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(dǎo)航、跟蹤等許多領(lǐng)域研究的一個(gè)重要課題，要求位姿測量系統(tǒng)具有精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、安裝方便等特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)視覺位姿測量系統(tǒng)以其眾多優(yōu)點(diǎn)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(jī)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(jī)的位姿測量系統(tǒng)在測量精度及測量速度存在嚴(yán)重的矛盾，因此研究一種基于單攝像機(jī)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(jì)和軟件設(shè)計(jì)三個(gè)部分。通過理論研究確定了基于單攝像機(jī)成像理論、利用四個(gè)共面特征點(diǎn)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(diǎn)目標(biāo)圖像特征點(diǎn)中心精確定位方法；硬件上設(shè)計(jì)了特征點(diǎn)測量模板的機(jī)械結(jié)構(gòu)及紅外LED的優(yōu)化控制電路，為圖像特征點(diǎn)的精確定位算法及位姿測量算法的實(shí)現(xiàn)提供了前提保證；軟件設(shè)計(jì)部分主要針對圖像特征點(diǎn)的提取及匹配，構(gòu)建合理的計(jì)算機(jī)分析流程，同時(shí)，為了滿足測量系統(tǒng)

3、的實(shí)用性，設(shè)計(jì)了測量系統(tǒng)的用戶操作界面。
　　特征點(diǎn)相對距離精確校準(zhǔn)、攝像機(jī)內(nèi)參標(biāo)定實(shí)驗(yàn)是提高系統(tǒng)測量精度的前提；圖像特征點(diǎn)中心定位實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(diǎn)不共面性誤差快速修正的空間幾何約束方法；同時(shí)，用5自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)模擬了物體位姿變化，用其對測量系統(tǒng)進(jìn)行了整體調(diào)試，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了整個(gè)測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性及準(zhǔn)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(biāo)