基于視覺的位姿估計與點目標運動測量方法研究.pdf

1、位姿估計與對點目標的運動測量是視覺測量方法中的兩個基礎問題，分別在飛行器導航與著陸、空間目標交會對接、智能移動機器人導航定位、增強現(xiàn)實和無人機對地面目標定位、靶場中對空中導彈目標的定位等方面有著廣泛的應用。本文著重研究這兩個問題中的位姿和運動參數(shù)解算算法，進一步提高此類算法的速度、精度、魯棒性和適應性，主要成果如下：
　　1、進一步研究了單目位姿估計正交迭代算法，首次給出了其正確的收斂性證明過程，并分別在計算速度和目標函數(shù)上進行了

2、改進，提出了加速正交迭代算法和基于角度殘差最小的正交迭代算法。對于加速算法，其指出原算法的冗余計算，并將之整合，使得每一次迭代的復雜度從O(n)降低為O(1)，提高了計算速度。對于使用角度殘差作為目標函數(shù)，在迭代過程中使用加權絕對定向更新旋轉矩陣，其在參考點深度變化較大時精度更高。
　　2、研究了位姿估計的多項式方程組代數(shù)方法，提出了一種求解位姿的直接最小二乘框架，并將此框架應用到直線段對應的位姿估計、多攝像機系統(tǒng)位姿估計和手眼標

3、定問題上。該框架在目標函數(shù)為旋轉矩陣二次型的形式下均可使用。針對直線段對應的位姿估計，還提出了一種綜合考慮線段的端點距離、中點距離、夾角和線段的長度的線段距離測度。這些解法不但是閉式解法，復雜度為 O(n)，且能夠獲得全局最優(yōu)解。
　　3、研究了利用平面鏡反射解決參考點不在攝像機視場里的位姿估計問題，提出了基于平面鏡反射旋轉平均模型的位姿估計算法。核心思想是利用旋轉平均描述平面鏡反射，從而給出了攝像機姿態(tài)矩陣的高精度解法。據(jù)此，提

4、出了旋轉的旋轉平均，包括反射旋轉平均模型，之后不但給出了該模型在最小化弦距離2范數(shù)條件下的基于矩陣SVD分解和基于四元數(shù)的兩種解法，而且給出了解的唯一性充要條件，拓展了旋轉平均理論。
　　4、針對單目對點目標的運動測量，分析了單目靜止攝像機對運動目標的不可測條件下的部分可觀測性，并提出了基于LSSVM回歸的單目點目標運動測量算法。該算法利用核函數(shù)描述目標運動模型，引入懲罰因子考慮模型的誤差，相對于傳統(tǒng)的單目運動軌跡交會法，對不同的