月球車立體視覺與視覺導航方法研究.pdf

1、根據我國的月球探測計劃，在利用環(huán)月衛(wèi)星對月球進行初步的探測之后，將需要使探測器在月球表面軟著陸，并由月球車執(zhí)行較大范圍的詳細探測任務，為載人登月和建立月球基地做好準備。月球車是各類探測儀器的平臺，其安全的漫游是實現一切后續(xù)探測任務的基礎，而安全漫游的實現需要準確的地形和自身位置信息，這就是本文視覺與導航系統(tǒng)的任務。
　　作為室外移動機器人的一個特例，月球車的視覺與導航技術來源于通用視覺與導航技術，但又具有自身的特點，如對可靠性要求

2、極高，希望系統(tǒng)的總質量、能耗等盡可能小，希望視覺處理速度盡可能快等?；谏鲜龇治?，本文選擇被動的雙目立體視覺作為視覺與導航系統(tǒng)的實現模式，根據月球車漫游任務要求，對系統(tǒng)硬件組成和配置參數進行了詳細的分析，給出了一種配置方案。
　　攝像機標定方面，因視場要求采用寬視場鏡頭，而較大的場景深度要求在較遠距離處保證一定的精度，因此標定中必須采用考慮了鏡頭畸變的成像模型?，F有的線性標定方法無法考慮鏡頭畸變，而基于優(yōu)化的方法實現起來一般比較復

3、雜。本文在前人研究成果的基礎上，引入了擴展的徑向準直準則，通過合理組織參數求解次序，給出了一種考慮了鏡頭畸變的迭代式優(yōu)化標定方法。該方法實現簡單，每一步只需用到最小二乘法，可以有效提高標定精度，并可以方便地進行擴展以包含更多或更少的畸變參數而不增加計算的復雜度。
　　立體匹配是立體視覺中最為關鍵的一個步驟。月球車所處的月面自然地形中沒有規(guī)則景物，場景圖像中無紋理和少紋理區(qū)域較多，為匹配帶來了困難。本文針對月球表面地形相對平坦的特點

4、，在對圖對進行立體校正以后，引入了一個適用于平面地形的視差線性變化約束，并以此為基礎給出了一種多級匹配算法。算法首先對特征明顯的點進行匹配，其結果通過視差線性變化約束輔助后續(xù)點的匹配。在具體匹配中，利用最有力的灰度、x方向梯度和梯度方向實現多判據匹配。算法對于多種不同類型的地形圖像表現出了良好的適應性，在精度和速度方面較傳統(tǒng)方法都有提高。
　　在攝像機標定和立體匹配之后，可以重建得到場景中景物點的三維坐標。為得到月球車障礙規(guī)避和路

5、徑規(guī)劃所需要的三維地形圖，對重建后的三維坐標點首先去除孤立點，然后在原始數據和網格數據中進行兩輪插值，在保留障礙物后遮擋空白的情況下給出了比較完整的場景表面。
　　視覺導航部分，實現了以特征檢測和跟蹤為基礎的視覺測量導航算法，分析了影響其精度的主要因素。以月球車立體視覺系統(tǒng)提供的局部地形圖和軌道器或著陸器提供的全局地形圖為基礎，給出了一種利用兩地形圖內局部高點位置關系不變性實現定位的簡便算法。這兩種算法使得立體視覺的三維地形圖不僅