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《基于特征光流信息的空間非合作目標(biāo)相對位姿估計.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)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(biāo)相對位姿估計程文華，姚紅，張雅聲(裝備學(xué)院，北京101416)摘要：根據(jù)光流法基本原理，推導(dǎo)了用光流信息求解相對位姿估計的數(shù)學(xué)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(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：空間非合作目標(biāo)；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(xiàn)標(biāo)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(biāo)未安裝任何主動通信設(shè)備，其他飛行器不能依靠通信方式對其進(jìn)行識別定位[1]。相對位姿估計是進(jìn)行空間自主交會和空間在軌服務(wù)必不可少的前提。非合作目標(biāo)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(biāo)識模塊，因此針對空間非合作目標(biāo)的相對位姿估計主要采用光學(xué)手段。用光學(xué)手段對目標(biāo)進(jìn)行分析也稱為視覺運(yùn)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(yīng)關(guān)系，并根據(jù)對應(yīng)的特征求解運(yùn)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(jì)50年代GIBSON等提出的運(yùn)動結(jié)構(gòu)(SFM)假設(shè)[3]。假設(shè)以心理學(xué)實驗為基礎(chǔ)，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(xué)基金青年科學(xué)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(biāo)自主交會。從二維平面光流信息恢復(fù)三維空間運(yùn)動信息和結(jié)構(gòu)信息的假設(shè)，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(yùn)動的關(guān)系，在計算機(jī)視覺和圖像處理領(lǐng)域有重要的地位，在航天、軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如特種機(jī)器人視覺系統(tǒng)、空間目標(biāo)跟蹤、無人駕駛、氣象云圖分析、醫(yī)學(xué)器官異常分析診斷等口。12I。光流計算是當(dāng)前計算機(jī)視覺研究領(lǐng)域中的熱點，但光流法主要用于運(yùn)動目標(biāo)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(jī)導(dǎo)航，在航天器的位姿估計的應(yīng)用研究更少。本文對基于特征光流信息的空間非合作目標(biāo)相對位姿估計進(jìn)行了研究。1光流計算基本原理觀察物體運(yùn)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(yùn)動物體在觀測成像面上的像素運(yùn)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(yùn)動的關(guān)系。假設(shè)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(yùn)動到(z+△z，y+△y)處，灰度值為，(z+△z，∥+△y，f+△￡)。由灰度一致性假設(shè)，有J(z，y，￡)一f(z+△z，∥+△∥，z+△￡)．(1)對式(1)右邊進(jìn)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
