摘要
随着世界各国在航天领域的快速发展，以及民间商用航天行业的壮大，将出现越来越多的在轨航天器。为了保证航天器的运行安全，对其它航天器的位置和姿态的测量功能十分重要。视觉测量技术具有信息丰富、测量精度高、测量深度大、测量效率高等诸多特点，被广泛应用与航天领域。 为实现对航天器这一非合作目标的位置、姿态等信息的测量，本文搭建双目视觉系统，提取左右图像上的特征点计算特征点的三维坐标，拟合目标物坐标系，通过对比目标物坐标系和双目视觉的测量坐标系，得到目标物的位置和姿态信息。 主要工作内容有以下几个方面： 1.设计了非合作目标物——卫星模型，并以此模型为目标搭建单目视觉测量系统，获取目标物在不同姿态、位置、光照环境下的图像。本通过常用的几种目标识别方法对比，选取神经网络方法，并利用拍摄得到的目标图像制作数据集并训练得到识别网络。试别结果表明，对卫星模型上的对接环和左、右帆板三个显著特征的识别置信度分别为0.917、0.935和0.932。 2.搭建双目测量系统，使用张正友标定模型标定双目系统的内外参数，并使用基准尺验证参数精度，用于卫星模型的位姿测量。调用目标识别网络，识别得到目标物特征区域裁切原始图像，在裁切的ROI（RegionofInterest）图像中分别寻找对接环圆心和左、右帆板的外侧角点等5个特征点。根据左右相机的内参对双目图像中的特征点参进行畸变矫正，一一匹配求解得到特征点三维坐标，进而构建目标物在测量坐标系下的目标物坐标系，得到目标物此刻相对于测量坐标系的位置和姿态。 3.依托国家级实验室，使用大型九自由度平台模拟卫星模型位置和姿态的变化，利用所搭建的双目视觉系统展开卫星模型的位姿测试。结果表明，卫星模型的位置测量精度为0.158mm@8m（RMS值），姿态测量精度为0.321°@8m。
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