[发明专利]一种基于多源视觉信息融合的空间零先验目标捕获方法

权利要求书

1.一种基于多源视觉信息融合的空间零先验目标捕获方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、对空间零先验信息目标的整体形态进行成像，测量得到目标旋转轴的位置和目标运动速度，根据目标旋转轴的位置和目标运动速度，实时调整飞行器的位置、姿态，使飞行器沿着目标旋转轴方向逼近目标，直至飞行器进入目标的对接走廊；

(2)、根据步骤(1)所述空间零先验信息目标的整体形态，确定目标可抓取部位，之后，进入抓捕过程；

(3)、采用固定位置双目视觉测量方法和运动位置单目视觉测量方法对目标可抓取部位进行测量，得到可抓取部位位置、姿态信息；

所述运动位置单目视觉测量方法具体流程为：

1)、主动结构光：基于主动结构光激光点，实现在零先验信息的目标可抓取部位上施加辅助特征标记，所述辅助特征标记至少为3个；

2)、图像采集：通过安装在机械臂上的单目相机对目标可抓取部位进行成像；

3)、特征提取：分别提取目标可抓取部位的图像特征以及结构光特征，所述图像特征包括：目标可抓取部位轮廓、目标可抓取部位中心；所述结构光特征包括辅助特征标记在单目相机坐标系下的坐标；

4)、识别与测量：根据辅助特征标记在单目相机坐标系下的坐标，得到目标可抓取部位与相机之间的距离信息，结合目标可抓取部位轮廓、目标可抓取部位中心位置，计算目标可抓取部位在单目相机坐标系下的位置与姿态信息；

5)、坐标变换：将单目相机坐标系通过平移和旋转变换，转换到固定于飞行器本体坐标系下，将运动位置单目视觉测量方法和固定位置双目视觉方法获得的目标可抓取部位位置和姿态信息统一到同一坐标系下输出；

(4)、对固定位置双目视觉方法和运动位置单目视觉方法获得的目标可抓取部位位置、姿态信息进行多源信息融合处理，从中确定出可抓取部位位置、姿态信息，以该可抓取部位位置、姿态信息作为输入，进行在线自主运动规划，从而实时更新抓捕机械臂可达范围内抓捕路径，按照规划的路径，调整抓捕机械臂关节位置；

针对类球体目标可抓取部位的测量：首先对目标可抓取部位外轮廓进行圆拟合，从而确定当前目标可抓取部位的外接圆，得到目标可抓取部位的中心位置和半径大小；然后在已知类球体目标可抓取部位半径的情况下，结合目标可抓取部位轮廓、目标可抓取部位中心位置，计算目标可抓取部位在单目相机坐标系下的位置与姿态信息；

所述多源信息融合处理为：根据目标可抓取部位与末端执行器之间的距离d，判断抓捕过程所处阶段，所述阶段包括快速接近段、搜索接近段和最终抓捕段：

当抓捕过程处于快速接近段和搜索接近段时，则将固定位置双目视觉测量方法获得的可抓取部位位置、姿态信息，作为可抓取部位位置、姿态信息，用于机械臂在线自主运动规划，若当前时刻固定位置双目视觉测量方法获得的可抓取部位位置、姿态信息无效，则将前一时刻获得的可抓取部位位置、姿态信息用于机械臂在线自主运动规划；

当抓捕过程处于最终抓捕段时，则将运动位置单目视觉测量方法获得的可抓取部位位置、姿态信息，作为可抓取部位位置、姿态信息，用于机械臂在线自主运动规划，若当前时刻固定位置运动位置单目视觉测量方法获得的可抓取部位位置、姿态信息无效，则将前一时刻获得的可抓取部位位置、姿态信息用于机械臂在线自主运动规划；(5)、重复执行步骤(3)～(4)，直至抓捕机械臂的末端执行器抓捕目标为止。

2.根据权利要求1所述的一种基于多源视觉信息融合的空间零先验目标捕获方法，其特征在于所述步骤(1)通过固定位置双目视觉测量方法对空间零先验信息目标的整体形态进行成像，并得到目标旋转轴的位置和目标运动速度。