[发明专利]基于非合作目标协同测量方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于虚拟立体视觉的非合作目标协同测量方法，包括以下步骤：获取非合作翻滚目标的三维点云图；提取出卫星的喷嘴中心与三角支架内切圆中心的相对位姿关系；对获取的卫星喷嘴与三角支架的图像进行图像预处理操作；通过坐标转换获得在特定坐标系下的位姿关系；求得所述卫星喷嘴与三角支架内切圆的半径，以得到喷嘴与三角支架中心的位姿信息。以及一种基于虚拟立体视觉的非合作目标协同测量系统。其降低了测量系统的硬件数量，扩展了测量系统的能力，具有较高的计算效率，减少了传感器的数量，降低了空间发射的成本，且拓展了空间测量的能力，广泛应用于空间非合作卫星视觉测量的技术领域。

技术领域

本发明涉及空间非合作失效卫星视觉测量的技术领域，具体为基于非合作目标协同测量方法及系统。

背景技术

随着空间探索的不断深入，在轨航天器数量越来越多，除了少部分仍然正常工作外，大部分已到寿命末期而被废弃，且部分因为出现故障而无法正常工作，使得轨道垃圾不断累积。利用空间机器人进行卫星维修、轨道垃圾清理成为近年来热门热点的研究方向。然而，作为在轨维护的非合作目标，大都处于翻滚状态，动力学特性极其复杂。

为了实现在轨服务，首先要解决的技术难点就是非合作目标的视觉测量问题。由于失效目标上没有任何的合作标识，且目标又处于翻滚的状态，这对非合作目标的视觉测量造成了很大的影响。以往的视觉测量研究中，如美国的“通用航天器在轨修正系统”以及日本的ETS-VII项目等主要针对的是合作目标的视觉测量。目前的研究，针对非合作目标的视觉测量机械臂末端都需要携带双目相机，在双臂协同抓捕非合作目标前，传统的研究需要两对双目相机进行双臂的独立测量(例如圆形的卫星喷嘴，三角形的帆板支架等)，很难满足空间视觉测量的实时性要求，同时图像数据量很大，对星载系统的存储能力和计算能力提出了更高的要求，不利于空间机器人的视觉测量，且为双臂的协同捕获带来诸多不利因素。

为了减少双臂测量过程中视觉传感器的数量，降低图像存储量，提高视觉测量算法的效率，在保证测量精度的前提下有必要开展提高视觉计算速度的同时又能降低空间测量的成本、功耗与质量等相关视觉测量技术的研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种提高视觉计算速度、节省成本的基于非合作目标协同测量方法及系统。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于虚拟立体视觉的非合作目标协同测量方法，包括以下步骤：

获取非合作翻滚目标的三维点云图；

提取出所述三维点云图中卫星的喷嘴中心与三角支架内切圆中心的相对位姿关系；

对获取的卫星喷嘴与三角支架的图像进行图像预处理操作；

对所述卫星喷嘴与三角支架的图像分别进行处理，通过坐标转换获得在特定坐标系下的位姿关系；

利用最小二乘法求得所述卫星喷嘴与三角支架内切圆的半径，以得到喷嘴与三角支架中心的位姿信息。

作为该技术方案的改进，通过采用双目相机来获取所述三维点云图。

作为该技术方案的改进，所述方法包括：通过Hough检测获取到卫星的喷嘴中心及三角支架。

作为该技术方案的改进，所述方法还包括：对获取的卫星喷嘴与三角支架的图像进行图像增强处理，并对所述图像进行滤波和边缘检测。

进一步地，所述方法包括：通过分别设置于机器人左、右机械臂的单目相机来分别采集卫星喷嘴与三角支架的图像。

进一步地，所述方法还包括：对左臂手眼相机采集的图像进行Hough椭圆检测，得到表示椭圆的相关参数；对右臂手眼相机进行Hough直线检测，并提取三条直线的交点，从而获取三角支架的边缘特征。