如权利要求3所述的交会对接航天器相对位姿的测量算法，其特征在于，所述的去 模糊处理采用总变分最小化模糊图像反卷积处理的方法。
5. 如权利要求3所述的交会对接航天器相对位姿的测量算法，其特征在于，所述的降 噪处理基于SUSAN滤波。
6. 如权利要求5所述的交会对接航天器相对位姿的测量算法，其特征在于，在基于 SUSAN滤波时，区分特征目标和背景的阈值的选值范围为p),6fClS)。
7. 如权利要求1所述的交会对接航天器相对位姿的测量算法，其特征在于，所述的进 行基于亚像素特征点的位姿测量包含如下子步骤： 在提取得到的亚像素特征点中进行双向极线约束特征点匹配，得到同名点对； 若提取的同名点对数量大于3对，采用基于双目视觉的位姿测量方法计算位姿参数； 若提取的同名点对数量小于等于3对，采用基于单目视觉的位姿测量方法计算位姿参数。
8. 如权利要求7所述的交会对接航天器相对位姿的测量算法，其特征在于，所述的双 向极线约束特征点匹配的步骤为： 以左图像或右图像的某图像上的特征点为起始点集，遍历该某图像上的特征点，计算 与之对应的另一图像的特征点，得到初始同名点对集合； 以初始同名点对集合中的另一图像上的特征点为起始，遍历初始同名点对集合中该图 像的特征点，计算与之对应的某图像特征点，若得到的某图像特征点不在初始同名点对集 合中，更新初始同名点对集合中某图像的特征点坐标，得到最优的同名点对。
【文档编号】G01C21/20GK104406594SQ201410744336
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】张翰墨, 卢山, 刘宗明, 张宇, 曹姝清, 朱春艳 申请人:上海新跃仪表厂