多像机非共视场的非合作飞行器位姿测量方法

苗锡奎; 朱枫; 郝颖明

多像机非共视场的非合作飞行器位姿测量方法

苗锡奎^1,2,3,4,
朱枫^1,3,4,
郝颖明^1,3,4

1.
中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016;
2.
中国科学院大学,北京100049;
3.
中国科学院光电信息处理重点实验室,辽宁沈阳110016;
4.
辽宁省图像理解与视觉计算重点实验室,辽宁沈阳110016

基金项目:

国家自然科学基金（51005229）

详细信息

作者简介:
苗锡奎（1984- ），男，博士生，主要从事计算机视觉、视觉测量与导航、图像处理等方面的研究。Email：miaoxikui@sia.cn；朱枫（1962- ），男，研究员，博士生导师，博士，主要从事计算机视觉、视觉测量与导航、模式识别等方面的研究。Email：zhufeng@sia.cn

苗锡奎（1984- ），男，博士生，主要从事计算机视觉、视觉测量与导航、图像处理等方面的研究。Email：miaoxikui@sia.cn；朱枫（1962- ），男，研究员，博士生导师，博士，主要从事计算机视觉、视觉测量与导航、模式识别等方面的研究。Email：zhufeng@sia.cn

中图分类号: TP391

Pose measurement method for non-cooperative space vehicle using multiple non-overlapping cameras

Miao Xikui^1,2,3,4,
Zhu Feng^1,3,4,
Hao Yingming^1,3,4

1.
Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;
3.
Key Laboratory of Optical-Electronics Information Processing,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China;
4.
Key Laboratory of Image Understanding and Computer Vision,Liaoning Province,Shenyang 110016,China

摘要: 以空间非合作飞行器视觉位姿测量为背景，针对近距离及超近距离情况下由于成像空间小、像机视场等限制，位姿测量所用的视觉特征将不能在单像机中完整成像而无法完成定位的问题，提出一种多像机非共视场的非合作飞行器位姿测量方法。首先将多个像机配置成非共视场的形式，标定各个像机之间的位置关系；然后利用多个像机对目标上的不同特征成像，来自不同像机的底层信息既有冗余又有互补，为位姿测量提供足够的视觉特征和几何特征；最后结合像机之间的位置关系将各个像机中的特征信息进行融合，进而以闭式解法计算目标位姿。实验结果验证了该方法的有效性以及在大目标近距离位姿测量应用中的优越性。
- 位姿测量 /
- 计算机视觉 /
- 在轨服务 /
- 非合作目标 /
- 多像机非共视场
Abstract: Taking pose measurement of non-cooperative space vehicle as research background, a new pose measurement method using multiple cameras with non-overlapping or slightly overlapping views was proposed to solve the problem that monocular vision-based method can not complete the pose estimation in close and ultra-close range, because of the limitation of the imaging space and the field of view, a monocular camera can not observe all the visual features used for pose estimation. Firstly, multiple cameras were configured in non-overlapping form, and the rotations and translations between cameras were calibrated. Then different cameras photographed the different features on the target, the underlying information from different cameras were both redundant and complementary, which provided adequated visual and geometric features for pose measurement. Finally, all the features information from different cameras were fused according to the relationship between cameras to calculate the pose in closed form solution. The experiment results demonstrate its effectiveness and superiority of the method for pose estimation for large target in close and ultra-close range.
- pose measurement /
- computer vision /
- on-orbit servicing /
- non-cooperative target /
- multiple non-overlapping cameras

[1]	Tafazoli M. A study of on-orbit spacecraft failures [J]. Acta Astronautica, 2009, 64(2/3): 195-205.
[2]
[3]
[4]	Cui Naigang, Wang Ping, Guo Jifeng, et al. A review of on-orbit servicing [J]. Journal of Astronautics, 2007, 28 (4): 805-811. (in Chinese) 崔乃刚, 王平, 郭继峰, 等. 空间在轨服务技术发展综述[J].宇航学报, 2007, 28(4): 805-811.
[5]	Hirzinger G, Landzettel K, Brunner B, et al. DLR's robotics technologies for on-orbit servicing [J]. Advanced Robotics, 2004, 18(2): 139-174.
[6]
[7]
[8]	Liang Bin, Xu Wenfu, Li Cheng, et al. The status and prospect of orbital servicing in the geostationary orbit [J]. Journal of Astronautics, 2010, 31(1): 1-13. (in Chinese) 梁斌, 徐文福, 李成, 等. 地球静止轨道在轨服务技术研究现状与发展趋势[J]. 宇航学报, 2010, 31(1): 1-13.
[9]
[10]	Liang Bin, Li Cheng, Xue Lijun, et al. A Chinese small intelligent space robotic system for on-orbit servicing [C]// Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, Beijing, China, 2006: 4603-4607.
[11]
[12]	Wang Baofeng, Li Guangyun, Chen Jihua, et al. Two methods of coded targets used in rendezvous and docking[J]. Journal of Astronautics, 2008, 29 (1): 162-166. (in Chinese) 王保丰, 李广云, 陈继华, 等. 航天器交会对接中测量靶标的两种设计方法[J]. 宇航学报, 2008, 29(1): 162-166.
[13]	Zhang Qingjun, Hu Xiulin, Ye Bin, et al. A binocular vision-based relative position and attitude determination between spacecrafts[J]. Journal of Astronautics, 2008, 29 (1): 156-161. (in Chinese) 张庆君, 胡修林, 叶斌, 等. 基于双目视觉的航天器间相对位置和姿态的测量方法[J]. 宇航学报, 2008, 29(1): 156-161.
[14]
[15]	Li Zhe, Su Xiuqin, Hao Wei. Pose estimation algorithm with line matching by utilizing quaternion[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(8): 2236-2240. (in Chinese) 李哲, 苏秀琴, 郝伟. 直线匹配的四元数位姿估计算法[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(8): 2236-2240.
[16]
[17]	Inaba N, Oda M, Asano M. Rescuing a stranded satellite in space-experimental robotic capture of non-cooperative satellites [J]. Transactions of the Japan Society for Aero-nautical and Space Sciences, 2006, 48(162): 213-220.
[18]
[19]
[20]	Xu Wenfu, Liang Bin, Li Cheng, et al. Autonomous rendezvous and robotic capturing of non-cooperative target in space[J]. Acta Astronautica, 2010, 28(5): 705-718.
[21]
[22]	Gao Xuehai, Xu Kejun, Zhang Han, et al. Position-pose measurement algorithm based on single camera and laser range-finder [J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2007, 28(8): 1479-1485. (in Chinese) 高学海, 徐科军, 张瀚, 等. 基于单目视觉和激光测距仪的位姿测量算法[J]. 仪器仪表学报, 2007, 28(8): 1479-1485.
[23]
[24]
[25]	Von Gioi R G, Jakubowicz J, Morel J M, et al. LSD: A fast line segment detector with a false detection control[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2010, 32(4): 722-732.
[26]	Akinlar C, Topal C. EDLines: a real-time line segment detector with a false detection control[J]. Pattern Recognition Letters, 2011, 32(13): 1633-1642.

[1]	王志武, 张子淼, 许凯, 张福民, 刘斌. 基于最佳偏振角的线性位姿测量方法研究 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210241-1-20210241-10. doi: 10.3788/IRLA20210241
[2]	李荣华, 张建禹, 郑宇锋, 邓源. 空间非合作目标半物理仿真地面验证系统 . 红外与激光工程, 2022, 51(10): 20211115-1-20211115-12. doi: 10.3788/IRLA20211115
[3]	陈宏宇, 罗海波, 惠斌, 常铮. 采用多特征融合的子块自动提取方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(8): 20200407-1-20200407-9. doi: 10.3788/IRLA20200407
[4]	卢祺, 林婷婷, 李程鹏, 李荣华, 葛研军. 空间非合作目标点云聚类配准方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(9): 20200431-1-20200431-10. doi: 10.3788/IRLA20200431
[5]	田光宝, 王见, 王博文. 单目相机非合作目标提取及位姿检测 . 红外与激光工程, 2021, 50(12): 20210166-1-20210166-9. doi: 10.3788/IRLA20210166
[6]	李云辉, 霍炬, 杨明. 基于图模型的小尺寸飞行器地面试验中位姿估计方法 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0413003-0413003-8. doi: 10.3788/IRLA202049.0413003
[7]	刘岩, 雷柏平, 范斌, 边疆. 基于视觉测量的目标定位技术及结构参数优化 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200191-20200191. doi: 10.3788/IRLA20200191
[8]	张慧娟, 熊芝, 劳达宝, 周维虎. 基于EPNP算法的单目视觉测量系统研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 517005-0517005(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0517005
[9]	王中宇, 李亚茹, 郝仁杰, 程银宝, 江文松. 基于点特征的单目视觉位姿测量算法 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 517002-0517002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0517002
[10]	宁明峰, 张世杰, 王诗强. 基于凸包的非合作目标视觉导航系统特征点选择方法 . 红外与激光工程, 2019, 48(3): 317004-0317004(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0317004
[11]	罗海波, 许凌云, 惠斌, 常铮. 基于深度学习的目标跟踪方法研究现状与展望 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 502002-0502002(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0502002
[12]	刘宇航, 顾营迎, 李昂, 李大为, 徐振邦, 刘宏伟, 吴清文. 气浮实验台位姿视觉测量方法 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1017005-1017005(8). doi: 10.3788/IRLA201773.1017005
[13]	王天宇, 董文博, 王震宇. 基于单目视觉和固定靶标的位姿测量系统 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 427003-0427003(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0427003
[14]	王鹏, 周权通, 孙长库. 多特征点拓扑确定位姿测量算法研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 517001-0517001(9). doi: 10.3788/IRLA201746.0517001
[15]	刘军, 王鹤, 王秋玲, 刘小阳. 无人机遥感技术在露天矿边坡测绘中的应用 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 111-114. doi: 10.3788/IRLA201645.S114001
[16]	陈凤, 朱洁, 顾冬晴, 王盈, 刘玉. 基于激光成像雷达的空间非合作目标相对导航技术 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1030005-1030005(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1030005
[17]	李飞, 张鸿翼, 徐卫明, 舒嵘. 天基合成孔径激光雷达非合作目标成像系统设计与实验 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1030001-1030001(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1030001
[18]	郑学汉, 魏振忠, 张广军. 运动目标视觉跟踪测量系统与场地坐标系的快速统一方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(7): 2175-2181.
[19]	曾占魁, 谷蔷薇, 曹喜滨. 基于正交Procrustes分析的航天器单目视觉相对位姿确定方法 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 113-118.
[20]	陈卫宁, 杨洪涛, 范哲源, 曹剑中, 刘广森, 张建, 武登山, 张志. 应用于校正扩展视场偏差的红外成像测量方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(3): 584-589.

点击查看大图

计量

文章访问数: 318
HTML全文浏览量: 39
PDF下载量: 156
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

多像机非共视场的非合作飞行器位姿测量方法

Pose measurement method for non-cooperative space vehicle using multiple non-overlapping cameras

计量

多像机非共视场的非合作飞行器位姿测量方法

1. 中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016;

2. 中国科学院大学,北京100049;

3. 中国科学院光电信息处理重点实验室,辽宁沈阳110016;

4. 辽宁省图像理解与视觉计算重点实验室,辽宁沈阳110016

English Abstract

Pose measurement method for non-cooperative space vehicle using multiple non-overlapping cameras

全文HTML

目录

留言板

多像机非共视场的非合作飞行器位姿测量方法

Pose measurement method for non-cooperative space vehicle using multiple non-overlapping cameras

计量

出版历程

多像机非共视场的非合作飞行器位姿测量方法

1. 中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016; 2. 中国科学院大学,北京100049; 3. 中国科学院光电信息处理重点实验室,辽宁沈阳110016; 4. 辽宁省图像理解与视觉计算重点实验室,辽宁沈阳110016

English Abstract

Pose measurement method for non-cooperative space vehicle using multiple non-overlapping cameras

全文HTML

目录

1. 中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁沈阳110016;

2. 中国科学院大学,北京100049;

3. 中国科学院光电信息处理重点实验室,辽宁沈阳110016;

4. 辽宁省图像理解与视觉计算重点实验室,辽宁沈阳110016