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月球车导航中计算机视觉的应用

胡智勇  
【摘要】: 月球是距离地球最近、人类对其认识相对较多的一个天体,可作为未来航天飞行理想的中间站和人类进入太阳系空间的一个据点。对于月球的探测,可以为我们将来的深空探测提供较好的基础和技术手段。在利用环月卫星对月球进行初步的探测之后,需要使探测器在月球表面软着陆,并由月球车执行较大范围的详细探测任务,为载人登月和建立月球基地做好准备。 与其它类型的移动机器人一样,无人月球车要在月球表面的复杂环境中长时间安全地运行,需要导航系统实时提供位置和姿态的信息作为控制月球车的自主导航或地面遥控的条件,以确保它在这一环境中工作的安全性。综合国际上导航的先进技术以及月球车的自身特点,本文采用视觉导航作为月球车导航系统的主要工作模式。 本文构造了一种光点配置单目CCD算法,它以计算机视觉系统采集的二维图像信息作为输入,直接利用光点的几何配置条件和摄像机成像几何关系,求解出光点在CCD摄像机坐标系下的三维坐标,并经过坐标变换,转化为在世界坐标系下的坐标,然后取其平均值,从而得出月球车的中心位置。最后利用N个光点在车体坐标系和世界坐标系下的坐标转换,解出月球车的相对姿态,并给出了仿真结果。由于该算法直接利用特征光点的几何配置条件,避免了传统算法在计算过程中出现畸变的问题,从而提高了位置和姿态角估值的精度,并使月球车的视觉导航系统具有一定的冗余性。


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