專利名稱：一種基于雙目視覺的空間目標(biāo)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)辨識方法
一種基于雙目視覺的空間目標(biāo)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)辨識方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于航天技術(shù)，具體涉及一種基于雙目視覺的空間目標(biāo)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)辨識方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著航天技術(shù)的發(fā)展，空間任務(wù)日趨多樣化和復(fù)雜化，對于以故障衛(wèi)星維修、敵方目標(biāo)監(jiān)測與捕獲、軌道垃圾清理等在軌服務(wù)操作的需求日益迫切，NASA、ESA等大型航天研究機(jī)構(gòu)也都提出了各自在在軌服務(wù)方面的研究與實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，其中較為著名的有NASA 的XSS計(jì)劃、ESA的ROTEX計(jì)劃和ROGER計(jì)劃、NASDA的ETS計(jì)劃等等。為了實(shí)現(xiàn)在軌服務(wù)的任務(wù)要求，必然就要求服務(wù)本體對服務(wù)對象進(jìn)行近距離的高精度操作，另外，由于本體與操作目標(biāo)之間的任何輕微碰撞都會(huì)使得任務(wù)徹底失敗，損毀本體，因此在軌服務(wù)的操作過程必須避免任何形式的碰撞。
在對三軸穩(wěn)定的空間目標(biāo)進(jìn)行近距離操作時(shí)，只需要本體按照事先確定的安全區(qū)域限制接近目標(biāo)并進(jìn)行操作即可，但除了三軸穩(wěn)定的操作目標(biāo)外，空間中還存在著大量的非合作旋轉(zhuǎn)目標(biāo)，如敵方的自旋衛(wèi)星、空間中無控旋轉(zhuǎn)的失效衛(wèi)星等，這些目標(biāo)的未知旋轉(zhuǎn)不僅會(huì)使得高精度操作難以實(shí)現(xiàn)，而且還會(huì)讓本體極其容易與操作對象發(fā)生碰撞，因而極大地增加了操作過程的難度與風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)沟妙A(yù)定的操作方案徹底失效。考慮到在空間微重力環(huán)境下，大部分空間旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)角速度與旋轉(zhuǎn)軸相對于操作本體，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生較大變化，因此如果能夠提供一種方法使得本體在進(jìn)行操作之前能夠獲得目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)角速度，以便重新規(guī)劃本體的運(yùn)動(dòng)軌跡或?qū)τ谀繕?biāo)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的預(yù)測引入本體的運(yùn)動(dòng)控制回路，將大大降低空間在軌近距離操作過程的難度，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。
近些年隨著計(jì)算機(jī)視覺的發(fā)展，人們提出了很多基于雙目視覺的目標(biāo)狀態(tài)辨識方法，但這些方法都采用在目標(biāo)上選取一個(gè)中心點(diǎn)，通過辨識中心點(diǎn)的位置運(yùn)動(dòng)和目標(biāo)圍繞該點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)描述目標(biāo)在空間的平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，由于無法保證所選取的中心點(diǎn)一定位于目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸上，因而這些方法并不具有辨識純旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)角速度的能力。發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題
為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種基于雙目視覺的空間目標(biāo)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)辨識方法，能夠在雙目測量的基礎(chǔ)上精確地辨識出空間旋轉(zhuǎn)目標(biāo)相對操作本體的旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)角速度。
技術(shù)方案
一種基于雙目視覺的空間目標(biāo)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的辨識方法，其特征在于步驟如下
步驟1:將雙目相機(jī)置于目標(biāo)附近的任意位置P點(diǎn)，以目標(biāo)上任意的兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)A 和B為特征點(diǎn)，以h時(shí)刻兩點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置向量rA(l和rB(l ^t0+AT時(shí)刻兩點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置矢量rA1和;rB1,計(jì)算角度量Θ
權(quán)利要求
1.一種基于雙目視覺的空間目標(biāo)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的辨識方法，其特征在于步驟如下 步驟1:將雙目相機(jī)置于目標(biāo)附近的任意位置P點(diǎn)，以目標(biāo)上任意的兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)A和B為特征點(diǎn)，以h時(shí)刻兩點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置向量rA(l和rB(l及td A T時(shí)刻兩點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系中的位置矢量rA1和；rB1,計(jì)算角度量0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于雙目視覺的空間目標(biāo)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)辨識方法，技術(shù)特征在于將雙目相機(jī)置于目標(biāo)附近的任意位置P點(diǎn)，以目標(biāo)上任意的兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)A和B為特征點(diǎn)，計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸的方向向量，計(jì)算標(biāo)志點(diǎn)A和B在旋轉(zhuǎn)平面上的投影，計(jì)算操作目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)角度，計(jì)算旋轉(zhuǎn)角速度，得到目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)角速度矢量和目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)軸方程辨識結(jié)果。有益效果計(jì)算量小，辨識速度快，辨識精度高，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法無法辨識目標(biāo)旋轉(zhuǎn)軸的缺陷，能夠被用來對自旋衛(wèi)星、失控旋轉(zhuǎn)衛(wèi)星等空間目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行辨識，為空間旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的近距離空間操作奠定了基礎(chǔ)，有著巨大的應(yīng)用潛力。
文檔編號G01P13/04GK102981011SQ20121052488
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者黃攀峰, 胡仄虹, 劉正雄, 孟中杰 申請人:西北工業(yè)大學(xué)