高精度双目立体视觉测量

　　目前，随着视觉相关技术的发展，硬件设备性能不断提高，双目视觉测量系统也面临着新的发展，尤其是在精度提高方面，项目围绕双目立体视觉系统结构、光学系统成像模型建立、摄像机标定技术和系统参数误差补偿等几部分展开研究，以期进一步提高系统的测量精度，使其满足目前应用技术发展的需求。

　　伴随着空间技术的发展及各类空间活动的进行，空间操作在空间计划和任务中已经成为保障空间安全的重要因素。 在不适宜人类生存的空间环境中，将一些空间任务交给航天机器人等服务性航天器是一种最优选择。为了能够执行空间操作任务，首先必须获取目标航天器与服务航天器的相对空间位姿和运动等信息。空间系统常用的测量手段包括微波雷达测量、卫星导航系统测量、激光雷达测量、视觉测量等。在各类航天活动中通常为了应对不同的环境要求、信息多样化需求等选择不同的测量方法，而且有时为了完成一种空间操作需要多种测量方法的协同合作，以保证测量结果的稳定性和安全性。每种测量方法都有其独特的实用性和应用价值，视觉测量技术以其精度高、隐蔽性强、成本低、设备简单、体积小、功耗需求小等突出优势，成高精度双目立体视觉测量系统关键技术研究为了近距离空间操作的首选测量手段。视觉测量技术不仅能够提供目标航天器的几何信息、色彩信息，而且采集得到的目标图像信息更符合人类信息获取需求。由此可见，研究视觉测量系统涉及的测量方法、相关技术和理论，对于推动空间操作技术的进步具有重要意义。按照视觉测量方法的不同，又可将待操作目标通常分为合作目标和非合作目标两种，合作目标指在目标上存在一些模式已知的信息可作为先验知识供视觉系统利用，如在目标航天器上安装有特定形状标志点的合作靶标，在航天器模式形状等信息已知的情况下，对合作靶标的信息采集较容易实现。非合作目标指目标航天器自身信息未知，不能够为执行航天器提供有力的信息支持，如报废航天器、空间碎片等。目前，各类航天活动频繁，实现在轨维修和故障飞行器等空间垃圾的清除则显得尤为重要，不仅能够提高航天发展的效率也能节省航天活动成本。航天技术研究仍面临许多亟待解决的问题该类问题的解决就涉及到非合作目标的高精度位姿测量等关键技术。

　　视觉测量系统的主要组成部分是相机，目标反射或是发射光束经过光学系统到达视觉传感器，电子学元件对收集到的信息完成实时高速的采集，对采集到的灰度图像或彩色图像图像数据进行预处理，一部分传输到显示设备，另一部分传输到图像处理系统完成对图像的有效处理，完成目标提取及位姿测量等任务。视觉测量方法复杂多样，分别对应着不同的视觉系统模型,其中主要的两种视觉系统为单目模型和双目(多目)模型。单目模型简单，因此基于单目的方法技术最多，这类方法只利用一台摄像机得到的图像序列，结合目标的先验知识进行位姿参数解算。由于单目测量方法的精度问题和三维测量麻烦，这些因素就限制了单目在测量领域的一些应用或是带来了一些难度，尤其是针对目标几何模式或几何约束特性完全未知的情况。针对非合作目标，基于双目(多目)的三维重建方法则显示出了其优越性。双目视觉测量系统又分为两种形式，一种是两台相机同时获取重叠视场范围内的目标的数字图像，另一种是移动单台相机在不同位置分时获取目标数字图像，通过投影变换等相关理论对图像进行处理，重建目标位置与姿态。双目视觉有很多优点，相对于单目测量系统，它是最简单的能实现三维重构的视觉模型。

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