CN110660108B - 一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法 - Google Patents

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Abstract

一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，属于空间目标识别测量领域，包括如下步骤：1、设计制作特殊构型的标定靶标；2、每个对接抓捕机构的手抓的前端安装一个标定靶标；3、使用交会对接测量相机对手抓前端的标定靶标进行成像，同时标定相机也对标定靶标进行成像；4、移动并记录手爪的位置和姿态，再次对标定靶标进行成像；5、使用交会对接测量相机拍摄的图片进行相机内参解算；6、使用所有图像和相机内参解算结果解算交会对接测量相机之间的安装关系；7、利用使用所有图像、相机内参解算结果和手爪记录的位置姿态求解交会对接测量相机和手爪之间的位置姿态关系。本发明标定方法简洁重复性好，标定效率较高。

Description

一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法
技术领域
本发明涉及一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，特别是一种复杂背景下的对接环识别方法，属于空间目标识别测量领域。
背景技术
空间操作与维修维护卫星通常安装有对接抓捕机构和交会对接测量相机，互相配合完成测量和对接服务。对对接抓捕机构和交会对接测量相机协同工作的重要前提是两者的安装关系需要进行精确标定，现有方法为对交会对接测量相机进行单独标定，然后对对接抓捕机构进行单独标定，然后再对两者之间的安装关系进行标定。在此过程中存在以下问题，1、依赖交会对接测量相机和对接机构安装的基准镜作为引出基准；2、对各个部分进行标定的过程中，标定方法复杂且数据来源不一致，过程中容易产生累积误差；3、由于标定过程效率较低，标定完成后发现安装关系不符合任务需求时，无法直接快速提供装调所需的信息；4、每次安装关系变化时需要投入大量人力物力进行重新进行标定，标定效率较低且重复性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，通过对标定靶标的特殊设计，标定靶标安装在对接抓捕机构的手爪的的末端，使用交会对接测量相机和标定相机对标定靶标进行成像和解算，可实现交会对接测量相机和对接抓捕机构进行联合标定。在此过程中不需要外部基准；标定过程中发现安装关系超差时还可以进行同步装调；标定方法简洁重复性好，标定效率较高。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，包括如下步骤：
(1)、在每个对接抓捕机构的手爪的末端安装一个标定靶标；
(2)、利用多个交会对接测量相机对所有的标定靶标进行成像，然后利用标定相机对所有的标定靶标进行成像；
(3)、多次移动并记录所述所有手爪的位置和姿态，重复步骤(2)对所有的标定靶标进行成像；
(4)、使用多个交会对接相机拍摄的图片对相应交会对接相机进行相机内参解算；
(5)、根据步骤(2)和步骤(3)中所有的标定靶标图像、步骤(4)中相机内参的解算结果，获得多个交会对接相机之间的相对位置和姿态；
(6)、根据步骤(2)和步骤(3)中所有的标定靶标图像、步骤(4)中相机内参的解算结果、步骤(3)中多次移动并记录的所有手爪的位置和姿态，获得多个交会对接测量相机和所有手爪之间的相对位置和姿态。
上述交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，所述标定靶标为双面立体标定靶标，在正反两面上均加工制作若干个白色合作特征标志点，其中每个面上至少有2个合作特征标志点高于底面。
上述交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，所述标定靶标为圆形，底色涂黑漆。
上述交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，标定靶标的正反两面构型一致。
上述交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，所述交会对接相机的个数与标定靶标的个数相等，且交会对接相机和标定靶标一一对应。
上述交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，步骤(5)中，根据步骤(2)和步骤(3)中所有的标定靶标图像、步骤(4)中相机内参的解算结果，首先获得每个交会对接相机与对应的标定靶标之间的相对位置和姿态，同时利用标定相机获得多个标定靶标之间的相对位置和姿态；然后根据每个交会对接相机与对应的标定靶标之间的相对位置和姿态，和，多个标定靶标之间的相对位置和姿态，获得多个交会对接相机之间的相对位置和姿态。
上述交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，所述手爪和标定靶标固连，步骤(6)中，根据步骤(2)和步骤(3)中所有的标定靶标图像、步骤(4)中相机内参的解算结果，首先获得每个交会对接测量相机与对应的标定靶标之间的相对位置和姿态；然后根据步骤(3)中多次移动并记录的所有手爪的位置和姿态，获得多个交会对接测量相机和所有手爪之间的相对位置和姿态。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法的步骤。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明方法使用特殊靶标进行标定，无需依赖交会对接测量相机和对接机构安装的基准镜作为引出基准，无需高精度的经纬仪等做支撑，节约经济成本同时减少标定对外部人员与设备的需求；
(2)本发明方法联合标定得到的结果来源一致且精度较高，在使用过程中不容易产生累积误差；
(3)本发明方法标定效率很高且可以直接快速提供装调所需的信息，可以辅助对接抓捕机构与交会对接测量相机装调；
(4)每次安装关系变化时不需新投入太多精力重新进行标定，只需要利用特殊制作的靶标按规定步骤进行标定即可，单人即可完成标定过程，标定效率较高，且重复性较好。
附图说明
图1为本发明实施例1的步骤流程图；
图2为本发明实施例3的交会对接测量相机、对接抓捕机构、标定靶标、标定相机的安装示意图；
图3为本发明实施例3的标定靶标的正面和反面示意图；
图4为本发明实施例3的标定靶标的三维示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
实施例1：
一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，包括如下步骤：
步骤101、在每个对接抓捕机构的手爪的末端安装一个标定靶标；所述标定靶标为双面立体标定靶标，在正反两面上均加工制作若干个白色合作特征标志点，其中每个面上至少有2个合作特征标志点高于底面；本实施例中所述标定靶标为圆形，底色涂黑漆；本实施例中标定靶标的正反两面构型一致。
步骤102、利用多个交会对接测量相机对所有的标定靶标进行成像，然后利用标定相机对所有的标定靶标进行成像。所述交会对接相机的个数与标定靶标的个数相等，且交会对接相机和标定靶标一一对应。
步骤103、多次移动并记录所述所有手爪的位置和姿态，重复步骤102对所有的标定靶标进行成像。
步骤104、使用多个交会对接相机拍摄的图片对相应交会对接相机进行相机内参解算。
步骤105、根据步骤102和步骤103中所有的标定靶标图像、步骤104中相机内参的解算结果，获得多个交会对接相机之间的相对位置和姿态。
具体的，根据步骤102和步骤103中所有的标定靶标图像、步骤104中相机内参的解算结果，首先获得每个交会对接相机与对应的标定靶标之间的相对位置和姿态，同时利用标定相机获得多个标定靶标之间的相对位置和姿态；然后根据每个交会对接相机与对应的标定靶标之间的相对位置和姿态，和，多个标定靶标之间的相对位置和姿态，获得多个交会对接相机之间的相对位置和姿态。
步骤106、根据步骤102和步骤103中所有的标定靶标图像、步骤104中相机内参的解算结果、步骤103中多次移动并记录的所有手爪的位置和姿态，获得多个交会对接测量相机和所有手爪之间的相对位置和姿态。
具体的，所述手爪和标定靶标固连，根据步骤102和步骤103中所有的标定靶标图像、步骤104中相机内参的解算结果，首先获得每个交会对接相机与对应的标定靶标之间的相对位置和姿态；然后根据步骤103中多次移动并记录的所有手爪的位置和姿态，获得多个交会对接测量相机和所有手爪之间的相对位置和姿态。
实施例2：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例1所述方法的步骤。
实施例3：
本发明提供一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，使用特殊制作的标定靶标，使用标定相机和交会对接测量相机同时拍摄标定靶标的方法，实现同时对交会对接测量相机、交会对接测量相机与对接抓捕机构的手爪之间关系的标定。包括：1、设计制作特殊构型的标定靶标；2、每个对接机构的手爪的末端安装一个标定靶标，如图2所示；3、使用交会对接测量相机对手抓末端的标定靶标进行成像，同时标定相机对也标定靶标进行成像；4、移动并记录手爪的位置和姿态，再次对标定靶标进行成像；5、使用交会对接测量相机拍摄的图片进行相机内参解算；6、使用交会对接测量相机拍摄的图片、标定相机拍摄的图像、相机内参的解算结果解算交会对接相机之间的相对位置和姿态；7、利用使用交会对接测量相机拍摄的图片、标定相机拍摄的图像、相机内参的解算结果、手爪移动的位置和姿态记录，获得多个交会对接测量相机和所有手爪之间的相对位置和姿态。本实施例通过交会对接测量相机和标定相机联合工作，通过特殊设计的靶标可以实现对交会对接测量相机和对接机构的联合标定；此过程中不需要外部基准；标定过程中发现安装关系超差时还可以进行同步装调；标定方法简洁重复性好，标定效率较高。
标定靶标为一种双面立体标定靶标，如图3所示，标定靶标为圆形，底色涂黑漆，在底面上加工制作若干个白色合作特征标志点，如图4所示标定靶标侧视图，其中2个点高于底面，和底面平面不共面，形成立体构型；正反两面构型完全一致。使用交会对接测量相机和标定相机可以对正反两面进行拍摄并计算靶标的相对位置和姿态。
每个对接抓捕机构的手抓的末端安装一个标定靶标；手爪末端安装的标定靶标可以一致，也可以不一致；每个标定靶标只要满足双面立体标定靶标构型，靶标上的点分布可以不同。
使用交会对接测量相机的图像、标定相机的图像、相机内参的解算结果，解算交会对接测量相机之间的安装关系：使用每个交会对接测量相机的图像可以得到相应交会对接测量相机与相应标定靶标之间的相对位置姿态；使用标定相机可以得到多个标定靶标之间的相对位置姿态关系；根据上述两项可以得到多个交会对接测量相机之间的相对位置姿态关系。
利用交会对接测量相机的图像、标定相机的图像、相机内参的解算结果、所有手爪的移动位置和姿态记录，手爪和标定靶标为固定连接关系，标定靶标坐标系和手爪坐标系之间相对关系已知；在多个测例下记录的手爪位置和姿态，可以得到手爪坐标系下的标定靶标的位置和姿态，同时交会对接测量相机根据靶标图像可以得到交会对接测量相机和靶标之间的相对位置和姿态，可以由此解算出手爪和交会对接测量相机之间的相对位置和姿态。
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 (5)

1.一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，其特征在于，采用一台标定相机和多个交会对接测量相机，包括如下步骤：
(1)、在每个对接抓捕机构的手爪的末端安装一个标定靶标；
(2)、利用多个交会对接测量相机对所有的标定靶标进行成像，然后利用标定相机对所有的标定靶标进行成像；
(3)、多次移动并记录所有手爪的位置和姿态，重复步骤(2)对所有的标定靶标进行成像；
(4)、使用多个交会对接相机拍摄的图片对相应交会对接相机进行相机内参解算；
(5)、根据步骤(2)和步骤(3)中所有的标定靶标图像、步骤(4)中相机内参的解算结果，获得多个交会对接相机之间的相对位置和姿态；
(6)、根据步骤(2)和步骤(3)中所有的标定靶标图像、步骤(4)中相机内参的解算结果、步骤(3)中多次移动并记录的所有手爪的位置和姿态，获得多个交会对接测量相机和所有手爪之间的相对位置和姿态；
步骤(5)中，根据步骤(2)和步骤(3)中所有的标定靶标图像、步骤(4)中相机内参的解算结果，首先获得每个交会对接相机与对应的标定靶标之间的相对位置和姿态，同时利用标定相机获得多个标定靶标之间的相对位置和姿态；然后根据每个交会对接相机与对应的标定靶标之间的相对位置和姿态，和，多个标定靶标之间的相对位置和姿态，获得多个交会对接相机之间的相对位置和姿态；
所述交会对接相机的个数与标定靶标的个数相等，且交会对接相机和标定靶标一一对应；
所述手爪和标定靶标固连，步骤(6)中，根据步骤(2)和步骤(3)中所有的标定靶标图像、步骤(4)中相机内参的解算结果，首先获得每个交会对接相机与对应的标定靶标之间的相对位置和姿态；然后根据步骤(3)中多次移动并记录的所有手爪的位置和姿态，获得多个交会对接测量相机和所有手爪之间的相对位置和姿态。
2.根据权利要求1所述的一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，其特征在于，所述标定靶标为双面立体标定靶标，在正反两面上均加工制作若干个白色合作特征标志点，其中每个面上至少有2个合作特征标志点高于底面。
3.根据权利要求2所述的一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，其特征在于，所述标定靶标为圆形，底色涂黑漆。
4.根据权利要求2所述的一种交会对接测量相机和对接抓捕机构的联合标定方法，其特征在于，标定靶标的正反两面构型一致。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～4之一所述方法的步骤。
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