基于單目視覺的剛體位姿測量系統(tǒng)研究.pdf

1、位姿測量是現(xiàn)代控制、導航、跟蹤等許多領(lǐng)域研究的一個重要課題，要求位姿測量系統(tǒng)具有精度高、實時性強、安裝方便等特點。計算機視覺位姿測量系統(tǒng)以其眾多優(yōu)點在航天器近距離對接、大型工件現(xiàn)場安裝過程中的應(yīng)用已經(jīng)受到了廣泛的重視?；趩螖z像機的視覺測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、無需立體匹配，能夠滿足位姿測量系統(tǒng)的要求，但已有的基于單攝像機的位姿測量系統(tǒng)在測量精度及測量速度存在嚴重的矛盾，因此研究一種基于單攝像機的位姿測量系統(tǒng)，有很大的應(yīng)用前景和意義。
　

2、　在本文中，位姿測量系統(tǒng)研究分為理論研究、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計三個部分。通過理論研究確定了基于單攝像機成像理論、利用四個共面特征點的P4P問題的測量方案，確定了基于二次線性插值高斯曲面擬合的點目標圖像特征點中心精確定位方法；硬件上設(shè)計了特征點測量模板的機械結(jié)構(gòu)及紅外LED的優(yōu)化控制電路，為圖像特征點的精確定位算法及位姿測量算法的實現(xiàn)提供了前提保證；軟件設(shè)計部分主要針對圖像特征點的提取及匹配，構(gòu)建合理的計算機分析流程，同時，為了滿足測量系統(tǒng)

3、的實用性，設(shè)計了測量系統(tǒng)的用戶操作界面。
　　特征點相對距離精確校準、攝像機內(nèi)參標定實驗是提高系統(tǒng)測量精度的前提；圖像特征點中心定位實驗驗證了二次線性插值高斯曲面擬合方法的精確性；提出了一種對特征點不共面性誤差快速修正的空間幾何約束方法；同時，用5自由度運動平臺模擬了物體位姿變化，用其對測量系統(tǒng)進行了整體調(diào)試，實驗驗證了整個測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性及準確性；通過分析測量系統(tǒng)的誤差來源，分析得出了測量系統(tǒng)的最大誤差，結(jié)果表明：測量系統(tǒng)對目標