【技术实现步骤摘要】
一种基于轮廓点ORB特征匹配的无纹理空间目标姿态估计算法
本专利技术涉及三维立体视觉的数字图像处理
,尤其是涉及一种基于轮廓点ORB特征匹配的无纹理空间目标姿态估计算法。
技术介绍
近年来,光学成像系统在空间目标上的应用能十分广泛,许多实际功能如自动交会对接、在轨自服务等都需要确定空间目标的姿态参数,因此将姿态估计方法应用于空间目标是有迫切需求的。另一方面,随着高质量光学成像系统的快速发展,包含更多空间目标细节信息的图像数据可以用来作为姿态估计的输入,有利于提高姿态估计的精度。完整的姿态估计方法需要解决两方面的问题:首先需要确定从输入图像到目标三维模型的特征对应关系,然后基于对应关系对投影误差函数进行优化实现对目标姿态参数的估计。对于后一问题,国内外学者已经提出了很多有效的算法;而针对于前一问题,即如何确定输入图像到目标三维模型的特征对应关系,目前的姿态估计算法大致可以分为三类:(1)基于几何的方法直接将姿态估计问题分为两个子问题,首先通过提取特征点、特征线或是特征区域,在二维图像和三维模型之间以特征匹配的方式建立对应关系,再基于得到的对应关系进行姿态参数的估计。这类方法只适用于一些限定的应用场景,而在无约束的三维环境下,没有哪一种特征提取算子是完全稳定和可靠的。(2)基于表观的方法借助于图像识别的方式来回避建立2D-3D特征对应关系的问题。该类方法预先生成一些目标三维模型不同姿态下的投影图像,然后以某种标准计算输入图像与预先生成的投影图像的相似度,以相似度最高的投影图像所对应的姿态作为目标的姿态结果。这类方法可以粗略地估计姿态参数,但由于不存在严格 ...
【技术保护点】
一种基于轮廓点ORB特征匹配的无纹理空间目标姿态估计算法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、输入空间目标的三维模型和待估计姿态下所成的单目图像;其中三维模型中包含空间目标的顶点坐标以及结构信息,输入的单目图像为灰度图像;步骤2、根据三维模型确定在不同视角下的空间目标投影图像库;步骤3、从空间目标投影图像库中选出与输入图像最相似的投影图像集合,即最相似图集;步骤4、对输入图像和最相似图集中的投影图像进行预处理,并提取轮廓;步骤5、基于轮廓点的ORB特征匹配建立输入图像轮廓和最相似图集中投影图像轮廓之间的2D‑2D点对应关系;步骤6、基于颜色索引建立输入图像轮廓到空间目标三维模型之间的2D‑3D点对应关系;步骤7、基于投影图像与输入图像匹配准确度构造置信概率矩阵W;步骤8:结合2D‑3D对应点的置信概率矩阵对正交投影算法进行改进,提出加权正交投影算法以迭代计算姿态参数;步骤9、根据终止条件判断当前输出姿态参数还是返回步骤2进行下一次迭代计算。
【技术特征摘要】
1.一种基于轮廓点ORB特征匹配的无纹理空间目标姿态估计算法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、输入空间目标的三维模型和待估计姿态下所成的单目图像;其中三维模型中包含空间目标的顶点坐标以及结构信息,输入的单目图像为灰度图像;步骤2、根据三维模型确定在不同视角下的空间目标投影图像库;步骤3、从空间目标投影图像库中选出与输入图像最相似的投影图像集合,即最相似图集;步骤4、对输入图像和最相似图集中的投影图像进行预处理,并提取轮廓;步骤5、基于轮廓点的ORB特征匹配建立输入图像轮廓和最相似图集中投影图像轮廓之间的2D-2D点对应关系;步骤6、基于颜色索引建立输入图像轮廓到空间目标三维模型之间的2D-3D点对应关系;步骤7、基于投影图像与输入图像匹配准确度构造置信概率矩阵W;步骤8:结合2D-3D对应点的置信概率矩阵对正交投影算法进行改进,提出加权正交投影算法以迭代计算姿态参数;步骤9、根据终止条件判断当前输出姿态参数还是返回步骤2进行下一次迭代计算。2.根据权利要求1所述的一种基于轮廓点ORB特征匹配的无纹理空间目标姿态估计算法,其特征在于,所述步骤2是以Hu矩作为相似性测度从空间目标投影图像库中选出与输入图像最相似的投影图像集合,首先将输入图像和投影图像库中的图像转换为二值图,目标区域为白色,背景区域为黑色,然后计算每一张二值图的Hu矩的七个分量,取前三个分量用于计算相似性:其中I代表输入图像,G代表投影图像,代表输入图像Hu矩的第k个分量,代表投影图像Hu矩的第k个分量。选择计算得到的comp(I,G)值最小的若干张投影图像作为与输入图像最相似的投影图像集合即最相似图集。3.根据权利要求1所述的一种基于轮廓点ORB特征匹配的无纹理空间目标姿态估计算法,其特征在于,所述步骤5中是通过将最相似图集中的每一张投影图像轮廓都与输入图像轮廓进行ORB特征匹配,根据匹配得到的轮廓点对应关系,并利用最小二乘法计算每一张投影图像映射到输入图像的单应矩阵,由单应矩阵可以计算得到第j张投影图像的第q个轮廓点(xjq,yjq)在输入图像上的对应点坐标(xjq',yjq'),“~”表示在齐次意义下相等,m代表最相似图集中投影图像的数量。
【专利技术属性】
技术研发人员:张浩鹏,姜志国,张鑫,赵丹培,谢凤英,罗晓燕,尹继豪,史振威,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。