CN111829452B - 拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种基于拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法，该方法包括：对相机组中的相机和空间目标探测系统中的相机进行标定；利用空间目标探测系统进行视场扫描与激光测距，并基于视场扫描结果确定空间目标的方位和距离；根据空间目标的方位和距离确定拖曳式立体测量单元的释放角度，并按照释放角度进行释放；根据拖曳式立体测量单元中的相机组获取的图像数据计算得到空间目标的位姿参数和结构参数的初值；根据空间目标的位姿参数和结构参数的初值利用光束法平差求解得到空间目标的立体信息精确值。本发明进行多角度成像对空间目标进行全形貌三维重建，精确度高；通过拖曳结构可以避免与空间目标发生误撞，提高测量的安全性。

Description

拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法

技术领域

本发明涉及空间目标探测技术领域，尤其涉及一种基于拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法。

背景技术

空间目标的三维形貌结构，特别是目标上相应载荷的形貌结构，可以有效地反应该空间目标的性能特点以及工作状态。例如，由太阳帆板的尺寸可以反演得到功率，由天线结构的尺寸可以反演得到雷达性能，由助推器的形状和大小可以反演得到机动性能，由相机结构的尺寸可以反演得到成像性能，由温度和电磁特性可以反演得到工作状态等。

现有的天基空间目标立体测量方法基于摄像测量的基本原理，至少需要从两个不同的角度对目标成像，采用立体视觉三维重建的方法获得空间目标的立体形貌信息。目前，主要包括基于多角度观测的方法和基于探测头释放的方法。基于多角度观测方法又可分为单一平台多相机观测和单一平台单相机观测两类，其中单一平台多相机观测方法利用测量平台上多个相机同时观测空间目标，获得多角度观测图像，但由于航天器尺寸有限，测量平台相对于目标的距离较远，在航天器上安装的多个相机对空间目标成像时角度变化其实很小(测量基线太小)，难以实现对目标的立体测量；单一平台单相机观测方法通过平台与待测目标之间的相对运动获得不同角度的图像，但由于是不同时刻的观测图像，观测过程中空间目标姿态、位置的变化会严重影响测量结果。基于探测头释放的方法是将用于成像的探测头释放出去，使探测头靠近待测空间目标，对待测的空间目标进行成像并将图像通过无线信号回传，从而实现对空间目标的立体测量，但面临对探测头的精确控制、释放回收等难题，且存在与空间目标或其他空间物体发生碰撞的危险。

上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述问题，本发明提供一种基于拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法，解决现有技术中针对空间目标进行立体测量时精度低、高安全性差的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明一实施例提供一种拖曳式立体测量单元，包括：

相机组，包括至少两个相机，用于从至少两个不同的角度采集空间目标的图像；

连接杆，用于支撑和连接相机组中的至少两个相机，使至少两个相机之间保持预设距离；

拖拽结构，用于将连接杆与测量平台连接，并将采集的图像传输到测量平台。

在本发明的一个实施例中，所述连接杆为收缩或折叠形式，具有收起状态和打开状态；在打开状态下，所述连接杆上的至少两个相机从不同角度朝向空间目标。

在本发明的一个实施例中，所述拖拽结构采用可控柔性结构或可展开刚性结构。

本发明另一实施例还提供一种拖曳式立体测量系统，包括：

以上所述的拖曳式立体测量单元；以及

测量平台，与拖曳式立体测量单元的拖曳结构连接，用于根据回传的图像进行计算，得到空间目标的立体信息精确值。

本发明再一实施例还提供一种基于以上所述的拖曳式立体测量单元的空间目标测量方法，包括：

S1、对相机组中的相机和空间目标探测系统中的相机进行标定；

S2、利用空间目标探测系统进行视场扫描与激光测距，确定空间目标的方位和距离；

S3、根据空间目标的方位和距离确定拖曳式立体测量单元的释放角度，并按照释放角度进行释放；

S4、根据拖曳式立体测量单元中的相机组获取的图像数据计算得到空间目标的位姿参数和结构参数的初值；

S5、根据空间目标的位姿参数和结构参数的初值利用光束法平差求解得到空间目标的立体信息精确值。

在本发明的一个实施例中，当所述相机中包括两个相机时，两个相机中一个为主相机，另一个为副相机，所述步骤S1包括：

在地面对相机组中的两个相机进行标定时，以主相机坐标系为相机组坐标系；

在相机坐标系下对两个相机的相机内参数、相机组相对于基准系的外参数和副相机相对于主相机的外参数进行标定。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2包括：

S21、利用空间目标探测系统中的相机进行视场扫描，得到视场扫描结果；

S22、根据实时检测的视场扫描结果判断本次扫描是否发现目标，如果未发现目标则继续进行扫描，如果发现目标则继续步骤S23；

S23、根据视场扫描结果中目标位置确定角度偏差；

S24、根据角度偏差结合相机固有参数调整空间目标探测系统中相机角度进行成像，使目标位于相机的图像中心，继续锁定空间目标进行图像采集；

S25、利用激光测距装置对空间目标相对距离进行测量；

S26、根据空间目标探测系统中相机和激光测距装置的测量结果计算空间目标的方位和距离。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S3包括：

S31、根据连续测量的空间目标的方位和距离计算空间目标的预估运动轨迹；

S32、根据空间目标的预估运动轨迹和测量平台自身的运动轨道确定拖曳式立体测量单元的释放角度，使得拖曳式立体测量单元释放后贴近空间目标飞行；

S33、按照释放角度对拖曳式立体测量单元进行释放，拖曳式立体测量单元的连接杆由收起状态开始打开，使得连接杆上的至少两个相机从不同角度对空间目标进行成像。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S4包括：

S41、根据相机组获取的图像数据计算得到空间目标相对于相机组的位姿参数；

S42、根据步骤S1中地面标定的相机组相对于测量平台的位姿参数与步骤S41中空间目标相对于相机组的位姿参数，通过双目交会测量空间目标各特征点在相机组坐标系中的坐标，求解空间目标的位姿参数和结构参数的初值，其中所述结构参数为空间目标上各特征点在目标体坐标系中的坐标；

步骤S42包括：

步骤S1中地面标定的相机组相对于测量平台的位姿参数包括：主相机的外参数和副相机相对于主相机的外参数均包括平移向量、姿态角和旋转矩阵；

空间目标各特征点为P_i(i＝0,1,…,n-1)，各特征点P_i在相机组坐标系中的坐标为P_C,i(X_C,i,Y_C,i,Z_C,i)，i＝0,1,…,n-1，各特征点P_i在目标体坐标系中的坐标为P_G,i(X_G,i,Y_G,i,Z_G,i)，P_C,i(X_C,i,Y_C,i,Z_C,i)与P_G,i(X_G,i,Y_G,i,Z_G,i)之间的坐标变换关系由目标相对于相机的平移向量T_GC和旋转矩阵R_GC表示为：

其中平移向量

为旋转矩阵简化后结果；

根据互为逆变换的旋转矩阵和平移向量间的关系式，将各特征点在相机组坐标系下的坐标P_C变换到目标体系下的坐标P_G的旋转矩阵和平移向量为：

各特征点在相机组坐标系下的坐标P_C变换到目标体系下坐标P_G为：

P_G＝R_CGP_C+T_CG。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S32还包括：

根据空间目标的预估运动轨迹和测量平台自身的运动轨道确定拖曳式立体测量单元的释放时机。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S33还包括：

连接杆打开时结合释放角度、释放时机以及拖曳式立体测量单元到空间目标的距离确定连接杆的打开角度，使得成像期间相机组中的相机始终正对空间目标。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的基于拖曳式立体测量单元、系统和空间目标测量方法，针对空间目标提供一种拖曳式的立体测量单元，通过设置相机组对空间目标进行多角度成像以此对空间目标进行全形貌三维重建，精确度高；通过拖曳结构连接测量平台和用于支撑相机组的连接杆，相比传统方式提高对立体测量单元的可控性，避免与空间目标发生误撞，提高测量的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种拖曳式立体测量单元的组成示意图；

图2为本发明实施例二中提供的空间目标测量系统的示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种空间目标测量方法的流程图；

图4为本发明实施例三图3中步骤S2的流程图；

图5为本发明实施例三图3中步骤S3的流程图；

图6为本发明实施例三图3中步骤S4的流程图；

图7为本发明实施例三中从3个不共线特征点定义参考坐标系的示意图；

图8为本发明实施例三中基于拖曳式测量单元的空间目标进行立体测量的工作流程图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了满足对空间目标进行立体测量的角度变化要求，并更为简单高效的测量空间特定目标三维的形貌结构，与基于多角度观测的方法和基于探测头释放的方法不同，本发明的实施例中提供用于对空间目标进行测量的拖曳式立体测量单元和基于该测量单元的目标测量方法，可以有效实现空间目标及载荷的形貌结构测量。

图1为本发明实施例一提供的一种拖曳式立体测量单元的组成示意图，如图1所示，该测量单元100包括：相机组110、连接杆120和拖曳机构130。

其中相机组110中包括至少两个相机，用于从至少两个不同的角度采集空间目标的图像；连接杆120用于支撑和连接相机组110中的至少两个相机，使至少两个相机之间保持预设距离；拖拽结构130用于将连接杆120与测量平台连接，并将采集的图像传输到测量平台。

在本发明的一个实施例中，相机组110可以包括两个相机，两个相机中一个为主相机，另一个为副相机，即相机组为一套完整的双目立体测量单元，用于从空间目标的不同角度进行成像，以便更好的实现空间目标的三维形貌构建。双目立体测量单元中还配备有定位模块、有线传输模块，可以将两个相机对同一目标拍摄到的高清图像回传至测量平台。

在本发明的一个实施例中，连接杆为收缩或折叠形式，具有收起状态和打开状态；在打开状态下，所述连接杆上的至少两个相机从不同角度朝向空间目标。本实施例中的相机组的工作原理与双目立体测量系统相同，但在空间使用时，为了保证其具有更远的测量距离，需要有足够的测量基线，即连接两个相机的连杆要足够长，因此连接杆采用收缩(或折叠)展开方式。

在本发明的一个实施例中，为了提高立体测量单元的可控性，本实施例中的拖拽结构采用可控柔性结构或可展开刚性结构，例如可以为拖曳式绳索，使得探测装置既具有刚性又可灵活控制长度，还能避免柔性结构伸出后运动不受控的问题，防止与目标误撞。

另外，本实施例中的拖曳式立体测量单元可以在地面完成标定，在空间直接使用，其标定的具体内容在后文详述。

基于上述，上述拖曳式立体测量单元与测量平台构成一个空间目标测量系统，图2为本发明实施例二中提供的空间目标测量系统的示意图，如图2所示，该系统包括：立体测量单元和测量平台，通过立体测量单元的相机对目标进行成像，并将数据回传到测量平台，以便根据回传的图像进行测量计算，得到空间目标的三维形貌结构。其中回传数据的方式包括有线方式和无线方式，可以根据需要选择其中一种或两种。

在图1和图2所示本发明实施例所提供的技术方案中，针对空间目标提供一种拖曳式的立体测量单元，通过设置相机组对空间目标进行多角度成像以此对空间目标进行全形貌三维重建，精确度高；通过拖曳结构连接测量平台和用于支撑相机组的连接杆，相比传统方式提高对立体测量单元的可控性，避免与空间目标发生误撞，提高测量的安全性。

图3为本发明实施例三提供的一种空间目标测量方法的流程图，如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1、对相机组中的相机和空间目标探测系统中的相机进行标定；

步骤S2、利用空间目标探测系统进行视场扫描与激光测距，确定空间目标的方位和距离；

步骤S3、根据空间目标的方位和距离确定拖曳式立体测量单元的释放角度，并按照释放角度进行释放；

步骤S4、根据拖曳式立体测量单元中的相机组获取的图像数据计算得到空间目标的位姿参数和结构参数的初值；

步骤S5、根据空间目标的位姿参数和结构参数的初值利用光束法平差求解得到空间目标的立体信息精确值。

以下对图3所示实施例的各个步骤的具体实现进行详细阐述：

在步骤S1中，对相机组中的相机和空间目标探测系统中的相机进行标定。

在本发明的一个实施例中，当所述相机中包括两个相机时，两个相机中一个为主相机C，另一个为副相机C'，以两台相机测量空间非合作目标(非合作目标就是所具有的点、线等特征之间的相互关系未知或不完全一直的目标，简称空间目标，所包含的点、线特征中存在非控制点、非控制线)的位姿为例。

所述步骤S1包括：首先，在地面对相机组中的两个相机进行标定时，以主相机坐标系C-XCYCZC为相机组坐标系；其次，在相机坐标系下对两个相机的相机内参数、相机组相对于基准系的外参数和副相机相对于主相机的外参数进行标定。该步骤中在地面就对测量单元和探测系统中的相机进行标定，之后在空间中直接使用即可。

在步骤S2中，利用空间目标探测系统进行视场扫描与激光测距，确定空间目标的方位和距离。

图4为本发明实施例三图3中步骤S2的流程图，如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤S21、利用空间目标探测系统中的相机进行视场扫描，得到视场扫描结果；

步骤S22、根据实时检测的视场扫描结果判断本次扫描是否发现目标，如果未发现目标则继续进行扫描，如果发现目标则继续步骤S23；

步骤S23、根据视场扫描结果中目标位置确定角度偏差；

步骤S24、根据角度偏差结合相机固有参数调整空间目标探测系统中相机角度进行成像，使目标位于相机的图像中心，继续锁定空间目标进行图像采集；

步骤S25、利用激光测距装置对空间目标进行相对距离测量；

步骤S26、根据空间目标探测系统中相机和激光测距装置的测量结果计算空间目标的方位和距离。

基于图4所示步骤，空间目标探测系统中包括相机和激光测距装置，利用空间目标探测系统的相机获取角度，同时利用空间目标探测系统中的激光测距装置获取距离，以此确定空间目标的方位和角度。

在步骤S3中，根据空间目标的方位和距离确定拖曳式立体测量单元的释放角度，并按照释放角度进行释放。

图5为本发明实施例三图3中步骤S3的流程图，如图5所示，具体包括以下步骤：

步骤S31、根据连续测量的空间目标的方位和距离计算空间目标的预估运动轨迹。该步骤中需要连续测量至少三个点的数据，才能预估空间目标的运动轨迹。

步骤S32、根据空间目标的预估运动轨迹和测量平台自身的运动轨道确定拖曳式立体测量单元的释放角度，使得拖曳式立体测量单元释放后贴近空间目标飞行。该步骤中除了确定释放角度之外，还根据空间目标的预估运动轨迹和测量平台自身的运动轨道确定拖曳式立体测量单元的释放时机。

步骤S33、按照释放角度对拖曳式立体测量单元进行释放，拖曳式立体测量单元的连接杆由收起状态开始打开，使得连接杆上的至少两个相机从不同角度对空间目标进行成像。该步骤中连接杆打开时结合释放角度、释放时机以及拖曳式立体测量单元到空间目标的距离确定连接杆的打开角度，使得成像期间相机组中的相机始终正对空间目标。

基于步骤S3根据平台自身的运行轨道，计算出双目立体测量单元释放的角度，使得测量单元在释放后可以按照预定要求贴近待测目标飞行，并使测量单元的两个相机能够正对目标成像，在测量单元贴近目标时，由测量平台控制测量单元的两个相机对目标同步成像，并将所成图像由拖曳绳索回传至测量平台。

在步骤S4中，根据拖曳式立体测量单元中的相机组获取的图像数据计算得到空间目标的位姿参数和结构参数的初值。

图6为本发明实施例三图3中步骤S4的流程图，如图6所示，具体包括以下步骤：

步骤S41、根据相机组获取的图像数据计算得到空间目标相对于相机组的位姿参数；

步骤S42、根据步骤S1中地面标定的相机组相对于测量平台的位姿参数与步骤S41中空间目标相对于相机组的位姿参数，通过双目交会测量空间目标各特征点在相机组坐标系中的坐标，求解空间目标的位姿参数和结构参数的初值。

其中这里的结构参数为空间目标上各特征点在目标体坐标系中的坐标，本发明实施例中不仅得到空间目标的位姿参数，还得到空间目标各特征点的坐标，用以确定空间目标的结构，能够对空间目标进行更加精确的测量。

步骤S42中相机的内参数以及副相机相对于主相机的外参数己在实施测量前进行标定，需要求解初值的参数包括空间目标相对于相机的位姿参数和空间目标各特征点在目标体系中的坐标。步骤S42具体包括：

首先，步骤S1中地面标定的相机组相对于测量平台的位姿参数包括：主相机的外参数和副相机相对于主相机的外参数均包括平移向量、姿态角和旋转矩阵。主相机坐标系就是相机组坐标系，所以在相机组坐标系中,主相机外参数的平移向量T＝(0,0,0),姿态角A＝(0,0,0),旋转矩阵R'为单位阵。副相机的外参就是副相机相对于主相机的位姿参数，为平移向量(T'_X，T'_Y，T'_Z)，姿态角(A'_X，A'_Y，A'_Z)和旋转矩阵R'。设非合作目标的各特征点为Pi(i＝0,1,…,n-1)。为了求解目标位姿和各特征点在目标体系中的坐标的初值，需要首先通过双目交会测量各特征点在相机组坐标系中的坐标，再进而根据目标体坐标系的定义通过坐标变换得到目标位姿和特征点在目标体系中坐标的初值。

其中双目交会测量目标点位置的原理是：根据中心透视投影成像关系，目标点处于其理想像点和光心所确定的光线上。当有两台以上相机对目标点进行图像采集时，各个像点与相应相机光心所确定的多条光线的交点就是目标点。分别根据目标点在各相机中的成像列出成像共线方程得到关于目标点的位置坐标的线性方程组并求解，得到目标点的空间位置。

其次，空间目标各特征点为P_i(i＝0,1,…,n-1)，通过交会计算得到各特征点P_i在相机组坐标系中的坐标为P_C,i(X_C,i,Y_C,i,Z_C,i)，i＝0,1,…,n-1，各特征点P_i在目标体坐标系中的坐标为P_G,i(X_G,i,Y_G,i,Z_G,i)。

图7为本发明实施例三中从3个不共线特征点定义参考坐标系的示意图，其中非合作目标体坐标系按图7中的方式，从3个不共线特征点P_i0、P_i1、P_i2来定义。即以P_i0为目标体坐标系原点G；P_i0、P_i1确定直线为G-X_G轴，P_i1处于G-X_G的正半轴；P_i0、P_i1、P_i2确定的平面为G-X_GY_G平面，P_i2处于G-Y_G轴正向一侧；依据右手定则确定G-Z_G轴。根据这样的定义，P_i0、P_i1、P_i2在目标体系中的坐标为P_G,i0(0,0,0)，P_G,i1(X_G,i1,0,0)和P_G,i2(X_G,i2,Y_G,i2,0)。由于P_i0、P_i1、P_i2在相机组坐标系中的坐标已交会测得，这3个特征点间的位置关系是清楚的，因而可以计算X_G,i1、X_G,i2、Y_G,i2：

其中，X_T、Y_T、Z_T为

if|X_C,i1-X_C,i0|≥|Y_C,i1-Y_C,i0|&|X_C,i1-X_C,i0|≥|Z_C,i1-Z_C,i0|:

if|Y_C,i1-Y_C,i0|≥|X_C,i1-X_C,i0|&|Y_C,i1-Y_C,i0|≥|Z_C,i1-Z_C,i0|:

else:

其中比例因子

特征点P_i(i＝0,1,…,n-1)在相机组坐标系中的坐标P_C,i(X_C,i,Y_C,i,Z_C,i)与其在目标体坐标系中的坐标P_G,i(X_G,i,Y_G,i,Z_G,i)之间的坐标变换关系由目标相对于相机的平移向量T_GC和旋转矩阵R_GC表示为：

对于P_i0、P_i1、P_i2，Z_Gi0＝Z_Gi1＝Z_Gi2＝0，因而对于这3点，上式可简化为：

其中平移向量

为旋转矩阵简化后结果；

即上式可化为关于R_GC前两列元素和T_GC的3个元素的线性方程组，求解该线性方程组，从旋转矩阵的前两列元素分解出3个姿态角，再根据旋转矩阵的表达式计算旋转矩阵的全部9个元素。

根据互为逆变换的旋转矩阵和平移向量间的关系式，将各特征点在相机组坐标系下的坐标P_C变换到目标体系下的坐标P_G的旋转矩阵和平移向量为：

各特征点在相机组坐标系下的坐标P_C变换到目标体系下坐标P_G为：

P_G＝R_CGP_C+T_CG

至此，步骤S4结束得到非合作目标的位姿参数和结构参数(特征点的目标体系坐标)的初值。

在步骤S5中，根据空间目标的位姿参数和结构参数的初值利用光束法平差求解得到空间目标的立体信息精确值。

本实施例中得到立体测量单元的图像后，通过立体测量技术解算空间非合作目标位姿时首先线性求解目标位姿初值，再通过光束法平差求解目标位姿精确值。光束法平差是一种全局优化算法，基本思路是列出每个图像点的共线方程作为观测方程，根据先验条件列出约束关系作为条件方程，将图像点对应的空间点和相机参数作为出纸，在初值处通过一维泰勒展开线性化观测方程和条件方程，得到以变量改正数为未知数的误差方程，将所有误差方程叠加建立法方程组进行迭代运算，知道改正数趋于0得到优化结果。通过这种算法对相机参数进行优化，从而进行三维重建，能够获得较高的精度。

图8为本发明实施例三中基于拖曳式测量单元的空间目标进行立体测量的工作流程图，本发明基于立体测量进行空间目标探测就是用单目或多目相机采集空间目标的图像，解算空间目标相对于测量相机组载体即卫星平台的位姿参数。

如图8所示，具体为：

1)标定相机内外参数；

2)空间目标探测系统进行视场扫描；

3)实时检测扫描图像中的空间目标；

4)判断是否发现目标，如发现则转至步骤5)，如未发现则转至步骤2)；

5)根据图像位置确定角度偏差；

6)使目标位于相机图像中心；

7)调整相机指向持续锁定目标，同时进行激光测距；

8)计算目标的方位和距离；

9)释放拖曳式立体测量单元；

10)控制测量单元成像并接收数据；

11)根据回传数据计算目标立体信息。

基于以上步骤，在测量过程中，首先从空间目标图像解算得到目标体相对于相机或相机组的位姿，再根据在地面标定的相机或相机组相对于卫星平台的位姿，来计算得到任务目标相对于基准坐标系的位姿参数，实现对该空间目标的立体测量。

综上所述，本发明实施例提供的基于拖曳式立体测量单元的空间目标三维形貌结构测量方法，可以有效实现空间目标及载荷的形貌结构测量。同时，本发明提出的方法具有以下优点：(1)由于是通过拖曳机构连接相机组和测量平台，可以在使用后将其拉回，这样方便回收、不费燃料、成本低、距离可控，测量过程安全性高；(2)便于隐蔽开展成像；(3)通过较大的测量基线获取多角度图像，可快速完成非合作目标的多角度全形貌三维重建。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、触控终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种拖曳式立体测量单元的空间目标测量方法，其特征在于，

所述拖曳式立体测量单元包括：

相机组，包括至少两个相机，用于从至少两个不同的角度采集空间目标的图像；

连接杆，用于支撑和连接相机组中的至少两个相机，使至少两个相机之间保持预设距离；

拖拽结构，用于将连接杆与测量平台连接，并将采集的图像传输到测量平台；

所述拖曳式立体测量单元的空间目标测量方法包括：

S1、对相机组中的相机和空间目标探测系统中的相机进行标定；

S2、利用空间目标探测系统进行视场扫描与激光测距，确定空间目标的方位和距离；

S3、根据空间目标的方位和距离确定拖曳式立体测量单元的释放角度，并按照释放角度进行释放；

S4、根据拖曳式立体测量单元中的相机组获取的图像数据计算得到空间目标的位姿参数和结构参数的初值；

S5、根据空间目标的位姿参数和结构参数的初值利用光束法平差求解得到空间目标的立体信息精确值。

2.如权利要求1所述的空间目标测量方法，其特征在于，当所述相机组中包括两个相机时，两个相机中一个为主相机，另一个为副相机，所述步骤S1包括：

在地面对相机组中的两个相机进行标定时，以主相机坐标系为相机组坐标系；

在相机坐标系下对两个相机的相机内参数、相机组相对于基准系的外参数和副相机相对于主相机的外参数进行标定。

3.如权利要求1所述的空间目标测量方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、利用空间目标探测系统中的相机进行视场扫描，得到视场扫描结果；

S22、根据实时检测的视场扫描结果判断本次扫描是否发现目标，如果未发现目标则继续进行扫描，如果发现目标则继续步骤S23；

S23、根据视场扫描结果中目标位置确定角度偏差；

S24、根据角度偏差结合相机固有参数调整空间目标探测系统中相机角度进行成像，使目标位于相机的图像中心，继续锁定空间目标进行图像采集；

S25、利用激光测距装置对空间目标进行相对距离测量；

S26、根据空间目标探测系统中相机和激光测距装置的测量结果计算空间目标的方位和距离。

4.如权利要求1所述的空间目标测量方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31、根据连续测量的空间目标的方位和距离计算空间目标的预估运动轨迹；

S32、根据空间目标的预估运动轨迹和测量平台自身的运动轨道确定拖曳式立体测量单元的释放角度，使得拖曳式立体测量单元释放后贴近空间目标飞行；

S33、按照释放角度对拖曳式立体测量单元进行释放，拖曳式立体测量单元的连接杆由收起状态开始打开，使得连接杆上的至少两个相机从不同角度正对空间目标进行成像。

5.如权利要求1所述的空间目标测量方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41、根据相机组获取的图像数据计算得到空间目标相对于相机组的位姿参数；

S42、根据步骤S1中地面标定的相机组相对于测量平台的位姿参数与步骤S41中空间目标相对于相机组的位姿参数，通过双目交会测量空间目标各特征点在相机组坐标系中的坐标，求解空间目标的位姿参数和结构参数的初值，其中所述结构参数为空间目标上各特征点在目标体坐标系中的坐标；

步骤S42包括：

步骤S1中地面标定的相机组相对于测量平台的位姿参数包括：主相机的外参数和副相机相对于主相机的外参数均包括平移向量、姿态角和旋转矩阵；

空间目标各特征点为P_i(i＝0,1,…,n-1)，各特征点P_i在相机组坐标系中的坐标为P_C,i(X_C,i,Y_C,i,Z_C,i)，i＝0,1,…,n-1，各特征点P_i在目标体坐标系中的坐标为P_G,i(X_G,i,Y_G,i,Z_G,i)，P_C,i(X_C,i,Y_C,i,Z_C,i)与P_G,i(X_G,i,Y_G,i,Z_G,i)之间的坐标变换关系由目标相对于相机的平移向量T_GC和旋转矩阵R_GC表示为：

其中平移向量

为旋转矩阵简化后结果；

根据互为逆变换的旋转矩阵和平移向量间的关系式，将各特征点在相机组坐标系下的坐标P_C变换到目标体系下的坐标P_G的旋转矩阵和平移向量为：

各特征点在相机组坐标系下的坐标P_C变换到目标体系下坐标P_G为：

P_G＝R_CGP_C+T_CG。

6.如权利要求4所述的空间目标测量方法，其特征在于，所述步骤S32还包括：

根据空间目标的预估运动轨迹和测量平台自身的运动轨道确定拖曳式立体测量单元的释放时机。

7.如权利要求1所述的空间目标测量方法，其特征在于，所述连接杆为收缩或折叠形式，具有收起状态和打开状态；在打开状态下，所述连接杆上的至少两个相机从不同角度朝向空间目标。

8.如权利要求1所述的空间目标测量方法，其特征在于，所述拖拽结构采用可控柔性结构或可展开刚性结构。

Images