空间非编码标记特征点中心定位方法与比较.pdf

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1、V01．23No．1航天器工程第23卷第1期96SPACECRAFTENGINEERING2014年2月空间非编码标记特征点中心定位方法与比较谭启蒙胡成威高升(北京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要归纳总结了应用于可见光测量的空间标记非编码设计原则，例举了棋盘格型、栅格型、圆型等3种典型的非编码标记图案设计，分别阐述了各标记特征点中心定位方法和计算过程，开展了对比试验，结果表明：圆型非编码标记图案设计及其特征点中心定位精度明显高于其他两种图案，其图案设计简捷、特征点突出易于识别、在像平面中呈现各向同性、点中心

2、定位精度高、计算速度快、噪声抑制能力强。关键词空间标记；非编码图案；特征点中心定位中图分类号：V526文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2014．01．017CentroidingLocationofFeaturePointsforSpatialTargetTANQimengHUChengweiGAOSheng(BeijngInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Inthisarticl

3、e，aseriesofguidelinesofspatialtargetwithanon-codingpatternaregen—eralizedandsummarizedforestimatingpositionandorientationofcooperativeobject．Threetypi—calnon—codingpatternsi．e．checkerboardpattern，gridpatternandcyclepatternareintroducedaccordingtotheaboveguidelin

4、es．Consequently，differentcentroidinglocationandextractional—gorithmsof2Dfeaturepointswithineverypatternareformulatedindetail．Experimentalresultsshowthatthecyclepatternofspatialtargetanditscentroidinglocationalgorithmof2Dfeaturepointsismuchbetterthantheothersinsu

5、chaspectsassimplepattern，obviousfeatureforrecog—nizing，imagingisotropy，highaccuracyofcenterpositioning，shortcalculatingtimeandstrongabilitytorestrainnoise．Keywords：spatialtarget；non-codingpattern；centroidinglocationoffeaturepoint引言目前，面向空间应用的可见光视觉测量系统已成为许多深空探测器、货

6、运飞船和侦察卫星‘卜23等航天器的重要载荷之一，它主要由布置在目标体(或目标飞行器)上的空间视觉标记及装载在航天器上的空间相机和数字图像处理软件等3部分组成。其基本原理[33在于：采用单台或多台载荷相机实时观测、采集已知形状尺寸特征的空间标记图像，利用数字图像处理准确定位标记特征点中心坐标值，并构建视觉标记特征点及其在2D像面中所提取的点中心坐标值之间一一对应的函数映射关系，最终可解算视觉标记与空间相机之间的相对位姿关系。空间视觉标记以其自身的已知几何特征信息，为目标位姿解算提供了可靠的依据和基准。它主要收稿日期：20

7、13—10—15；修回日期：2013—11—07作者简介：谭启蒙，女，博士，研究方向为大尺寸3D视觉测量及数字图像处理。Email：tanqimeng，@foxmail．corn。第1期谭启蒙等：空间非编码标记特征点中心定位方法与比较有两个关键环节：标记图案设计与特征点中心定位。标记图案设计主要包括非编码图案和编码图案两种[4]：前者采用组合同类规则几何形状的图案设计；后者则依据不同的编码策略，生成多种具有旋转、缩放唯一性的复杂图案。相比于编码图案，非编码图案具有设计简单、安装方便、环境适应性强、特征点中心易于提取等显

8、著优势。目前，“国际空间站”主要采用了非编码图案设计，空间站表面粘贴了若干圆型点状标记簇¨]，各圆型标记点直径约1m，粘贴或安装厚度约1mm，圆直径在图像中占据10～15个像素，且上述标记点均采用一种包含双层结构的特殊材料：上层白色实心圆采用了二氧化硅，下层黑色圆环采用了镍铝合金，以显著增强标记的黑白对比度。此外，应用于航天飞机的