天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
研究非合作目标光频扫描干涉信号的快速检测方法，采用稀疏傅里叶变换算法快速求解距离谱，通过引入综合Rife算法精密校正距离谱，可大幅提升解算效率，保证解算精度。实验结果表明，所设计的硬件检测单元能够高效采集并处理不同粗糙度、入射距离及入射角度的非合作目标干涉信号，2 MB数据的处理时间为0.1224 s，在12 m范围内测距误差小于13 μm，标准差优于10 μm。
测量 光频扫描干涉 非合作目标 频谱校正 绝对距离测量
1 安徽泽众安全科技有限公司，安徽 合肥 230601
2 清华大学合肥公共安全研究院，安徽 合肥 230601
激光气体遥测作为本征安全气体探测方法，可进行实时在线、非接触、远距离探测，具有独特的优势。基于非合作目标设计和开发一款具有完全自主知识产权的便携、轻巧、可实用化的手持式激光甲烷气体遥测仪，其温控芯片采用WTC3243，控温精度可达0.01 ℃，收发一体光学遥测组件采用平行光轴设计。通过标准气体比对测试，结果表明测量相对误差在±5%范围之内，测量综合偏差为293×10-6 m，遥测仪测量值与标准积分浓度值之间的拟合优度达0.999。经过不同遥测距离测试，结果表明遥测距离可达20 m，且系统具有不同遥测距离测量的一致性。通过甲烷泄漏气团实际环境模拟测试，结果表明设计与开发的该手持式激光甲烷气体遥测仪完全可用于实际燃气管道等场所甲烷气体泄漏的实时在线、非接触、远距离遥测，且满足测量要求。
非合作目标 激光气体遥测 甲烷 微控制单元 non-cooperative targets laser gas telemetry methane MCU STM32 STM32
红外与激光工程
2022, 51(10): 20211115
1 重庆大学 机械与运载工程学院，重庆 400044
2 中国空气动力研究与发展中心高速所，四川 绵阳 621000
针对单一方法难以兼顾图像全局和局部信息准确提取现场环境下的非合作目标边缘的难点，融合聚类等多种算法，提出一种边缘提取新方法。首先，根据图像像素值聚类，每2类间通过阈值进行分割得到1张二值图像；接着将二值图像进行或操作合并。将图像取反后保留最大面积的连通域得到目标分割图片，并提取目标边缘。最后，根据Zernike矩进行亚像素边缘计算。该边缘提取新方法具有较强的适应性，在实际的环境下均可快速有效提取出目标边缘。实验中的非合作目标为设备的三个内孔，用上述方法提取亚像素边缘后拟合出圆心，并用圆心进行相对位姿测量。实验结果表明，该方法鲁棒性强、精度高，最大的位置偏差为0.12 mm，垂直光轴方向姿态角的测量精度可达0.02°，其他两个姿态角的测量精度可达0.07°和0.08°。
聚类 阈值分割 Zernike 非合作目标 位姿检测 clustering threshold segmentation Zernike non-cooperative target pose detection 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210166
1 中国科学院红外智能感知重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
针对空间非合作目标近距离交会对接时较难获取精确位姿的问题,提出一种高效可靠的基于TOF(time-of-flight)相机的空间非合作目标位姿测量方法。利用TOF相机灰度图可存储光强的特点,用回光反射材质圆点标定板,提高了相机标定精度;基于边缘弧段组合的椭圆检测法计算目标表面对接环内外侧椭圆参数;基于局部阈值的区域生长法对深度图像进行连通域分析,通过面积、长宽比等约束提取出目标表面接插件;利用对接环与接插件建立目标坐标系并解算其在相机坐标系下的三轴位置与姿态角。搭建地面验证系统,通过对比本文方法与ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)方法4组100帧图像的实验结果,验证了该方法的鲁棒性与测量精度的准确性,说明TOF相机在非合作目标位姿测量领域具有广阔的前景。
测量 TOF相机 非合作目标 相对位姿 椭圆检测 连通域分析 光学学报
2021, 41(22): 2212003
1 中国科学院智能红外感知重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
4 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
针对在轨服务任务如何在近距离处获取空间非合作目标的相对位置和姿态的难题,提出一种三目立体视觉测量方法。首先利用三台呈等边三角形布置的大视场可见光相机获取图像;然后采用所提方法对特征点进行匹配;接着采用RANSAC方法解算被测目标在世界坐标系下的位姿参数;最后通过对非合作卫星模型的静止、位置移动和姿态转动进行实验。实验结果表明,静止状态下的相对位置精度优于2.2 mm,相对角度测量精度优于0.3°;当模型位置移动时,绝对位置精度优于3 mm;当模型姿态转动时,相对位置精度优于5.6 mm,相对角度测量精度优于1.7°,说明所提方法可以改善双目立体视觉技术在测量角度大的区域易出现测量盲区、特征点定位误匹配和测量视场有限的不足。
机器视觉 三目视觉 ORB 非合作目标 极线约束 随机抽样一致性
1 上海海事大学 电气自动化系, 上海 201306
2 上海海事大学 电气自动化系, 上海 201306:
为了实时测量非合作纹理运动目标相对位姿, 提出一种单目视觉同步建模与位姿计算方法。选择具有良好特征共视关系与分布的模型帧, 增量式恢复目标三维共视特征模型, 实现非合作目标的合作化, 并依靠运动预测模型实现基于特征跟踪的位姿计算。根据模型对应网格的拓扑关系估计目标表面未知区域特征三维信息, 结合网格面法向场进行局部光束平差优化, 同时利用闭环优化抑制尺度漂移, 在减少特征模型恢复误差的同时提高位姿计算精度。实验结果表明, 在非结构化环境中能够在线恢复目标三维信息, 实现目标相对位姿准确计算, 特征平均重投影误差小于1.5 pixel, 位姿计算平均绝对误差为4.29 mm和1.54°, 平均计算时间小于120 ms, 为基于单目视觉的在线三维感知与测量建模提供技术支撑。
单目视觉 非合作目标 位姿计算 特征建模 非线性优化 monocular vision non-cooperation objects pose calculation feature modelling nonlinear optimization
1 中国科学院上海技术物理研究所空间主动光电技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
在星载远距离非合作目标测距领域中,目标常常为暗弱目标,成像帧频有限,因此目标跟踪能力受限并影响测距范围。在星载远距离非合作目标跟踪过程中,跟踪误差主要来自于本体振动。为了增强系统主动振动抑制能力,提高系统的跟踪精度,使用自适应控制来实现目标的跟瞄控制。对于不同频率传感器数据难以融合的问题,通过采用降采样的方法实现了低频相机数据和高频惯性传感器数据的自适应融合,并证明了降采样下自适应滤波的有效性和正确性。在算法实现层面,针对经典自适应算法收敛速度慢和稳态精度差的问题,通过选用仿射投影算法实现了数据融合。在数据融合仿真中,采用卫星微振动模型,验证了融合方法的收敛速度及跟踪精度。最后将该方法应用到实际跟踪系统中,实验结果显示,跟踪精度优于5 μrad,满足远距离非合作目标测距中的跟踪精度要求。
测量 激光测距 非合作目标 卫星振动 自适应滤波 跟踪系统 光学学报
2020, 40(22): 2212003
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
针对清理空间非合作目标任务中如何获取目标的相对位置和姿态的难题,提出一种双目视觉位姿测量方法。首先,设计了基于双目视觉的位姿测量算法,利用弧支撑线段的方法快速检测目标表面的对接环,通过极线约束准则和光流法辅助跟踪算法建立复杂场景下的对接环检测和筛选机制;利用两次遍历法快速标记连通区域,加入面积和曲率约束,提取目标表面特征较突出的规则标志点。利用三维重建后的对接环平面和标志点建立目标坐标系,解算与世界坐标系之间的位姿关系。之后将算法移植到DSP6678信息处理平台,实现了对空间非合作目标的实时连续位姿测量。通过3组不同工况下的小卫星模型实验,验证了该方法的有效性。
测量 双目视觉 非合作目标 DSP6678 光学学报
2020, 40(17): 1712003
