CN107967700A - 大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法 - Google Patents

Abstract

大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，涉及光学成像敏感器在轨标定技术领域；其步骤包括：星上靶标地面定标、双目相机六自由度运动、双目相机采集星上靶标图像、在轨参数解算、精度评估；本发明通过合理规划测例使得大视场双目相机的全视场均能得到有效标定；方法通过整体最优估计，同时求解双目相机的内、外参数，以保证相机参数的估计值能够使单个相机的物像共线关系、双相机之间的空间约束关系同时达到最优；方法考虑了光学***的畸变修正，保证了相机的标定精度；方法利用双目相机测量的空间几何约束关系验证在轨校正精度，使得在轨精度验证不依赖于目标的绝对位置数据；标定参数可用于空间机械臂在轨标定。

Description

大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法

技术领域

本发明涉及一种双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，特别是大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法。

背景技术

现有技术主要是针对单个相机在轨几何校正提出的方法。方法一般采用严格解析法或利用二次曲线等约束关系求解相机参数。前者在共线方程的基础上通过直接线性变换求解相机的焦距和图像中心等内参数，由于不考虑相机光学***畸变误差，标定精度难以满足相机高精度测量的需要；另一方面，空间星上资源有限，相机和目标的安装位置相对固定，方法通常只能利用1张图像中少量的目标点标定相机参数，无法满足大视场、宽工作距相机全部视场和工作距离测量的需要。后一种方法不使用几何信息，利用二次曲线、二次曲面对相机内参数的约束关系线性求解相机参数，仅能够标定焦距、图像中心等内参数，无法提供相机的位置和姿态等外参数；由于约束关系不基于严格的物像对应关系，使得方法鲁棒性差。上述方法主要针对单个相机在轨参数标定需求，无法提供双目相机测量所需的左、右目相机之间的空间位置和姿态。精度验证方面，通常采用计算单个相机指向精度的方法，以及计算双目视觉***三维恢复精度的方法验证双目相机参数的标定精度。上述验证方法需要目标的绝对位置坐标作为先验信息，不适用于在轨精度评估。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，通过合理规划测例使得大视场双目相机的全视场均能得到有效标定；同时求解双目相机的内、外参数，以保证相机参数的估计值能够使单个相机的物像共线关系、双相机之间的空间约束关系同时达到最优；保证了相机的标定精度；

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，包括如下步骤：

步骤(一)、利用摄影测量相机对星上靶标上的N个反射目标进行空间位置测量，测量N个反射目标的几何中心在星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C下的位置，设第i个反射目标的坐标值为(X_Ci，Y_Ci，Z_Ci)；X_Ci，Y_Ci，Z_Ci分别为第i个反射目标在星上靶标本体坐标系X_C方向、Y_C方向和Z_C方向的坐标分量；N为大于等于100的正整数；1≤i≤N，且i为正整数；

步骤(二)、在星上靶标上方10cm位置处安装基准镜；架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3，利用第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3准直建立基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J；

步骤(三)、从N个反射目标中选取U个目标，利用第一经纬仪A1和第三经纬仪A3测量U个目标的几何中心在基准镜坐标系下的位置；设第k个反射目标在基准镜坐标系的坐标值为(X_JK，Y_JK，Z_JK)；其中，X_JK，Y_JK，Z_JK分别为第k个反射目标在基准镜坐标系X_J方向、Y_J方向和Z_J方向的坐标分量；10≤U≤N，且U为正整数；1≤k≤U，且k为正整数；

步骤(四)、根据步骤(一)和步骤(三)获得的数据，计算星上靶标N个反射目标的几何中心在基准镜坐标系下O_JX_JY_JZ_J的坐标值(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)；X_Ji，Y_Ji，Z_Ji分别为第i个反射目标在基准镜坐标系X_J方向、Y_J方向和Z_J方向的坐标分量；

步骤(五)、建立双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F；调整双目相机，实现双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对于基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的角度为相对位置为(0,0,L₁)；其中，θ₁，κ₁分别表示双目相机第一次调整到位时，双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对于基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的俯仰角、偏航角和滚转角；L₁表示双目相机辅助坐标系的原点在基准镜坐标系下正Z_J方向的坐标分量；

步骤(六)、双目相机第一次调整到指定位置后，建立左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L和右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R；对星上靶标上的反射目标成像；左目相机的成像图像为P_L1；右目相机的成像图像为P_R1；测量N个反射目标分别在左、右目相机图像坐标系下的成像位置(x_iL1，y_iL1)和(x_iR1，y_iR1)；x_iL1，y_iL1分别表示第i个反射目标在左目相机第1张图像的左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L下x_L和y_L方向的坐标分量；x_iR1，y_iR1分别表示第i个反射目标在右目相机第1张图像的右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R下x_R和y_R方向的坐标分量；

步骤(七)、重复步骤(五)和步骤(六)，对双目相机进行m次调整，10≤m≤N；双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对于基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的角度为相对位置为(0,0,L_m)；θ_m，κ_m分别表示机械臂第m次调整到位时，双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的俯仰角、偏航角和滚转角，L_m表示双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F原点在基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J下Z_J方向的坐标分量；P_Lm表示左目相机拍摄的第m张图像；P_Rm表示右目相机拍摄的第m张图像；测量N个反射目标分别在左、右目相机图像坐标系下的成像位置(x_iLm，y_iLm)和(x_iRm，y_iRm)；x_iLm，y_iLm分别表示第i个反射目标在左目相机第m张图像的左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L下x_L和y_L方向的坐标分量；x_iRm，y_iRm分别表示第i个反射目标在右目相机第m张图像的右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R下x_R和y_R方向的坐标分量；

步骤(八)、将步骤(四)和步骤(七)的测量数据一一对应，分别建立左目相机和右目相机的反射目标像点位置的修正方程；并计算左目相机内参数、左目相机拍摄图像时的摄站外参数，以及右目相机内参数、右目相机拍摄图像时的摄站外参数；

步骤(九)、根据步骤(八)计算得到的左目相机摄站外参数和右目相机摄站外参数计算左、右目相机之间的位置和姿态；

步骤(十)、从m对图像中任选一张，根据步骤(八)和步骤(九)计算的左目相机内参数、外参数，以及左、右目相机之间的位置和姿态计算双目相机在轨标定后的精度。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(一)中，星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C的建立方法为：以星上靶标中心标志的位置为星上靶标本体坐标系原点O_C，中心标志与其右侧标志的连线为正X_C方向，中心标志与其上方标志连线与正X_C方向叉乘后的方向为正Z_C方向，正Y_C方向按照右手法则确定。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(二)中，第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3的架设方法为：沿基准镜的前端面法线方向架设第一经纬仪A1，第一经纬仪A1距基准镜的距离不小于1m；沿基准镜的侧端面法线方向架设第二经纬仪A2，第二经纬仪A2距基准镜的距离不小于1m；第三经纬仪A3位于与第一经纬仪A1的左侧，且对星上靶标的观测夹角不小于60°。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(二)中，基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的建立方法为：以基准镜的几何中心为坐标系原点O_J，基准镜前端面法线指向基准镜安装面的方向为正Z_J方向；基准镜侧端面法线指向星上靶标的方向为正Y_J方向；正Z_J按照右手法则定义。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(四)中，第i个反射目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标值(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)的计算方法为：

R＝(A·B^T)·(B·B^T)^-1 (7)

式中，(X_Ck,Y_Ck,Z_Ck)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在星上靶标本体坐标系下的坐标值；

表示U个反射目标的重心在星上靶标本体坐标系下的坐标值；

(X_Jk,Y_Jk,Z_Jk)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标值；

表示U个反射目标的重心在在基准镜坐标系下的坐标值；

定义辅助坐标系1，辅助坐标系1的原点位于U个反射目标的重心，辅助坐标系1的三轴指向与星上靶标本体坐标系的三轴指向一致；(X'_Ck,Y_C'_k,Z'_Ck)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

定义辅助坐标系2，辅助坐标系2的原点位于U个反射目标的重心，辅助坐标系2的三轴指向与底板基准镜坐标系的三轴指向一致；(X'_Jk,Y_J'_k,Z'_Jk)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标值；

A表示U个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下坐标值的集合；

表示第U个反射目标中第一个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

表示第U个反射目标中第二个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

表示第U个反射目标中第U个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

B表示U个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下坐标值的集合；

表示第U个反射目标中第一个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下的坐标值；

表示第U个反射目标中第二个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下的坐标值；

表示第U个反射目标中第U个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下的坐标值；

R表示星上靶标本体坐标系至基准镜坐标系的旋转矩阵；

T'表示由U个反射目标中，每个反射目标的几何中心计算得到的星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C至基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的平移量。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(五)中，双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F的建立方法为：以左目相机基准镜几何中心到右目相机基准镜几何中心的连线方向为正Y_F轴；连线的中点为双目相机辅助坐标系的原点O_F；相机光轴方向为正Z_F轴，正X_F按照右手法则确定；绕正X_F轴的转动表示偏航方向，绕正Y_F的转动表示俯仰方向，绕正Z_F轴的转动表示滚转方向。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(六)中，左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L的建立方法为：左目相机图像的左上角点为左目相机图像坐标系的原点O_L；左目相机图像列增大的方向为正x_L方向；左目相机图像行增大的方向为正y_L方向；

右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R的建立方法为：右目相机图像的左上角点为左目相机图像坐标系的原点O_R；右目相机图像列增大的方向为正x_R方向；左目相机图像行增大的方向为正y_R方向。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(七)中，L_m在2倍最佳成像距离内取值，在范围内取值，θ_m在范围内取值，κ_m在0°～-90°范围内取值，Fov表示左目相机、右目相机的视场。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(八)中，将N个反射目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)与左目相机对每个反射目标的成像位置坐标(x_iLm，y_iLm)一一对应，m张图像共计m*N个目标，对每个目标数据按照下式建立像点位置修正方程：

式中，Δx’_iLm表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置在x_L方向的修正量；

Δy_i'_Lm表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置在y_L方向的修正量；

定义双目左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL，左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL是一个坐标系原点和坐标系指向待确定的空间坐标系，双目左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL的原点O_BL位于相机光学***光心位置，列增大方向为X_BL方向，行减小方向为Y_BL方向，Z_BL方向按照右手法则定义；(X_Lm,Y_Lm,Z_Lm)表示第m张图像拍摄时基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J原点O_J在双目左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL下的坐标；(X_BLim,Y_BLim,Z_BLim)表示第m张图像拍摄时第i个点在左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL下的坐标；Rw_Lm(ω_Lm,ψ_Lm,γ_Lm)表示第m张图像拍摄时，左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL至基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的旋转矩阵，ω_Lm,ψ_Lm,γ_Lm分别为与旋转阵对应的旋转角度；

f_L表示左目相机焦距；

Δx_r-iLm和Δy_r-iLm分别表示第m张图像上第i个标志成像位置在x_L和y_L方向的径向畸变修正量；

Δx_d-iLm和Δy_d-iLm分别表示第m张图像上第i个标志成像位置在x_L和y_L方向的偏心畸变修正量；

Δx_m-iLm和Δy_m-iLm分别表示第m张图像上第i个标志成像位置x_L和y_L方向的像平面畸变修正量；

xp_L表示左目相机图像中心在x_L方向的偏移量；

yp_L表示左目相机图像中心在y_L方向的偏移量；

K_1L表示左目相机一阶径向畸变修正系数；

K_2L表示左目相机二阶径向畸变修正系数；

K_3L表示左目相机三阶径向畸变修正系数；

P_1L表示左目相机偏心畸变修正系数1；

P_2L表示左目相机偏心畸变修正系数2；

b_1L表示左目相机像平面畸变修正系数1；

b_2L表示左目相机像平面畸变修正系数2；

表示第m张图像上第i个标志成像位置与(xp_L,yp_L)的距离；

将公式(11)至公式(17)进一步整理为如公式(18)，每个点可列2个方程，m*N个点共计列方程2*m*N个：

构造迭代式采用高斯-牛顿法求解：

据此求得双目左目相机的标定参数ω_Lm,ψ_Lm,γ_Lm,X_Lm,Y_Lm,Z_Lm,f_L,xp_L,yp_L,K_1L,K_2L,K_3L,P_1L,P_2L,b_1L,b_2L；

同理，将右目相机对星上靶标反射目标的成像位置坐标(x_iRm，y_iRm)与底板基准镜坐标系下的坐标(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)一一对应，列2*m*N个方程，求解右目相机参数，包括：

f_R表示右目相机焦距；

xp_R表示右目相机图像中心在x_R方向的偏移量；

yp_R表示右目相机图像中心在y_R方向的偏移量；

K_1R表示右目相机一阶径向畸变修正系数；

K_2R表示右目相机二阶径向畸变修正系数；

K_3R表示右目相机三阶径向畸变修正系数；

P_1R表示右目相机偏心畸变修正系数1；

P_2R表示右目相机偏心畸变修正系数2；

b_1R表示右目相机像平面畸变修正系数1；

b_2R表示右目相机像平面畸变修正系数2；

定义双目右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR，右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR是一个坐标系原点和坐标系指向待确定的空间坐标系，双目右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR的原点O_BR位于相机光学***光心位置，列增大方向为X_BR方向，行减小方向为Y_BR方向，Z_BR方向按照右手法则定义；Rw_Rm(ω_Rm,ψ_Rm,γ_Rm)表示第m张图像拍摄时，双目右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR至基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的旋转矩阵，ω_Rm,ψ_Rm,γ_Rm分别为与旋转阵对应的旋转角度。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(九)中，双目左、右目相机之间的位置和姿态关系按照下式计算：

式中，T_L＝(X_Lm,Y_Lm,Z_Lm)^T，T_R＝(X_Rm,Y_Rm,Z_Rm)^T；

R_m(ω_m,ψ_m,γ_m)表示第m张图像拍摄时，左目相机本体系到右目相机本体系的旋转阵，ω_m,ψ_m,γ_m分别为与旋转阵对应的旋转角度；

T_m表示第m张图像拍摄时，右目相机本体系原点在左目相机本体系下坐标；

T表示右目相机本体系原点在左目相机本体系下坐标；ω表示左目相机本体系相对于右目相机本体系的俯仰角；

ψ表示左目相机本体系相对于右目相机本体系的偏航角；

γ表示左目相机本体系相对于右目相机本体系的滚转角。

在上述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，所述步骤(十)中，按照下式计算双目相机在轨标定后的精度：

式中，x'_iLm和y'_iLm分别表示左目相机图像上第i个目标校正后x_L方向、y_L方向的坐标分量；

同理，计算右目相机图像上第i个目标经过畸变校正后的坐标(x_i'_Rm,y'_iRm)；x'_iRm和y'_iRm分别表示右目相机图像上第i个目标校正后x_R方向、y_R方向的坐标分量；

表示左目相机光心到右目相机光心的单位矢量；

rzDL＝[0 0 1]，表示左目相机光轴方向矢量；

表示由rzDL方向和ryLv方向叉乘得到的单位矢量方向；

rzLv＝rxLv×ryLv，表示由rxLv方向和ryLv方向叉乘得到矢量方向；

定义左目相机虚拟坐标系，坐标系原点位于左目相机光心位置，rxLv为正X_VL方向，ryLv为正Y_VL方向，rzLv为正Z_VL方向；

定义右目相机虚拟坐标系，坐标系原点位于右目相机光心位置，三轴方向与左目相机虚拟坐标系指向一致，三轴方向分别为X_VR,Y_VR和Z_VR；

R_VL2DL＝[rxLv^T ryLv^T rzLv^T]，表示左目相机虚拟坐标系至左目相机本体系的旋转阵；

表示右目相机本体系至右目相机虚拟坐标系的旋转阵；

表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后在左目相机虚拟坐标下的坐标，X_imVL，Y_imVL，Z_imVL分别为坐标在左目相机虚拟坐标X_VL方向、Y_VL方向和Z_VL方向的分量；

[X_imVR Y_imVR Z_imVR]^T＝R_DR2VR·[x'_ipRm y'_ipRm-f_R]^T，表示右目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后在右目相机虚拟坐标下的坐标，X_imVR，Y_imVR，Z_imVR分别为坐标在右目相机虚拟坐标X_VR方向、Y_VR方向和Z_VR方向的分量；

(x_imvl,y_imvl)表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后重投影得到像点坐标，x_imvl,y_imvl分别为X_VL方向和Y_VL方向的分量；

(x_imvr,y_imvr)表示右目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后重新投影得到像点坐标，x_imvr,y_imvr分别为X_VR方向和Y_VR方向的分量；

err_i＝y_imvr-y_imvl表示左目相机、右目相机第m张图像上第i个标志成像

位置修正并重新投影后像点在Y_VL方向的偏差量。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用了带畸变修正的相机标定模型，提高了双目相机的在轨几何标定精度；

(2)本发明采用星上靶标用于相机在轨几何标定，使得相机参数标定基于严格的物像关系约束，保证了标定参数的可靠性；

(3)本发明通过合理规划测例，在星上空间资源有限、目标数量和分布不能充分覆盖相机视场的情况下，使得大视场双目相机的全视场、全工作距均能得到有效标定，保证了大视场双目相机全视场内的标定精度；

(4)本发明通过整体最优估计，同时求解双目相机的内、外参数，以保证相机参数的估计值能够使单个相机的物像共线关系、双相机之间的空间约束关系同时达到最优；

(5)方法利用双目相机测量的空间几何约束关系验证在轨校正精度，使得在轨精度验证不依赖于目标的绝对位置数据。

附图说明

图1为本发明在轨几何校正及精度验证流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为在轨几何校正及精度验证流程示意图，由图可知，大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(一)、利用摄影测量相机对星上靶标上的N个反射目标进行空间位置测量，测量N个反射目标的几何中心在星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C下的位置，设第i个反射目标的坐标值为(X_Ci，Y_Ci，Z_Ci)；X_Ci，Y_Ci，Z_Ci分别为第i个反射目标在星上靶标本体坐标系X_C方向、Y_C方向和Z_C方向的坐标分量；N为大于等于100的正整数；1≤i≤N，且i为正整数；其中，星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C的建立方法为：以星上靶标中心标志的位置为星上靶标本体坐标系原点O_C，中心标志与其右侧标志的连线为正X_C方向，中心标志与其上方标志连线与正X_C方向叉乘后的方向为正Z_C方向，正Y_C方向按照右手法则确定。

步骤(二)、在星上靶标上方10cm位置处安装基准镜；架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3，利用第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3准直建立基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J；其中，第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3的架设方法为：沿基准镜的前端面法线方向架设第一经纬仪A1，第一经纬仪A1距基准镜的距离不小于1m；沿基准镜的侧端面法线方向架设第二经纬仪A2，第二经纬仪A2距基准镜的距离不小于1m；第三经纬仪A3位于与第一经纬仪A1的左侧，且对星上靶标的观测夹角不小于60°。基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的建立方法为：以基准镜的几何中心为坐标系原点O_J，基准镜前端面法线指向基准镜安装面的方向为正Z_J方向；基准镜侧端面法线指向星上靶标的方向为正Y_J方向；正Z_J按照右手法则定义。

步骤(三)、从N个反射目标中选取U个目标，利用第一经纬仪A1和第三经纬仪A3测量U个目标的几何中心在基准镜坐标系下的位置；设第k个反射目标在基准镜坐标系的坐标值为(X_JK，Y_JK，Z_JK)；其中，X_JK，Y_JK，Z_JK分别为第k个反射目标在基准镜坐标系X_J方向、Y_J方向和Z_J方向的坐标分量；10≤U≤N，且U为正整数；1≤k≤U，且k为正整数；

步骤(四)、根据步骤(一)和步骤(三)获得的数据，计算星上靶标N个反射目标的几何中心在基准镜坐标系下O_JX_JY_JZ_J的坐标值(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)；X_Ji，Y_Ji，Z_Ji分别为第i个反射目标在基准镜坐标系X_J方向、Y_J方向和Z_J方向的坐标分量；

第i个反射目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标值(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)的计算方法为：

R＝(A·B^T)·(B·B^T)^-1 (7)

式中，(X_Ck,Y_Ck,Z_Ck)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在星上靶标本体坐标系下的坐标值；

表示U个反射目标的重心在星上靶标本体坐标系下的坐标值；

(X_Jk,Y_Jk,Z_Jk)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标值；

表示U个反射目标的重心在在基准镜坐标系下的坐标值；

定义辅助坐标系1，辅助坐标系1的原点位于U个反射目标的重心，辅助坐标系1的三轴指向与星上靶标本体坐标系的三轴指向一致；(X'_Ck,Y'_Ck,Z'_Ck)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

定义辅助坐标系2，辅助坐标系2的原点位于U个反射目标的重心，辅助坐标系2的三轴指向与底板基准镜坐标系的三轴指向一致；(X'_Jk,Y'_Jk,Z'_Jk)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标值；

A表示U个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下坐标值的集合；

表示第U个反射目标中第一个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

表示第U个反射目标中第二个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

表示第U个反射目标中第U个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

B表示U个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下坐标值的集合；

表示第U个反射目标中第一个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下的坐标值；

表示第U个反射目标中第二个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下的坐标值；

表示第U个反射目标中第U个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下的坐标值；

R表示星上靶标本体坐标系至基准镜坐标系的旋转矩阵；

T'表示由U个反射目标中，每个反射目标的几何中心计算得到的星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C至基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的平移量。

步骤(五)、建立双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F；调整双目相机，实现双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对于基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的角度为相对位置为(0,0,L₁)；其中，θ₁，κ₁分别表示双目相机第一次调整到位时，双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对于基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的俯仰角、偏航角和滚转角；L₁表示双目相机辅助坐标系的原点在基准镜坐标系下正Z_J方向的坐标分量；

其中，双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F的建立方法为：以左目相机基准镜几何中心到右目相机基准镜几何中心的连线方向为正Y_F轴；连线的中点为双目相机辅助坐标系的原点O_F；相机光轴方向为正Z_F轴，正X_F按照右手法则确定；绕正X_F轴的转动表示偏航方向，绕正Y_F的转动表示俯仰方向，绕正Z_F轴的转动表示滚转方向。

步骤(六)、双目相机第一次调整到指定位置后，建立左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L和右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R；对星上靶标上的反射目标成像；左目相机的成像图像为P_L1；右目相机的成像图像为P_R1；测量N个反射目标分别在左、右目相机图像坐标系下的成像位置(x_iL1，y_iL1)和(x_iR1，y_iR1)；x_iL1，y_iL1分别表示第i个反射目标在左目相机第1张图像的左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L下x_L和y_L方向的坐标分量；x_iR1，y_iR1分别表示第i个反射目标在右目相机第1张图像的右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R下x_R和y_R方向的坐标分量；

左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L的建立方法为：左目相机图像的左上角点为左目相机图像坐标系的原点O_L；左目相机图像列增大的方向为正x_L方向；左目相机图像行增大的方向为正y_L方向；

右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R的建立方法为：右目相机图像的左上角点为左目相机图像坐标系的原点O_R；右目相机图像列增大的方向为正x_R方向；左目相机图像行增大的方向为正y_R方向。

步骤(七)、重复步骤(五)和步骤(六)，对双目相机进行m次调整，10≤m≤N；双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对于基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的角度为相对位置为(0,0,L_m)；θ_m，κ_m分别表示机械臂第m次调整到位时，双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的俯仰角、偏航角和滚转角，L_m表示双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F原点在基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J下Z_J方向的坐标分量；P_Lm表示左目相机拍摄的第m张图像；P_Rm表示右目相机拍摄的第m张图像；测量N个反射目标分别在左、右目相机图像坐标系下的成像位置(x_iLm，y_iLm)和(x_iRm，y_iRm)；x_iLm，y_iLm分别表示第i个反射目标在左目相机第m张图像的左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L下x_L和y_L方向的坐标分量；x_iRm，y_iRm分别表示第i个反射目标在右目相机第m张图像的右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R下x_R和y_R方向的坐标分量；其中，L_m在2倍最佳成像距离内取值，在范围内取值，θ_m在范围内取值，κ_m在0°～-90°范围内取值，Fov表示左目相机、右目相机的视场。

步骤(八)、将步骤(四)和步骤(七)的测量数据一一对应，分别建立左目相机和右目相机的反射目标像点位置的修正方程；并计算左目相机内参数、左目相机拍摄图像时的摄站外参数，以及右目相机内参数、右目相机拍摄图像时的摄站外参数；

将N个反射目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)与左目相机对每个反射目标的成像位置坐标(x_iLm，y_iLm)一一对应，m张图像共计m*N个目标，对每个目标数据按照下式建立像点位置修正方程：

式中，Δx'_iLm表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置在x_L方向的修正量；

Δy'_iLm表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置在y_L方向的修正量；

定义双目左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL，左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL是一个坐标系原点和坐标系指向待确定的空间坐标系，双目左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL的原点O_BL位于相机光学***光心位置，列增大方向为X_BL方向，行减小方向为Y_BL方向，Z_BL方向按照右手法则定义；(X_Lm,Y_Lm,Z_Lm)表示第m张图像拍摄时基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J原点O_J在双目左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL下的坐标；(X_BLim,Y_BLim,Z_BLim)表示第m张图像拍摄时第i个点在左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL下的坐标；Rw_Lm(ω_Lm,ψ_Lm,γ_Lm)表示第m张图像拍摄时，左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL至基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的旋转矩阵，ω_Lm,ψ_Lm,γ_Lm分别为与旋转阵对应的旋转角度；

f_L表示左目相机焦距；

Δx_r-iLm和Δy_r-iLm分别表示第m张图像上第i个标志成像位置在x_L和y_L方向的径向畸变修正量；

Δx_d-iLm和Δy_d-iLm分别表示第m张图像上第i个标志成像位置在x_L和y_L方向的偏心畸变修正量；

Δx_m-iLm和Δy_m-iLm分别表示第m张图像上第i个标志成像位置x_L和y_L方向的像平面畸变修正量；

xp_L表示左目相机图像中心在x_L方向的偏移量；

yp_L表示左目相机图像中心在y_L方向的偏移量；

K_1L表示左目相机一阶径向畸变修正系数；

K_2L表示左目相机二阶径向畸变修正系数；

K_3L表示左目相机三阶径向畸变修正系数；

P_1L表示左目相机偏心畸变修正系数1；

P_2L表示左目相机偏心畸变修正系数2；

b_1L表示左目相机像平面畸变修正系数1；

b_2L表示左目相机像平面畸变修正系数2；

表示第m张图像上第i个标志成像位置与(xp_L,yp_L)的距离；

将公式(11)至公式(17)进一步整理为如公式(18)，每个点可列2个方程，m*N个点共计列方程2*m*N个：

构造迭代式采用高斯-牛顿法求解：

据此求得双目左目相机的标定参数ω_Lm,ψ_Lm,γ_Lm,X_Lm,Y_Lm,Z_Lm,f_L,xp_L,yp_L,K_1L,K_2L,K_3L,P_1L,P_2L,b_1L,b_2L；

同理，将右目相机对星上靶标反射目标的成像位置坐标(x_iRm，y_iRm)与底板基准镜坐标系下的坐标(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)一一对应，列2*m*N个方程，求解右目相机参数，包括：

f_R表示右目相机焦距；

xp_R表示右目相机图像中心在x_R方向的偏移量；

yp_R表示右目相机图像中心在y_R方向的偏移量；

K_1R表示右目相机一阶径向畸变修正系数；

K_2R表示右目相机二阶径向畸变修正系数；

K_3R表示右目相机三阶径向畸变修正系数；

P_1R表示右目相机偏心畸变修正系数1；

P_2R表示右目相机偏心畸变修正系数2；

b_1R表示右目相机像平面畸变修正系数1；

b_2R表示右目相机像平面畸变修正系数2；

定义双目右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR，右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR是一个坐标系原点和坐标系指向待确定的空间坐标系，双目右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR的原点O_BR位于相机光学***光心位置，列增大方向为X_BR方向，行减小方向为Y_BR方向，Z_BR方向按照右手法则定义；Rw_Rm(ω_Rm,ψ_Rm,γ_Rm)表示第m张图像拍摄时，双目右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR至基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的旋转矩阵，ω_Rm,ψ_Rm,γ_Rm分别为与旋转阵对应的旋转角度。

步骤(九)、根据步骤(八)计算得到的左目相机摄站外参数和右目相机摄站外参数计算左、右目相机之间的位置和姿态；

双目左、右目相机之间的位置和姿态关系按照下式计算：

式中，T_L＝(X_Lm,Y_Lm,Z_Lm)^T，T_R＝(X_Rm,Y_Rm,Z_Rm)^T；

R_m(ω_m,ψ_m,γ_m)表示第m张图像拍摄时，左目相机本体系到右目相机本体系的旋转阵，ω_m,ψ_m,γ_m分别为与旋转阵对应的旋转角度；

T_m表示第m张图像拍摄时，右目相机本体系原点在左目相机本体系下坐标；

T表示右目相机本体系原点在左目相机本体系下坐标；ω表示左目相机本体系相对于右目相机本体系的俯仰角；

ψ表示左目相机本体系相对于右目相机本体系的偏航角；

γ表示左目相机本体系相对于右目相机本体系的滚转角。

步骤(十)、从m对图像中任选一张，根据步骤(八)和步骤(九)计算的左目相机内参数、外参数，以及左、右目相机之间的位置和姿态计算双目相机在轨标定后的精度。

按照下式计算双目相机在轨标定后的精度：

式中，x_i'_Lm和y_i'_Lm分别表示左目相机图像上第i个目标校正后x_L方向、y_L方向的坐标分量；

同理，计算右目相机图像上第i个目标经过畸变校正后的坐标(x_i'_Rm,y_i'_Rm)；x_i'_Rm和y_i'_Rm分别表示右目相机图像上第i个目标校正后x_R方向、y_R方向的坐标分量；

表示左目相机光心到右目相机光心的单位矢量；

rzDL＝[0 0 1]，表示左目相机光轴方向矢量；

表示由rzDL方向和ryLv方向叉乘得到的单位矢量方向；

rzLv＝rxLv×ryLv，表示由rxLv方向和ryLv方向叉乘得到矢量方向；

定义左目相机虚拟坐标系，坐标系原点位于左目相机光心位置，rxLv为正X_VL方向，ryLv为正Y_VL方向，rzLv为正Z_VL方向；

定义右目相机虚拟坐标系，坐标系原点位于右目相机光心位置，三轴方向与左目相机虚拟坐标系指向一致，三轴方向分别为X_VR,Y_VR和Z_VR；

R_VL2DL＝[rxLv^T ryLv^T rzLv^T]，表示左目相机虚拟坐标系至左目相机本体系的旋转阵；

表示右目相机本体系至右目相机虚拟坐标系的旋转阵；

表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后在左目相机虚拟坐标下的坐标，X_imVL，Y_imVL，Z_imVL分别为坐标在左目相机虚拟坐标X_VL方向、Y_VL方向和Z_VL方向的分量；

[X_imVR Y_imVR Z_imVR]^T＝R_DR2VR·[x'_ipRm y'_ipRm -f_R]^T，表示右目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后在右目相机虚拟坐标下的坐标，X_imVR，Y_imVR，Z_imVR分别为坐标在右目相机虚拟坐标X_VR方向、Y_VR方向和Z_VR方向的分量；

(x_imvl,y_imvl)表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后重投影得到像点坐标，x_imvl,y_imvl分别为X_VL方向和Y_VL方向的分量；

(x_imvr,y_imvr)表示右目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后重新投影得到像点坐标，x_imvr,y_imvr分别为X_VR方向和Y_VR方向的分量；

err_i＝y_imvr-y_imvl表示左目相机、右目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正并重新投影后像点在Y_VL方向的偏差量。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (11)

1.大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(一)、利用摄影测量相机对星上靶标上的N个反射目标进行空间位置测量，测量N个反射目标的几何中心在星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C下的位置，设第i个反射目标的坐标值为(X_Ci，Y_Ci，Z_Ci)；X_Ci，Y_Ci，Z_Ci分别为第i个反射目标在星上靶标本体坐标系X_C方向、Y_C方向和Z_C方向的坐标分量；N为大于等于100的正整数；1≤i≤N，且i为正整数；

步骤(二)、在星上靶标上方10cm位置处安装基准镜；架设第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3，利用第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3准直建立基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J；

步骤(三)、从N个反射目标中选取U个目标，利用第一经纬仪A1和第三经纬仪A3测量U个目标的几何中心在基准镜坐标系下的位置；设第k个反射目标在基准镜坐标系的坐标值为(X_JK，Y_JK，Z_JK)；其中，X_JK，Y_JK，Z_JK分别为第k个反射目标在基准镜坐标系X_J方向、Y_J方向和Z_J方向的坐标分量；10≤U≤N，且U为正整数；1≤k≤U，且k为正整数；

步骤(四)、根据步骤(一)和步骤(三)获得的数据，计算星上靶标N个反射目标的几何中心在基准镜坐标系下O_JX_JY_JZ_J的坐标值(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)；X_Ji，Y_Ji，Z_Ji分别为第i个反射目标在基准镜坐标系X_J方向、Y_J方向和Z_J方向的坐标分量；

步骤(五)、建立双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F；调整双目相机，实现双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对于基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的角度为相对位置为(0,0,L₁)；其中，θ₁，κ₁分别表示双目相机第一次调整到位时，双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对于基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的俯仰角、偏航角和滚转角；L₁表示双目相机辅助坐标系的原点在基准镜坐标系下正Z_J方向的坐标分量；

步骤(六)、双目相机第一次调整到指定位置后，建立左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L和右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R；对星上靶标上的反射目标成像；左目相机的成像图像为P_L1；右目相机的成像图像为P_R1；测量N个反射目标分别在左、右目相机图像坐标系下的成像位置(x_iL1，y_iL1)和(x_iR1，y_iR1)；x_iL1，y_iL1分别表示第i个反射目标在左目相机第1张图像的左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L下x_L和y_L方向的坐标分量；x_iR1，y_iR1分别表示第i个反射目标在右目相机第1张图像的右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R下x_R和y_R方向的坐标分量；

步骤(七)、重复步骤(五)和步骤(六)，对双目相机进行m次调整，10≤m≤N；双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对于基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的角度为相对位置为(0,0,L_m)；θ_m，κ_m分别表示机械臂第m次调整到位时，双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F相对基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的俯仰角、偏航角和滚转角，L_m表示双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F原点在基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J下Z_J方向的坐标分量；P_Lm表示左目相机拍摄的第m张图像；P_Rm表示右目相机拍摄的第m张图像；测量N个反射目标分别在左、右目相机图像坐标系下的成像位置(x_iLm，y_iLm)和(x_iRm，y_iRm)；x_iLm，y_iLm分别表示第i个反射目标在左目相机第m张图像的左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L下x_L和y_L方向的坐标分量；x_iRm，y_iRm分别表示第i个反射目标在右目相机第m张图像的右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R下x_R和y_R方向的坐标分量；

步骤(八)、将步骤(四)和步骤(七)的测量数据一一对应，分别建立左目相机和右目相机的反射目标像点位置的修正方程；并计算左目相机内参数、左目相机拍摄图像时的摄站外参数，以及右目相机内参数、右目相机拍摄图像时的摄站外参数；

步骤(九)、根据步骤(八)计算得到的左目相机摄站外参数和右目相机摄站外参数计算左、右目相机之间的位置和姿态；

步骤(十)、从m对图像中任选一张，根据步骤(八)和步骤(九)计算的左目相机内参数、外参数，以及左、右目相机之间的位置和姿态计算双目相机在轨标定后的精度。

2.根据权利要求1所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(一)中，星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C的建立方法为：以星上靶标中心标志的位置为星上靶标本体坐标系原点O_C，中心标志与其右侧标志的连线为正X_C方向，中心标志与其上方标志连线与正X_C方向叉乘后的方向为正Z_C方向，正Y_C方向按照右手法则确定。

3.根据权利要求1所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(二)中，第一经纬仪A1、第二经纬仪A2和第三经纬仪A3的架设方法为：沿基准镜的前端面法线方向架设第一经纬仪A1，第一经纬仪A1距基准镜的距离不小于1m；沿基准镜的侧端面法线方向架设第二经纬仪A2，第二经纬仪A2距基准镜的距离不小于1m；第三经纬仪A3位于与第一经纬仪A1的左侧，且对星上靶标的观测夹角不小于60°。

4.根据权利要求3所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(二)中，基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的建立方法为：以基准镜的几何中心为坐标系原点O_J，基准镜前端面法线指向基准镜安装面的方向为正Z_J方向；基准镜侧端面法线指向星上靶标的方向为正Y_J方向；正Z_J按照右手法则定义。

5.根据权利要求1所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(四)中，第i个反射目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标值(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)的计算方法为：

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R＝(A·B^T)·(B·B^T)^-1 (7)

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式中，(X_Ck,Y_Ck,Z_Ck)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在星上靶标本体坐标系下的坐标值；

表示U个反射目标的重心在星上靶标本体坐标系下的坐标值；

(X_Jk,Y_Jk,Z_Jk)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标值；

表示U个反射目标的重心在在基准镜坐标系下的坐标值；

定义辅助坐标系1，辅助坐标系1的原点位于U个反射目标的重心，辅助坐标系1的三轴指向与星上靶标本体坐标系的三轴指向一致；(X'_Ck,Y′_Ck,Z'_Ck)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

定义辅助坐标系2，辅助坐标系2的原点位于U个反射目标的重心，辅助坐标系2的三轴指向与底板基准镜坐标系的三轴指向一致；(X'_Jk,Y′_Jk,Z'_Jk)表示U个反射目标中，第k个目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标值；

A表示U个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下坐标值的集合；

表示第U个反射目标中第一个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

表示第U个反射目标中第二个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

表示第U个反射目标中第U个反射目标的几何中心在辅助坐标系1下的坐标值；

B表示U个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下坐标值的集合；

表示第U个反射目标中第一个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下的坐标值；

表示第U个反射目标中第二个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下的坐标值；

表示第U个反射目标中第U个反射目标的几何中心在辅助坐标系2下的坐标值；

R表示星上靶标本体坐标系至基准镜坐标系的旋转矩阵；

T'表示由U个反射目标中，每个反射目标的几何中心计算得到的星上靶标本体坐标系O_CX_CY_CZ_C至基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的平移量。

6.根据权利要求1所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(五)中，双目相机辅助坐标系O_FX_FY_FZ_F的建立方法为：以左目相机基准镜几何中心到右目相机基准镜几何中心的连线方向为正Y_F轴；连线的中点为双目相机辅助坐标系的原点O_F；相机光轴方向为正Z_F轴，正X_F按照右手法则确定；绕正X_F轴的转动表示偏航方向，绕正Y_F的转动表示俯仰方向，绕正Z_F轴的转动表示滚转方向。

7.根据权利要求1所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(六)中，左目相机图像坐标系O_Lx_Ly_L的建立方法为：左目相机图像的左上角点为左目相机图像坐标系的原点O_L；左目相机图像列增大的方向为正x_L方向；左目相机图像行增大的方向为正y_L方向；

右目相机图像坐标系O_Rx_Ry_R的建立方法为：右目相机图像的左上角点为左目相机图像坐标系的原点O_R；右目相机图像列增大的方向为正x_R方向；左目相机图像行增大的方向为正y_R方向。

8.根据权利要求1所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(七)中，L_m在2倍最佳成像距离内取值，在范围内取值，θ_m在范围内取值，κ_m在0°～-90°范围内取值，Fov表示左目相机、右目相机的视场。

9.根据权利要求1所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(八)中，将N个反射目标的几何中心在基准镜坐标系下的坐标(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)与左目相机对每个反射目标的成像位置坐标(x_iLm，y_iLm)一一对应，m张图像共计m*N个目标，对每个目标数据按照下式建立像点位置修正方程：

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式中，Δx′_iLm表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置在x_L方向的修正量；

Δy′_iLm表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置在y_L方向的修正量；

定义双目左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL，左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL是一个坐标系原点和坐标系指向待确定的空间坐标系，双目左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL的原点O_BL位于相机光学***光心位置，列增大方向为X_BL方向，行减小方向为Y_BL方向，Z_BL方向按照右手法则定义；(X_Lm,Y_Lm,Z_Lm)表示第m张图像拍摄时基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J原点O_J在双目左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL下的坐标；(X_BLim,Y_BLim,Z_BLim)表示第m张图像拍摄时第i个点在左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL下的坐标；Rw_Lm(ω_Lm,ψ_Lm,γ_Lm)表示第m张图像拍摄时，左目相机本体坐标系O_BLX_BLY_BLZ_BL至基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的旋转矩阵，ω_Lm,ψ_Lm,γ_Lm分别为与旋转阵对应的旋转角度；

f_L表示左目相机焦距；

Δx_r-iLm和Δy_r-iLm分别表示第m张图像上第i个标志成像位置在x_L和y_L方向的径向畸变修正量；

Δx_d-iLm和Δy_d-iLm分别表示第m张图像上第i个标志成像位置在x_L和y_L方向的偏心畸变修正量；

Δx_m-iLm和Δy_m-iLm分别表示第m张图像上第i个标志成像位置x_L和y_L方向的像平面畸变修正量；

xp_L表示左目相机图像中心在x_L方向的偏移量；

yp_L表示左目相机图像中心在y_L方向的偏移量；

K_1L表示左目相机一阶径向畸变修正系数；

K_2L表示左目相机二阶径向畸变修正系数；

K_3L表示左目相机三阶径向畸变修正系数；

P_1L表示左目相机偏心畸变修正系数1；

P_2L表示左目相机偏心畸变修正系数2；

b_1L表示左目相机像平面畸变修正系数1；

b_2L表示左目相机像平面畸变修正系数2；

表示第m张图像上第i个标志成像位置与(xp_L,yp_L)的距离；

将公式(11)至公式(17)进一步整理为如公式(18)，每个点可列2个方程，m*N个点共计列方程2*m*N个：

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构造迭代式采用高斯-牛顿法求解：

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据此求得双目左目相机的标定参数ω_Lm,ψ_Lm,γ_Lm,X_Lm,Y_Lm,Z_Lm,f_L,xp_L,yp_L,K_1L,K_2L,K_3L,P_1L,P_2L,b_1L,b_2L；

同理，将右目相机对星上靶标反射目标的成像位置坐标(x_iRm，y_iRm)与底板基准镜坐标系下的坐标(X_Ji，Y_Ji，Z_Ji)一一对应，列2*m*N个方程，求解右目相机参数，包括：

f_R表示右目相机焦距；

xp_R表示右目相机图像中心在x_R方向的偏移量；

yp_R表示右目相机图像中心在y_R方向的偏移量；

K_1R表示右目相机一阶径向畸变修正系数；

K_2R表示右目相机二阶径向畸变修正系数；

K_3R表示右目相机三阶径向畸变修正系数；

P_1R表示右目相机偏心畸变修正系数1；

P_2R表示右目相机偏心畸变修正系数2；

b_1R表示右目相机像平面畸变修正系数1；

b_2R表示右目相机像平面畸变修正系数2；

定义双目右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR，右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR是一个坐标系原点和坐标系指向待确定的空间坐标系，双目右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR的原点O_BR位于相机光学***光心位置，列增大方向为X_BR方向，行减小方向为Y_BR方向，Z_BR方向按照右手法则定义；Rw_Rm(ω_Rm,ψ_Rm,γ_Rm)表示第m张图像拍摄时，双目右目相机本体坐标系O_BRX_BRY_BRZ_BR至基准镜坐标系O_JX_JY_JZ_J的旋转矩阵，ω_Rm,ψ_Rm,γ_Rm分别为与旋转阵对应的旋转角度。

10.根据权利要求1所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(九)中，双目左、右目相机之间的位置和姿态关系按照下式计算：

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式中，T_L＝(X_Lm,Y_Lm,Z_Lm)^T，T_R＝(X_Rm,Y_Rm,Z_Rm)^T；

R_m(ω_m,ψ_m,γ_m)表示第m张图像拍摄时，左目相机本体系到右目相机本体系的旋转阵，ω_m,ψ_m,γ_m分别为与旋转阵对应的旋转角度；

T_m表示第m张图像拍摄时，右目相机本体系原点在左目相机本体系下坐标；

T表示右目相机本体系原点在左目相机本体系下坐标；ω表示左目相机本体系相对于右目相机本体系的俯仰角；

ψ表示左目相机本体系相对于右目相机本体系的偏航角；

γ表示左目相机本体系相对于右目相机本体系的滚转角。

11.根据权利要求1所述的大视场宽工作距双目相机的在轨几何校正及精度验证方法，其特征在于：所述步骤(十)中，按照下式计算双目相机在轨标定后的精度：

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式中，x′_iLm和y′_iLm分别表示左目相机图像上第i个目标校正后x_L方向、y_L方向的坐标分量；

同理，计算右目相机图像上第i个目标经过畸变校正后的坐标(x′_iRm,y′_iRm)；x′_iRm和y′_iRm分别表示右目相机图像上第i个目标校正后x_R方向、y_R方向的坐标分量；

表示左目相机光心到右目相机光心的单位矢量；

rzDL＝[0 0 1]，表示左目相机光轴方向矢量；

表示由rzDL方向和ryLv方向叉乘得到的单位矢量方向；

rzLv＝rxLv×ryLv，表示由rxLv方向和ryLv方向叉乘得到矢量方向；

定义左目相机虚拟坐标系，坐标系原点位于左目相机光心位置，rxLv为正X_VL方向，ryLv为正Y_VL方向，rzLv为正Z_VL方向；

定义右目相机虚拟坐标系，坐标系原点位于右目相机光心位置，三轴方向与左目相机虚拟坐标系指向一致，三轴方向分别为X_VR,Y_VR和Z_VR；

R_VL2DL＝[rxLv^T ryLv^T rzLv^T]，表示左目相机虚拟坐标系至左目相机本体系的旋转阵；

表示右目相机本体系至右目相机虚拟坐标系的旋转阵；

表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后在左目相机虚拟坐标下的坐标，X_imVL，Y_imVL，Z_imVL分别为坐标在左目相机虚拟坐标X_VL方向、Y_VL方向和Z_VL方向的分量；

[X_imVR Y_imVR Z_imVR]^T＝R_DR2VR·[x′_ipRm y′_ipRm -f_R]^T，表示右目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后在右目相机虚拟坐标下的坐标，X_imVR，Y_imVR，Z_imVR分别为坐标在右目相机虚拟坐标X_VR方向、Y_VR方向和Z_VR方向的分量；

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(x_imvl,y_imvl)表示左目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后重投影得到像点坐标，x_imvl,y_imvl分别为X_VL方向和Y_VL方向的分量；

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(x_imvr,y_imvr)表示右目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正后重新投影得到像点坐标，x_imvr,y_imvr分别为X_VR方向和Y_VR方向的分量；

err_i＝y_imvr-y_imvl表示左目相机、右目相机第m张图像上第i个标志成像位置修正并重新投影后像点在Y_VL方向的偏差量。