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《基于特征光流信息的空間非合作目標相對位姿估計.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第32卷2015年第5期上海航天AER()SPACESHANGHAI文章編號：1006—1630(2015)05000906基于特征光流信息的空間非合作目標相對位姿估計程文華，姚紅，張雅聲(裝備學院，北京101416)摘要：根據(jù)光流法基本原理，推導了用光流信息求解相對位姿估計的數(shù)學模型，提出了一種基于特征點光流信息的相對位姿估計算法。用Pov—Ray軟件生成的序列圖像驗證了算法的可行性，并用STK軟件生成的衛(wèi)星視頻驗證了算法的可行性和準確性。關鍵詞：空間非合作目標；光流法；相對位姿估計；特征點；光流信息中圖分類號：V448．21文獻標志碼：A№eand舢titude
2、Estimati蚰forNon-C00perativeSpacecraftBasedonF切tureOptical川owCHENGWen—hua，YAOHong，ZHANGYa—sheng(TheAcademyofEquipment，Be巧ing101416，China)Abstract：Amathematicalmodelofrelativeposeandaltitudeestimationwasdeducedbasedonthebasicprincipleofopticalflowmethodinthispaper．Arelativeposeestimation
3、algorithmbasedonfeaturepointopticalflowinformationwasproposed．ThefeasibilityofthealgorithmwasverifiedbyusingimagesequencesPov—Raysoftware。ThefeasibilityandaccuracyofthealgorithmwereverifiedbyusingSTKsoftwaretogeneratethesateUitevideo．Keywords：Non-cooperativespacecraft；0pticalflow；Relat
4、iveposeandestimation；Feature；opticalflow0引言空間非合作目標未安裝任何主動通信設備，其他飛行器不能依靠通信方式對其進行識別定位[1]。相對位姿估計是進行空間自主交會和空間在軌服務必不可少的前提。非合作目標無法通過通信方式傳輸其位姿信息，也無安裝任何有助于輔助測量的標識模塊，因此針對空間非合作目標的相對位姿估計主要采用光學手段。用光學手段對目標進行分析也稱為視覺運動分析，主要包括基于特征的方法和基于光流的方法兩種[2]。前者也被稱為離散處理方法，通過提取相鄰兩幀或多幀圖像特征，建立對應關系，并根據(jù)對應的特征求解運動信息和結(jié)構(gòu)信息
5、；后者被稱為連續(xù)處理方法。對光流法的研究源于20世紀50年代GIBSON等提出的運動結(jié)構(gòu)(SFM)假設[3]。假設以心理學實驗為基礎，開創(chuàng)性地提出了收稿日期：2014—12一02；修回日期：201412—14基金項目：國家自然科學基金青年科學基金項目(61304228)作者簡介：程文華(1990)，男，碩士生，主要研究方向為非合作目標自主交會。從二維平面光流信息恢復三維空間運動信息和結(jié)構(gòu)信息的假設，但在70年代末才由Ullman等給予驗證n]。目前，光流法分為兩類：一是以H～S法為代表的全局光流，二是以L—K方法為代表的局部光流口。6]。光流計算是研究圖像灰度在時間
6、上的變化與景象中物體結(jié)構(gòu)及其運動的關系，在計算機視覺和圖像處理領域有重要的地位，在航天、軍事、工業(yè)和醫(yī)學領域應用廣泛，如特種機器人視覺系統(tǒng)、空間目標跟蹤、無人駕駛、氣象云圖分析、醫(yī)學器官異常分析診斷等口。12I。光流計算是當前計算機視覺研究領域中的熱點，但光流法主要用于運動目標識別，對相對位姿估計的研究較少，且主要是用于無人駕駛和無人機導航，在航天器的位姿估計的應用研究更少。本文對基于特征光流信息的空間非合作目標相對位姿估計進行了研究。1光流計算基本原理觀察物體運動時，物體在人眼視網(wǎng)膜上形成一系列連續(xù)變化的圖像信息稱為光流m]。本文定義上海航天AERoSPACESH
7、ANGHAI第32卷2015年第5期光流為空間運動物體在觀測成像面上的像素運動的瞬時速度，反映圖像灰度在時間上的變化與景物中物體結(jié)構(gòu)及其運動的關系。假設時刻￡，圖像上(z，了)點處的灰度值為J(z，∥，f)。在時刻￡十△f，這點運動到(z+△z，y+△y)處，灰度值為，(z+△z，∥+△y，f+△￡)。由灰度一致性假設，有J(z，y，￡)一f(z+△z，∥+△∥，z+△￡)．(1)對式(1)右邊進行泰勒展開，得j(z+△z，y+△歲，￡+△￡)一j(z，y，￡)+筆血+籌△y+秘+￡．(2)忽略高階小項，且令J，一筆，L一驀，I：一箋，聯(lián)立式(1)、(2)，可得
