坐標，[ trx try trz]T為 右相機空間坐標系下的空間圓目標的圓心位置坐標與半徑之比之后的三維坐標，t為左相 機空間坐標系下的空間圓目標的圓心位置矢量，tr為右相機空間坐標系下的空間圓目標的 圓心位置矢量。
[0063] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，左右相機空間坐標系下空間點三維坐標Xr，心之間滿足 公式(3)，
[0064] Xr = R〇Xi+to (3)
[0065] 其中，Ro為旋轉(zhuǎn)矩陣，to為平移量。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述空間圓目標為非合作空間飛行器中具有空間圓特 征的物體。
[0067] 采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果:采用雙目相機作 為光學測量設備，左右相機進行圖像采集，獲得兩幅具有確定極線約束關(guān)系的二維投影圖， 檢測其中的空間圓的二維投影橢圓，然后根據(jù)極線約束識別出空間圓投影的倆橢圓，分別 估計空間圓的姿態(tài)，通過雙目視覺融合所估計的倆空間圓，從而唯一確定空間圓姿態(tài)，可實 現(xiàn)星箭對接環(huán)、發(fā)動機噴管等具有明顯空間圓特征的非合作目標相對位姿測量，不存在二 義性問題。
[0068] 此外，根據(jù)本發(fā)明的方法還可進一步解算空間圓的相對位置關(guān)系，無需任何關(guān)于 星箭對接環(huán)、發(fā)動機噴管等具有明顯空間圓特征的非合作航天器的先驗信息，具有自適應 性能力強、魯棒性好、測量精度高的有益效果。
【附圖說明】
[0069] 圖1為空間坐標系中的圓投影到相機成像坐標系的示意圖；
[0070] 圖2為本發(fā)明實施例的一種非合作空間圓目標的相對位姿測量方法的流程示意 圖。
【具體實施方式】
[0071] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0072] 在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0073] 參看圖2,本發(fā)明實施例的一種非合作空間圓目標的相對位姿測量方法，包括以下 步驟：
[0074] S1:提供左右相機拍攝空間圓目標形成的左圖像和右圖像，其中，空間圓目標在所 述左圖像、右圖像的成像坐標系下分別成像為左橢圓、右橢圓；
[0075] S2:采用非線性最小二乘法擬合所述左圖像和右圖像，檢測出其中的橢圓或近似 橢圓，所述橢圓或近似橢圓作為候選橢圓；
[0076] S3:根據(jù)所述左橢圓和右橢圓之間的極線約束關(guān)系，從所述候選橢圓中識別出所 述左橢圓和右橢圓；
[0077] S4:根據(jù)步驟S2中擬合所述左橢圓和右橢圓而生成的左橢圓方程系數(shù)和右橢圓方 程系數(shù)，分別確定空間坐標系到成像坐標系的空間圓左投影方程和空間圓右投影方程，從 而獲得兩組空間圓姿態(tài)解；
[0078] S5:根據(jù)左右相機之間的位置姿態(tài)關(guān)系，將其中一組空間圓姿態(tài)解轉(zhuǎn)換到另一組 空間圓姿態(tài)解的空間坐標系下，根據(jù)夾角最小原則確定空間圓目標的最優(yōu)姿態(tài)解。
[0079] 本發(fā)明可首先采用雙目相機作為光學測量設備進行圖像采集，捕獲空間的兩幅圖 像，識別出兩幅圖像中的非合作空間圓目標的二維橢圓，解析空間圓最優(yōu)姿態(tài)解，可以實現(xiàn) 星箭對接環(huán)、發(fā)動機噴管等具有空間圓特征的非合作目標的相對位姿測量。較佳的，可以應 用在航天非合作空間圓檢測技術(shù)中，空間圓目標為非合作空間飛行器中具有空間圓特征 的物體。具體的，下面通過具體實施例對本發(fā)明的方法進行詳細的描述。
[0080] 在步驟S1中，左右相機進行圖像采集，左右相機的相對關(guān)系可以預先設置，從而使 得左右相機分別獲得的左右圖像具有確定的極線約束關(guān)系，獲得的左圖像和右圖像中，空 間圓目標會分別投影為相應的二維橢圓，分別稱為左橢圓和右橢圓。
[0081] 接著，在步驟S2中，采用非線性最小二乘法的方法擬合橢圓，將左圖像和右圖像中 的所有可能橢圓識別出來，作為候選橢圓，非線性最小二乘法的方法擬合的具體算法可以 參看【背景技術(shù)】中的描述，在此不再贅述?？梢岳斫?，橢圓識別步驟之后，可以從各個方程系 數(shù)中獲得左橢圓方程系數(shù)和右橢圓方程系數(shù)，兩個方程系數(shù)是相對于各自相機的成像坐標 系而言的。
[0082] 接著，在步驟S3中，基于左右相機的極線約束關(guān)系，左圖像和右圖像同樣具備極線 約束關(guān)系，根據(jù)該極線約束關(guān)系可以從候選橢圓中識別出左圖像和右圖像中的左橢圓和右 橢圓，從而相應確定左橢圓方程系數(shù)和右橢圓方程系數(shù)。
[0083]在一個實施例中，執(zhí)行步驟S1的時候，也就是左右相機拍攝空間圓目標形成的左 圖像和右圖像時，左右相機處于同一水平高度，左右相機之間保持一定基線長度，左右相機 光軸分別內(nèi)傾相同角度，形成一拍攝夾角，拍攝夾角最好小于90度。則相應的，在步驟S3中， 極線約束關(guān)系為所述左橢圓和右橢圓的圓心在圖像像素坐標系下的y軸上的數(shù)值相同，從 步驟S2中的候選橢圓，選擇圖像像素坐標系下的y軸上的數(shù)值相同的橢圓，即為左橢圓和右 橢圓。
[0084]需要說明的是，左右相機間的極線約束關(guān)系是可調(diào)整的，根據(jù)圖像采集時預先布 置的左右相機的相對位置關(guān)系確定相應極線約束關(guān)系，因此，極線約束關(guān)系可以為左橢圓 和右橢圓的圓心在圖像像素坐標系下具有的任意確定位置關(guān)系，該位置關(guān)系是可預先配置 的，因此是可確定的。
[0085]接著，在步驟S4中，由于在步驟S2中已經(jīng)根據(jù)非線性最小二乘法擬合過橢圓，因 此根據(jù)擬合左橢圓和右橢圓生成的左橢圓方程系數(shù)和右橢圓方程系數(shù)，分別確定空間坐標 系到成像坐標系的空間圓左投影方程和空間圓右投影方程，該投影方程的確定方法可參看
【背景技術(shù)】中的空間投影方程確定方式，如圖1中示出的，將空間坐標系下的空間圓投影到相 機成像坐標系下，該空間坐標系可以為世界坐標系，接著，基于SVD(奇異值分解)原理解算 空間圓左投影方程和空間圓右投影方程，從而獲得兩組空間圓姿態(tài)解?？臻g圓姿態(tài)解可包 括用以投影的空間圓所在平面的法向量。
[0086]接著，在步驟S5中，根據(jù)左右相機之間已知的位置姿態(tài)關(guān)系（圖像采集前預先配 置），將其中一組空間圓姿態(tài)解轉(zhuǎn)換到另一組空間圓姿態(tài)解的空間坐標系下，根據(jù)左右各自 用以投影的空間圓所在平面的法向量之間夾角最小原則，確定空間圓目標的最優(yōu)姿態(tài)解， 也就是雙目視覺融合原理獲得一組最優(yōu)的空間圓姿態(tài)解，該最優(yōu)姿態(tài)解便是空間圓目標的 姿態(tài)。
[0087]在一個實施例中，步驟S5之后還包括步驟S6:根據(jù)獲得的空間圓目標的最優(yōu)姿態(tài) 解態(tài)解，可以進一步解算，確定空間圓目標的相對位置信息，空間圓所在平面的法向量和圓 心位置、半徑之間具有可解算關(guān)系，從法向量可以直接解算出空間圓目標的圓心位置和半 徑。
[0088] 下面結(jié)合具體公式對本發(fā)明的方法進行進一步的說明，但是，可以理解的是，解決 同一問題的公式可以不僅為一個，公式在一定程度上是可以發(fā)生變化的，以下示出的公式 僅是實現(xiàn)本發(fā)明的【具體實施方式】，不能用來限制本發(fā)明。
[0089] 具體的，在步驟S4中，確定任意一組空間圓姿態(tài)解的方法包括:根據(jù)相應投影方程 推算出用以投影的空間圓所在平面的法向量r 3及圓心位置t與半徑r比值，公式如（1)和 (2)：
[0090]
[0091]
[0092] 其中，心，\2為矩陣特征值，U為3X3正交矩陣，Θ和φ為用以表示r3和t/r而采用的 參數(shù)符號，且θ+Φ = π/2，3π/2，.?? 二 1，UTU = I，因而1，A1cos29+A2sin29 = 1，進一步化簡可得:sin2θ = (h-l)/()，從而確定兩組Θ和φ，得到兩個法向量解，作為 一組空間圓姿態(tài)解。
[0093] 根據(jù)公式（1)和（2)，可以根據(jù)空間圓左投影方程獲得的空間圓姿態(tài)解，記為rn， r12,以及根據(jù)空間圓右投影方程獲得的空間圓姿態(tài)解，記為m，rr2。
[0094] 在一個實施例中，假定左右相機空間坐標系下空間點三維坐標Xr，Xi之間滿足公式 ⑶，
[0095] Xr = R〇Xi+to (3)
[0096] 其中，Ro為旋轉(zhuǎn)矩陣，to為平移量。
[0097] 在步驟S5中，將其中一組空間圓姿態(tài)解的法向量轉(zhuǎn)換到另一組空間圓姿態(tài)解的空 間坐標系下公式如(4):
[0098] riri = R〇rn<