《正交分光成像大範圍快速高精度位姿測量新方法》是依託天津大學，由孫長庫擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：正交分光成像大範圍快速高精度位姿測量新方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫長庫
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
實現空間快速運動目標大範圍、快速、高精度位姿測量在航空航天、汽車等領域具有重要意義，如無人機自動加油和自動著艦、飛行員頭盔定位、飛船對接以及車輪定位等。視覺空間位姿測量方法是目前最常用的方法，但現有的單目或雙目位姿測量和多線陣CCD位姿測量技術，存在測量精度與測量範圍、測量速度之間的矛盾。本課題提出一種基於正交分光成像感測器的位姿測量新方法，實現空間目標大範圍快速高精度位姿測量。採用雙線陣CCD探測技術，設計並研製正交分光成像位姿感測器，研究位姿測量數學模型及其相應的標定方法，實現對空間定位特徵點的高速高解析度採集。綜合考慮位姿測量過程中計算速度和測量精度，研究最合理的空間位姿測量特徵點布局形式和相應的位姿求解方法。搭建基於正交分光成像位姿感測器的測量實驗系統，對正交分光成像位姿測量的方法、理論和關鍵技術進行實驗驗證。課題研究成果為空間目標大範圍、快速、高精度位姿測量提供方法和理論基礎。
結題摘要
空間快速運動目標大範圍、快速、高精度位姿測量在無人機自動加油、艦船定位及飛行員頭盔定位等方面具有重要套用價值。本課題提出一種基於正交分光成像感測器的位姿測量新方法，充分利用單目視覺視場大與線陣CCD的解析度高和採集速度快的優點，將面陣CCD像素平方級的數據量降低為雙正交線陣CCD像素求和級，實現空間目標大範圍快速高精度位姿測量。主要研究內容有：1、提出了一種正交分光成像大範圍快速高精度位姿測量方法，設計了相應的正交分光位姿感測器，建立了柱面鏡成像畸變模型，評價了感測器成像效果；2、基於正交分光成像位姿感測器組建了位姿測量實驗系統，建立了測量系統數學模型，研究了測量系統參數的標定方法；3、研究了空間物體標識點正交分光成像位姿測量算法。基於平行線間的仿射不變特性和結合空間特徵點之間的距離、角度和共面約束，研究了空間物體姿態的快速疊代求解算法；提出了一種基於光線追跡的位姿解算算法，利用4條入射光線上的4個非共面特徵點之間的空間位置關係，以距離、非共面直線和共面直線夾角、混合積等為約束建立最最佳化目標函式，對特徵點坐標進行疊代求解；提出了一種基於平行透視投影模型的多特徵點匹配位姿測量算法，實現大範圍空間目標位姿的高精度測量；4、分析了正交分光成像位姿測量系統誤差源，研究了誤差校正方法。採用蒙特卡洛誤差分析法對測量系統的誤差來源進行了數值分析，結果表明成像質量、定位標識點的空間坐標和攝像機成像模型為視覺位姿測量的主要誤差源。提出了一種基於角度約束的位姿測量誤差校準算法，提高了位姿測量精度；5、探討了運動載體視覺與IMU融合的位姿測量方法。將慣性測量輸出頻率高、不受空間範圍限制、不受測量距離約束、不存在視線遮擋等優點和視覺測量精度高、重複性好的優點相結合，實現快速、高精度的姿態測量。
