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基于双目视觉的月球车导航方法研究

作　者: 孙大伟
导　师: 张泽旭
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 月球车视觉导航立体匹配运动估计路径规划
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 84次
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内容摘要

月球车是对月球进行大范围详细探测最直接有效的工具,而自主导航技术是月球车实现完全自主探测的关键,因此各种自主导航方法成了月球车技术研究的重点,本文研究一种基于双目视觉的月球车自主导航方法。首先,通过对双目视觉导航的原理分析,建立导航算法流程,定义相关坐标系并给出转换关系,建立相机成像模型和双目相机测距模型,推导基于双目相机获取空间点坐标的方法。其次,通过对Harris和Susan特征角点检测方法的对比分析,本文确定选择Susan检测方法作为月球车视觉导航系统所用的特征提取算法;在唯一性和顺序一致性立体匹配约束准则基础上,给出一种灰度相关立体匹配与跟踪算法,并进行仿真实验验证。再次,通过对刚体运动的几种表示法的比较,选定四元数来表示月球车的运动,给出一种基于单位四元数法进行导航运动参数精确求解的估计算法,并进行数学仿真实验验证。最后,为实现月球车的路径规划,给出一种改进的蚁群算法。该算法通过栅格化、双向搜索、改进信息素更新策略、改进散播方式等手段,解决传统蚁群算法收敛速度慢、易陷入局部最优解的缺陷,提高月球车导航过程中路径规划的能力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题的研究目的和意义  9-10
  1.2 国内外的研究发展现状  10-14
    1.2.1 月球车立体视觉导航方法概述  10-11
    1.2.2 月球车立体视觉导航研究发展现状  11-14
  1.3 论文主要研究内容  14-16
第2章双目视觉的导航原理  16-25
  2.1 基于双目视觉的导航方法  16-17
  2.2 坐标系的定义及其转换  17-19
    2.2.1 坐标系的定义  17-18
    2.2.2 坐标系间的转换  18-19
  2.3 摄像机成像模型  19-21
  2.4 双目测距原理  21-22
  2.5 空间点坐标的获取  22-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章图像特征提取匹配与跟踪  25-45
  3.1 图像的预处理  25-26
  3.2 图像特征提取  26-31
    3.2.1 Harris角点提取算法  27-28
    3.2.2 Susan角点提取算法  28-30
    3.2.3 两种角点提取算法比较  30-31
  3.3 立体匹配  31-41
    3.3.1 立体匹配约束准则  32-35
    3.3.2 立体匹配算法  35-39
    3.3.3 匹配算法仿真  39-41
  3.4 特征点跟踪  41-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章月球车导航参数估计  45-60
  4.1 运动估计的概念  45-46
  4.2 刚体旋转的表示方法  46-52
    4.2.1 转轴转角表示法  46-47
    4.2.2 欧拉角表示法  47-48
    4.2.3 反对称矩阵表示法  48-49
    4.2.4 四元数表示法  49-52
  4.3 单位四元数法  52-54
  4.4 导航参数估计算法  54-56
  4.5 基于双目视觉的月球车导航仿真  56-59
  4.6 本章小结  59-60
第5章月球车路径规划  60-70
  5.1 常用路径规划方法  60-62
  5.2 蚁群算法  62-64
  5.3 改进的蚁群算法  64-69
  5.4 本章小结  69-70
结论  70-71
参考文献  71-76
攻读学位期间发表的学术论文  76-78
致谢  78

基于双目视觉的月球车导航方法研究

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