针对大多数测量实施试验中测量条件的局限性,提出一种基于双相机联合无同名点的双目视觉运动参数测量方法,采用该方法计算位姿初值并采用全局正交迭代算法优化初值。该测量方法在实现过程中不需要同名点参与,只需要两台相机的视场内有6个以上的目标合作标志点,就可得到验证器在运动过程中的位置和姿态等参数。对航天器悬停、避障和着陆阶段进行试验,将该测量方法与同一工况试验下基于同名点的双目位姿测量方法、基于正交迭代的单目位姿测量方法获取的结果和全站仪打点获得的默认真值进行对比,得到姿态测量误差小于0.5°,位置测量误差小于0.01 m。

常用的非合作目标航天器姿态测量技术往往借助于单目视觉进行迭代或双目视觉进行三维重建，该类方法在特征匹配过程中会产生误差，且实时性和准确性较差。针对上述问题，根据空间非合作飞行器的星箭对接环和发动机喷嘴具有空间平行但不共面的位置关系，开展了基于同心圆特征的非合作目标超近距离姿态测量模型的研究。通过改进双目视觉测量模型，完善了模型的角度适应性问题，提高了模型的适用性。仿真结果显示该算法在超近距离的姿态测量精度优于0.5°。

一字线及编码(相移)光栅结构光扫描测量系统在复杂曲面数模过程中得到广泛应用, 但不能同时保证较低的测量不确定度指标和复杂曲面数模结果的各向光顺性。文章采用双目视觉和十字光配置扫描测量方案, 在有效降低测量不确定度指标的同时, 利用正交配置的十字光平面, 改善了复杂曲面数模结果的各向光顺性。针对十字光双目外极线约束匹配可能存在的多义性问题, 提出了附加光平面约束, 有效剔除了误匹配点。实验结果表明: 该十字光匹配方法可行、具有较好的精度, 为后续准确高效地进行空间三角测量奠定了基础。

为了精确、快速提取激光条中心, 使其提取结果更适用于工业现场特征尺寸的双目视觉测量, 提出了一种等匹配点的激光条中心提取方法。利用灰度重心法粗提取出激光条中心点, 计算灰度梯度方向, 确定光条边界。接着, 根据左右图像中激光条的粗提取结果确定基准光条, 对另一幅图像中的对应光条进行插值。然后结合灰度梯度方向与插值结果对激光条进行重提取, 得到等匹配点的亚像素中心坐标。最后, 利用激光条中心点提取结果重建陶瓷平板、金属板表面及加工现场锻件表面的特征信息。实验结果表明, 本文方法提取陶瓷板与金属板的激光条中心点的匹配率分别为99887%与98.276%, 宽度重建的相对误差分别为0.638%与0.488%, 激光条中心提取结果能有效重建锻件表面的特征信息, 满足工业现场对测量的精度、速度和鲁棒性要求。

考虑传统的自标定方法虽然无需场景信息即可实现摄像机标定, 但是标定精度较低, 故本文提出了一种新的大视场双目视觉测量系统自标定方法。该方法无需高精度标定板或者标定物, 仅需利用空间中常见的平行线和垂直线建立摄像机参数与特征线间的约束方程, 即可实现摄像机的内参数与旋转矩阵标定; 同时利用空间中距离已知的3个空间点即可线性标定两摄像机间的平移向量。通过标定实验对本文提出的方法进行了验证。结果表明: 该方法标定精度能够达到0.51%, 可以较高精度地标定双目测量系统。由于避免了大视场测量系统标定中大型标定物制造困难, 以及摄像机自标定过程中算法冗杂, 标定精度不高等问题, 该方法操作简便, 精度较好, 适用于大视场双目测量系统的在线标定。

针对长距离时外参数标定实际操作难度较大，本文将标定靶杆作为外参数标定的媒介，而后采用双目交会方法进行相关精度验证。通过分析标定靶杆上合作标志物的世界基准坐标系坐标误差对相机内外参数的影响，从而确定最终双目交会时对实测合作目标的世界基准坐标系的影响。实验结果表明，为了使得合作标志物的测量坐标在项目要求的10 mm 精度范围之内，标定杆上合作目标的大地测量X 轴坐标精度须在0.621 9 mm 以内，Y 轴上坐标精度为13.341 2 mm，Z 轴坐标误差为0.729 1 mm。