基于点云的空间非合作目标双目视觉测量研究

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1、硕士学位论文基于点云的空间非合作目标双目视觉测量研究RESEARCHONBINOCULARVISIONMEASUREMENTFORNON-COOPERATIVETARGETBASEDONPOINTCLOUD程鹏哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP391.41学校代码：10213国际图书分类号：681.52密级：公开工程硕士学位论文基于点云的空间非合作目标双目视觉测量研究硕士研究生：程鹏导师：宋申民教授申请学位：工程硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制理论与制导技术研究中心答辩日期：

2、2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391.41U.D.C:681.52DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONBINOCULARVISIONMEASUREMENTFORNON-COOPERATIVETARGETBASEDONPOINTCLOUDCandidate：ChengPengSupervisor：Prof.SongShenminAcademicDegreeAppliedfor：Ma

3、sterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation:CenterforControlTheoryandGuidanceTechnologyDateofDefence:June,2016Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着人们对于空间探索和航天活动的日益增长，非合作目标的位姿测量作为空间非合作目标捕获

4、任务中的关键技术，备受各航天大国的重视，在该问题上展开了广泛的研究。本课题针对非合作目标捕获过程的逼近段的位姿测量进行深入研究，提出一种利用双目相机并基于点云数据的位姿测量方案。通过查阅非合作目标捕获以及非合作目标视觉测量技术的研究进展，并分析现存各方案或技术的思路与方法，可行性与局限性等优缺点。在此基础上深入理解了基于双目视觉的视觉测量相关理论，同时利用平面靶标法对实验所用双目相机进行了标定。采取基于双目立体匹配的点云获取方案，其中包括了特征点提取与基于特征的立体匹配算法。分析并对比了SIFT

5、、SURF、ORB三种特征提取算法的原理与性能，再结合BBF搜索与RANSAC算法得到优化后的匹配结果，根据测量原理计算特征点对应空间点的三维坐标，得到目标的点云数据。然后对比分析Crust三角化算法与基于Mesh-Growing的快速三角化算法，对得到的散乱点云进行三维重建。最后，通过对主成分分析法的研究设计了基于PCA的位姿测量方案，并利用VC2010与OpenCV和PCL库编写位姿测量仿真平台，对提出的方案进行实验分析，验证了方案的有效性。关键词：非合作；双目立体视觉；点云重构；位姿-I-

6、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWiththegrowingofpeople'sspaceexplorationandspaceactivities,PoseMeasurement,asacriticaltechnologyofcapturingmissiontospatialnon-cooperativetargets,hasbeenhighlythoughtofbythemainaerospacecountries.Andinthisarticle,withhavingcarr

7、iedoutextensiveresearchonthisissue,weproposedaposeestimationschemeusingabinocularcamerasystemandbasedonpointcloud.Bylookingatnon-cooperativetargetacquisitionandtheresearchprogressofnon-cooperativetargetvisualmeasuringtechnique,analyzetheexistingidea,

8、methodofeachscheme,technicalfeasibilityandlimitations,etc.Onthebasisofthat,Ihavetakenin-depthunderstandingofthemeasurementbasedonbinocularvisionvisualtheory.Atthesametime,usingtheplanartargetmethodtocalibratethebinocularcamerausedintheexperiment.Take